水,從來沒有像今天這樣受到如此廣泛的關注。人們已經意識到了水資源的重要性,其市場價值正在迅速上升。甚至有人說,21世紀的淡水就如同20世紀的石油一樣,將成為重要的戰(zhàn)略資源。在我國,淡水資源形勢十分嚴峻,既患貧,更患不均。尤其是占國土一半以上的北方地區(qū),生產、生活用水短缺問題已嚴重影響到國民經濟的發(fā)展和人民生活的質量。淡水供應的資源性短缺導致地下水連年超采,由此又帶來了地面沉降、海水入侵、土地鹽堿化等諸多嚴重問題。然而盡管我國是缺水大國,但同時也是水資源大國。我們缺少的是適合于生產生活直接使用的淡水。我國擁有超過1.8公里的大陸海岸線。在地球水資源總量中占有97%以上份額的海水資源并沒有得到充分利用。現在,海水淡化已經發(fā)展成為大規(guī)模開辟新水源的成熟技術,也是解決沿海地區(qū)缺水問題最有效的措施之一。

1、海水淡化概況

現代海水淡化技術的大規(guī)模應用始于干旱的中東地區(qū),但并不局限于該地區(qū)。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(qū)域,因而海水淡化技術近20多年迅速在世界上許多國家和地區(qū)得到

目前海水淡化已遍及全世界125個國家和地區(qū),淡化水大約養(yǎng)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,普遍采用的一種策略選擇,其有效性和可靠性已經得到越來越廣泛的認同。

2、海水淡化技術的現狀

海水淡化方法有數十種,但目前工業(yè)上采用的主要是多級閃蒸、反滲透、多效蒸發(fā)等。其中又以前兩種方法為主,它們占到整個淡化市場份額的85％以上。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(fā)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(fā),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。反滲透則是將海水加壓,使淡水透過半透膜的淡化方法。該方法適應性寬,無論大中小規(guī)模,也無論海水或苦咸水都可選用,是近30年發(fā)展最快的海水淡化方法。美洲、歐洲和亞洲的大中型海水淡化廠均以反滲透為首選,在海灣國家也有相當規(guī)模的應用。多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個串聯的蒸發(fā)器中蒸發(fā),前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一蒸發(fā)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(jié)能的方法之一。除以上三種主要的淡化方法外,壓汽蒸餾、電滲析也是比較成熟的海水淡化方法,但一般規(guī)模不大。在實際選用中,究竟哪種方法最好,也不是絕對的,要根據規(guī)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。實際上,一個大型的海水淡化項目往往是一個非常復雜的系統工程。就主要工藝過程來說,包括海水預處理、淡化(脫鹽)、淡化水后處理等。其中預處理是指在海水

進入起淡化功能的裝置之前對其所作的必要處理,如殺除海生物,降低濁度、除掉懸浮物(對反滲透法),或脫氣(對蒸餾法),添加必要的藥劑等;脫鹽則是通過上列的某一種方法除掉海水中的鹽分,是整個淡化系統的核心部分,這一過程除要求高效脫鹽外,往往需要解決設備的防腐與防垢問題,有些工藝中還要求有相應的能量回收措施;后處理則是對不同淡化方法的產品水針對不同的用戶要求所進行的水質調控和貯運等處理。

海水淡化過程無論采用哪種淡化方法,都存在著能量的優(yōu)化利用與回收,設備防垢和防腐,以及濃鹽水的正確排放等問題。

3、海水淡化的主要方法

3.1多級閃蒸法

閃蒸是將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室，閃蒸室內壓力低于將要進入的鹽水所對應的飽和蒸汽壓力，熱鹽水進入后即為過熱水而迅速汽化，所產生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。多級閃蒸就是以此為原理，使熱鹽水依次流經多個溫度、壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級蒸發(fā)降溫生產淡水。

