水資源緊缺 膜法將有望勝出
水對于人類的生存與發展具有重要意義，而能被人類利用的淡水資源僅占全球水總儲量的0.117%。隨著近幾年淡水資源短缺的形勢日趨嚴峻，人們寄希望于新的淡水資源的開發。海水淡化作為開發新的淡水資源的重要手段日益受到重視，近幾年，海水淡化成本日益降低，海水淡化工業已經像全球變暖問題一樣炙手可熱，讓國內外的科學家、商人都想在這一領域大揮拳腳。預計到2010年底，全球已擁有的海水淡化廠比2006年，還能增長12%。
【原理方法論】
所謂海水淡化，其實是從海水中提取淡水的一項復雜而艱難的技術。反過來講，海水淡化過程也可以被看做是一個“海水濃縮”的過程。海水淡化技術的大規模應用始于干旱的中東地區，但并不局限于該地區。由于世界上70%以上的人口都居住在離海洋120公里以內的區域，因而海水淡化技術近20多年迅速在中東以外的許多國家和地區得到應用。最新資料表明，到2003年止，世界上已建成和已簽約建設的海水和苦咸水淡化廠，其生產能力達到日產淡水3600萬噸。目前海水淡化已遍及全世界125個國家和地區，淡化水大約養活世界5%的人口。海水淡化，事實上已經成為世界許多國家解決缺水問題，普遍采用的一種戰略選擇，其有效性和可靠性已經得到越來越廣泛的認同。
蒸餾法
蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術不斷地改進與發展，該法至今仍占統治地位。蒸餾淡化過程的實質就是水蒸氣的形成過程，其原旦如同海水受熱蒸發形成云，云在一定條件下遇冷卻成雨，而雨是不帶的咸味的。根據設備蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。
冷凍法
冷凍法，即冷凍海水使之結冰，在液態淡水變成固態冰的同時鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端，其中蒸餾法會消耗大量的能源并在儀器里產生大量的鍋垢，而所得到的淡水卻并不多；而冷凍法同樣要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。
反滲透法
通常又稱超過濾法，是1953年才開始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側，從而使海水一側的液面逐升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優點是節能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發達國家先后把發展重轉向反滲透法。反滲透海水淡化技術發展很快，工程造價和運行成本持續降低，主要發展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統回收率，廉價高效預處理技術，增強系統抗污染能力等。
太陽能法
人類早期利用太陽能進行海水淡化，主要是利用太陽能進行蒸餾，所以早期的太陽能海水淡化裝置一般都稱為太陽能蒸餾器。餾系統被動式太陽能蒸餾系統的例子就是盤式太陽能蒸餾器，人們對它的應用有了近150年的歷史。由于它結構簡單、取材方便，至今仍被廣泛采用。目前對盤式太陽能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類太陽能集熱器配合使用上。與傳統動力源和熱源相比，太陽能具有安全、環保等優點，將太陽能采集與脫鹽工藝兩個系統結合是一種可持續發展的海水淡化技術。太陽能海水淡化技術由于不消耗常規能源、無污染、所得淡水純度高等優點而逐漸受到人們重視。
低溫多效
多效蒸發是讓加熱后的海水在多個串聯的蒸發器中蒸發，前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節能的因素，近年發展迅速，裝置的規模日益擴大，成本日益降低，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。
多級閃蒸
所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發的現象。多級閃蒸海水淡化是將經過加熱的海水，依次在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中進行蒸發，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產量最大，技術最成熟，運行安全性高彈性大，主要與火電站聯合建設，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家采用。多級閃蒸技術成熟、運行可靠，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。
電滲析法
該法的技術關鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5～1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區分為正離子交換膜（陽膜）與負離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過性的陽膜與陰膜交替排列，組成多個相互獨立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質處理的手段，為污水再利用作出貢獻。此外，這種方法也越來越多地應用于化工、醫藥、食品等行業的濃縮、分離與提純。
壓汽蒸餾
壓汽蒸餾海水淡化技術，是海水預熱后，進入蒸發器并在蒸發器內部分蒸發。所產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮提高壓力后引入到蒸發器的加熱側。蒸汽冷凝后作為產品水引出，如此實現熱能的循環利用。
露點蒸發法
露點蒸發淡化技術是一種新的苦咸水和海水淡化方法。它基于載氣增濕和去濕的原理，同時回收冷凝去濕的熱量，傳熱效率受混合氣側的傳熱控制。
熱膜聯產
熱膜聯產主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯合的方式（即MED-RO或MSF-RO方式），滿足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的熱膜聯產海水淡化廠是阿聯酋富查伊拉海水淡化廠，日產海水淡化水量為45.4萬立方米，其中，MSF日產水28.4萬立方米，RO日產水17萬立方米。其優點是：投資成本低，可共用海水取水口。RO和MED/MSF裝置淡化產品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。
此外，以上方法的其他組合也日益受到重視。在實際選用中，究竟哪種方法最好，也不是絕對的，要根據規模大小、能源費用、海水水質、氣候條件以及技術與安全性等實際條件而定。
【技術應用篇】
海水淡化是人類追求了幾百年的夢想。早在400多年前，英國王室就曾懸賞征求經濟合算的海水淡化方法。從20世紀50年代以后，海水淡化技術隨著水資源危機的加劇得到了加速發展，在已經開發的二十多種淡化技術中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法都達到了工業規模化生產的水平，并在世界各地廣泛應用。
最早的淡化方法有兩種，一是蒸餾法，將水蒸發而鹽留下，再將水蒸氣冷凝為液態淡水。這個過程與海水逐漸變咸的過程相似，只不過人類要攫取的是淡水。另一個海水淡化的方法是冷凍法，冷凍海水，使之結冰，在液態淡水變成固態冰的同時，鹽被分離了出去。但這兩種方法都有難以克服的弊病。蒸餾法會消耗大量的能源，并在儀器里產生大量的鍋垢，得到的淡水卻并不多。這是一種很不劃算的方法。冷凍法同樣要消耗許多能源，得到的淡水卻味道不佳，難以使用。電滲析淡化法是使用一種特別制造的薄膜實現的。在電力作用下，海水中鹽類的正離子穿過陽膜跑向陰極方向，不能穿過陰膜而留下來；負離子穿過陰膜跑向陽極方向，不能穿過陽膜而留下來。這樣，鹽類離子被交換走的管道中的海水就成了淡水，而鹽類離子留下來的管道里的海水就成了被濃縮了的鹵水。
1953年誕生了反滲透淡化法。它使用的薄膜叫“半透膜”。半透膜的性能是只讓淡水通過，不讓鹽分通過。如果不施加壓力，用這種膜隔開咸水和淡水，淡水就自動地往咸水那邊滲透。人們通過高壓泵，對海水施加壓力，海水中的淡水就透過膜到淡水那邊去了，因此叫做反滲透，或逆滲透。反滲透法最大的優點就是節能，生產同等質量的淡水，它的能源消耗僅為蒸餾法的1/40。因此，從1974年以來，世界上的發達國家不約而同地將海水淡化的研究方向轉向了反滲透法。現代多級閃急蒸餾淡化使古老的蒸餾法煥發了青春。水在常規氣壓下，加熱到100℃才沸騰成為蒸汽。如果使適當加溫的海水，進入真空或接近真空的蒸餾室，便會在瞬間急速蒸發為蒸汽。利用這一原理，做成多級閃急蒸餾海水淡化裝置。此種淡化裝置可以造得比較大，成為大型海水淡化工廠，并可以與熱電廠建在一起，利用熱電廠和核電廠的余熱加熱海水，水電聯產可以大大降低生產成本。現行大型海水淡化廠大多采用此法。現在又在開發太陽能蒸發淡化法，如果能夠投入實用，蒸餾淡化的能耗將又大大降低。
蒸餾法目前在中東各國應用較多，而歐美各國較多采用反滲透法。
【經驗篇之——天津】
隨著天津市經濟的迅速發展，城市用水量迅速增多，上游地區用水量逐年增加。然而天津淡水資源日益緊缺，如何緩解淡水供應緊張的局面，成為市民日益關心的問題。10月31日從國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所了解到，天津市目前海水淡化日處理量已達到10萬噸，相比起2000年以前6000噸的日處理量，翻了16倍之多。預計到2020年，天津市海水淡化日處理量將達到50萬噸，相當于全市每天總供水量的1/4。