3.2多效蒸餾法

多效蒸餾是使用最早的海水淡化技術，在20世紀60年代前，多效蒸餾一直是最主要的商業(yè)化海水淡化技術。其是在單效蒸餾的基礎上發(fā)展起來的蒸發(fā)技術，分低溫和高溫多效蒸餾。低溫多效蒸餾是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度不超過70℃的海水淡化方法，其特征是將一系列的水平管或垂直管與膜蒸發(fā)器串聯起來，并被分為若干效組，后面一效的壓力均低于前面一效，從而后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，利用前一效內加熱海水獲得的蒸汽作為熱源加熱后面一效的海水，從而得到多倍于加熱蒸汽量的淡化效果。

4、海水淡化技術的新發(fā)展與趨勢

海水淡化技術的發(fā)展與工業(yè)應用,已有半個世紀的歷史,在此期間形成了以多級閃蒸、反滲透和多效蒸發(fā)為主要代表的工業(yè)技術。專家普遍認為,今后三四十年在工業(yè)應用上,仍將是這三項技術“唱主角”,但反滲透的比重將越來越大。從地區(qū)上來講,中東海灣國家仍將以多級閃蒸為首選,因為它具有大型化和超大型化(單臺設備產水量目前已高達日產淡水4～5萬噸)、適應于污染重的海灣水以及預處理費用低的優(yōu)勢;然而在中東以外地區(qū)將以反滲透或膜法為首選,因為膜法的能耗和成本都具有優(yōu)勢,以北美地區(qū)為例,近期的發(fā)展已經表明,在淡化和水處理方面都將以膜法為主。從裝置規(guī)模來說,單機日產4～5萬噸、或總日產30～40萬噸的淡化廠已相繼在多處建成或正在興建。所以大型或超大型化不僅在中東,在其它地區(qū)也都是自然的發(fā)展趨勢。然而建設大型淡化廠的前提在于能源基地的建設。對于膜法,自然要有電力支持,對于蒸餾法則要有大型火電站所提供的低壓蒸汽與淡化裝置相匹配,而且電、水生產必須聯合設計,協調運行。目前一個受人重視的能源措施是核能淡化。核電站可以支持大型反滲透淡化廠的能量需求;而低溫核反應堆則可以直接為蒸餾淡化廠提供低壓蒸汽。核能淡化廠自然都要求較大的生產規(guī)模才可能發(fā)揮其規(guī)模效益優(yōu)勢。淡化技術本身的研究開發(fā)和更新從來沒有停止過,盡管上述三項工業(yè)應用技術發(fā)展勢頭不減,但一些新的技術也在一定程度上受到重視,如冷凍法、流通電容吸附法、露點蒸發(fā)法以及幾種方法的集成技術等。現有淡化技術的各個環(huán)節(jié)也都在不斷改進和更新,如低壓膜法預處理技術,無論對反滲透還是蒸餾法,都比傳統預處理優(yōu)越。低壓膜法預處理既可以縮短工藝,又可以大幅度提高產水率或造水比。反滲透的余壓能回收效率從20世紀70年代的30％提高到現在的90％以上,這使得海水反滲透的耗能量和淡水成本大幅降低。納米復合材料的采用大大提高了膜片強度與耐老化能力,并進而提高了出水率。超聲波在反滲透工藝中的應用不但解決膜污染的問題,而且大幅度地提高了產水量,降低了單位出水的能耗。目前各種新型高效和廉價的能量回收裝置相繼出現,這都為今后海水淡化成本的進一步降低甚至在苦咸水反滲透中廣泛采用提供了條件。

在我國現有經濟和技術條件下,海水淡化技術將得到更廣泛的應用。改良現有工藝降低海水淡化成本、解決濃鹽水排放對環(huán)境影響等問題將成為一個時期內海水淡化研究的主要方向。在集中地規(guī)模化工業(yè)應用中,蒸餾法與反滲透法并重。在分散的家庭終端,反滲透則是主要的發(fā)展趨勢。