蒸餾出的海水可媲美高山雪水
據國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所總工程師阮國嶺介紹，近年來，天津周邊地區經濟迅速發展，上游地區用水量大幅增加，水庫數量也增長很快，因此可供本市（天津市，下同）使用的水量呈下降趨勢，多水源開發是解決本市水資源緊張局面的必經之路。天津又是沿海城市，海水淡化在淡水資源的開發中扮演了重要角色。目前，本市海水淡化日處理量可達到10萬噸，主要用于工業和民用。
據介紹，目前海水淡化基本采用兩種方法，一種是蒸餾法，也叫熱法。就是基于過去收集雨水的原理，模擬大自然水循環的過程，將海水加熱成水蒸氣，再進行冷凝，制成不含雜質的純凈水。由于這些水都是沒有落地就制作完成的，其純凈可媲美高山雪水。還有一種技術叫做反滲透膜海水淡化法，也稱為膜法。就是將海水通過一層細網狀薄膜，使海水中的鹽分和雜質留在薄膜一側，淡化水則會集中在薄膜的另一側。
技術接軌國際未來處理量更高
在國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所的實驗室，一部兩米多高的大型實驗儀器呈現在記者面前。據工程師謝峰介紹，這臺儀器是用來檢測海水淡化處理設備中噴頭性能的。技術人員通過操作這種儀器，可以檢驗出海水淡化處理設備中噴頭的性能，從而影響最終的產水效率。目前，這項技術已經是國際水平。
據介紹，隨著本市海水淡化技術不斷進步，處理規模不斷擴大，預計到2020年，本市海水淡化日處理量將達到50萬噸。目前天津市區日用水量為160萬噸，每日為市區提供50萬噸的海水淡化水。屆時，將有效緩解津城的缺水問題。
【發展建議篇】
構建海水淡化產業技術支撐體系
水資源短缺制約了我國社會經濟發展，將來仍可能制約我國的可持續發展。很多城市已經在海水淡化領域已經進行了積極的探索與實踐，并卓有成效。但與我國總體發展對海水淡化資源的戰略需求，還有較大差距，特建議如下：
一是加強政府對發展海水淡化產業發展的領導。海水淡化產業是一個系統工程，涉及方方面面，應加強領導、統籌兼顧、全面規劃，推動我國海水淡化產業的可持續發展，盡快在全國率先形成新的海水淡化產業集群。建議成立由市主要領導任組長、相關部門參加的海水淡化產業發展領導小組。按照政府引導、規劃控制、政策鼓勵、科技先行的原則，盡快構建并落實海水淡化產業的政策保障體系。
二是建立完善的海水淡化政策和法律保障體系。出臺促進海水淡化的地方性法規和政府規章，發揮政策調控作用，并采取必要的行政和經濟手段，促進海水淡化產業的發展。加大對海水淡化重大項目的支持力度，對海水淡化廠在電價上給予優惠；對海水淡化和設備制造企業給予高技術企業的政策優惠等。對以供應居民用水為主要目的的海水淡化廠及其管網設施實行一定的補助，改革現行水價體制，允許海水淡化以合理的利潤進入市政管網，對海水淡化廠作為市政設施與自來水公司同樣享受劃撥土地的優惠政策。在投資導向上，對采用海水淡化以及電水聯產等項目應優先立項，同時幫助拓展融資渠道，鼓勵社會資金以市場化的方式投資海水淡化廠的建設和運營。四是加大對海水淡化科學技術研究的經費投入，建立海水淡化科技方面的專項研究基金，對從事有關海水淡化工程技術開發的單位給予必要的稅收優惠政策。
三是整合高校、研究所及相關企業的科研力量。高校、研究院所要為制造業培養研究型人才和裝備應用型人才，為海水淡化產業提供人才支持；相關企業要加強與高校、研究院所的科研合作，共建研發基地，形成引進消化型和自主創新型并重的技術創新模式；以國家海洋科學研究中心為依托，以國家海水淡化實驗平臺為基礎，以海水淡化示范工程建設為契機，瞄準國外海水淡化前沿技術，突出規模化和國產化，凝煉攻關重點，在海洋防腐和防生物附著以及海洋新材料、海洋機械制造、海洋儀器儀表制造等領域進行產、學、研聯合攻關，構建海水淡化科研體系，為海水淡化產業提供基礎理論儲備和先進技術研究。
四是加強自主創新，為海水淡化提供強有力的技術支撐。將現有的科技力量和科研成果進行整合、轉化及推廣利用。同時建立國家級海水淡化技術研發基地，促進產學研聯合發展，提供基礎性和公用性關鍵技術，提高裝備標準化、系列化和成套化水平，加快海水淡化關鍵技術與裝備國產化進程，帶動海水淡化裝備制造業的發展。集中有限的人力和財力，充分利用現有條件，以原始創新為主，并通過引進、消化吸收再創新，形成具有自主知識產權的技術與產品。
五是建立和完善海水淡化的技術標準規范。總結海水淡化示范經驗，研究制訂各類海水淡化技術和裝備標準與安裝規范以及海水淡化廠運行規范、淡化水產品標準和外排海水標準等海水淡化標準化體系，并為我國海水淡化產業的標準化體系建設提供借鑒。
【結語】
縱使海水淡化困境重重，然而面對日益緊張的淡水資源，海水淡化仍然是我們需要給予考慮的方法之一。目前任何方法都不是萬能和十全十美的，因地制宜和正確地施用科學，才能夠給我們帶來我們需要的東西。
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