海水淡化技术的发展和应用

　　[摘要]淡水资源的短缺一直以来都是是人们关注的热点话题。进入二十一世纪以来，海水淡化技术迅猛发展，海水淡化这一项技术也得到了越来越多人的关注。本文回顾了我国海水淡化技术的发展历程，介绍了几种传统与新型的海水淡化技术，并将我国海水淡化技术与国外先进海水淡化技术进行了比较，对未来我国海水淡化技术的发展进行了展望。

　　[关键词]资源;海水淡化;可持续发展;技术;反渗透

　　资源与环境问题是二十一世纪以来人们最关注的问题之一，其中，水资源是各种资源中人类最不可或缺、无法替代的资源之一[1]。随着人口总量急剧增长、经济社会快速发展以及气候的骤然变化，全球淡水资源短缺的问题也随之愈演愈烈。我国的海洋资源富饶，海岸线长达1.8km，开发潜力巨大，海水淡化技术被广大的研究者认为是跨流域调水之外解决淡水资源问题的重要战略选择[2]。

　　资源环境评职知识： 海水淡化论文文献和发表期刊

　　进入二十一世纪以来，我国愈发重视开发海水淡化技术，使得海水淡化产业得到了快速发展，我国目前正在逐步建立海水淡化产业体系[3]。尽管就目前而言，我国的海水淡化技术和产业较国外仍有明显差距，但未来海水淡化总产能将持续增长，海水淡化技术将更加发达，随着海水淡化所需能耗的降低，将会呈现出比跨流域调水更低廉的价格[4]。本文通过研究分析了我国海水淡化技术的发展和实际运用的情况，对我国海水淡化技术未来发展趋势做出了展望。

　　1海水淡化技术的发展

　　我国早在上世纪50年代就开始了海水淡化技术的研究。从1997年开始，我国开始将海水淡化投入到实际使用当中。“十一五”期间，我国规划纲要中加入了海水淡化相关要求，先后建立30余套海水淡化装置[5]。在“十一五”与“十二五”期间，我国海水淡化项目在产能、材料和企业合作方面，我国都取得了长足发展[6]。“十三五”期间海水利用更是成为了洋经济创新发展三大产业之一[7]。

　　2我国海水淡化技术发展现状

　　2.1传统海水淡化技术

　　由于传统淡化技术提出较早、技术成熟且应用更加稳定，目前在市场上占据了较大的份额。商业化的海水淡化技术中，热法占全球市场份额的30%，膜法占全球海水淡化市场份额的65%[8]，其中包含的低温多效蒸馏工艺、多级闪蒸工艺和反渗透海水淡化工艺还将在未来全球市场中占领主体地位[9]。

　　2.1.1低温多效蒸馏工艺

　　多效蒸馏(MED)通过串联多个蒸发器以节省热量[2]。上世纪60年代出现的低温多效蒸馏(LT-MED)技术解决了多效蒸馏技术的结垢和腐蚀两大难题，让该技术得以继续发展。温多效蒸馏(LT-MED)技术具有如下的优点：系统操作弹性较大、出水水质较好、结垢情况得以减轻。但低温余热不稳定、效率低等因素使其运行成本较高[10]。因此，LT-MED更适于大规模项目，与电厂、市政结合，提高综合效率[11]。

　　2.1.2多级闪蒸工艺

　　多级闪蒸系统同样是由多个蒸发容器串联而成，串联的容器内压递减，从而实现闪蒸汽化[12]，它的到来进一步解决了多级闪蒸技术的结垢问题。MSF技术的主要特点是操作灵活性低，难以适应水量的变化、初期建设工程量大、产水水质高，且由于大量海水的循环消耗大量动力，因此多级闪蒸海水淡化工艺多与发电站等相邻建立，为工业企业提供优质淡化水[13]。

　　2.1.3反渗透法(RO)

　　热法淡化技术虽然发展较早，但是其存在如易结垢、高能耗、高成本等诸多问题。21世纪以来，反渗透海水淡化技术的市场占比不断增高[14]。反渗透即利用半透膜将淡水与其他物质进行分离，将它应用于海水淡化技术中有如下的优点：装置紧凑，占地较少，操作简单[15]。然而，反渗透技术消耗较大能量且产生大量浓盐废水[11]。为此，还需开发更加高效环保的海水淡化膜集成技术[16]。

　　2.2新兴海水淡化技术发展

　　海水淡化技术发展至今已取得了显著的进步。但是传统海水淡化技术还存在着规模小、工业基础薄弱、成本相对高的问题[17]。新兴海水淡化技术，一方面，是对现有工艺技术进行提升，降低造水成本;另一方面，是寻求新能源，开发新的节能技术与工艺[18]。

　　2.2.1集成海水淡化技术

　　膜蒸馏技术是一种集成海水淡化技术，其原理是让加热海水得到的水蒸气在膜两侧产生的蒸气压差下透过疏水膜从而得到淡化水[19]。该方法结合了热法和膜法的优势，结构简单紧凑，分离效率高，但在实现工业化之前还需提高膜通量和热效率。此外，还有RO与MSF集成技术、RO与电渗析集成技术等[20]。

　　2.2.2新能源海水淡化技术

　　太阳能海水淡化技术是一项在经济和技术两方面都具有竞争力的技术，适合于日产水量10m3/d的小型海水淡化厂。太阳能海水淡化技术的最大难题在于效率低、设备产量规模小，在实际使用过程当中会受到地理位置、气象等因素的影响。此还需优化收集热量和光电转化的效率等[21-22]。除太阳能外，人们还利用风能来驱动发电机，将风能转化为电能而驱动海水淡化设备的运行。

　　但风十分不稳定，而反渗透法的适应性高，因而可以与风能技术相互结合[21-22]，削弱风能在利用上的缺点，从而更好地利用风能。人们还利用核反应堆释放出的能量驱动海水淡化[24]。许多国家已经将核能海水淡化用于商业技术中。但如何兼顾核能的安全使用、提高核能的可靠性和环保要求仍然是需要人们终点解决的问题。此外，还可以利用海洋能、地热能等来驱动海水淡化装置的运行[11]。

　　3国内外海水淡化技术现状比较

　　3.1关键设备国产化率较低

　　我国海水淡化工程现有设备近80%采用国外技术建造，原因可能是我国科研部门负担不起设备样机试制的研发费用。我国可以借鉴美国、以色列等海水淡化技术较为发达的国家，制定相应的政策以支持我国自主技术开发和试生产[25]。

　　目前，我国万吨及以上的海水淡化工程对于国外设备技术的依赖较强。如反渗透淡化技术中，虽然部分采用了国产零部件，但一些关键零部件，如能量回收装置、反渗透膜、高压泵等设备仍要从海外渠道购置。国产的反渗透膜在海水淡化上的应用几乎基本为零，一般适合用于苦咸水、微咸性盐水淡化[26]。国内对诸如能源回收器、蒸汽喷射泵等一系列关键零部件的研究均陷入停滞状态。按投资情况来看，国产化率不到50%;用于预处理的超滤膜材料则几乎全部使用进口产品[25]。

　　3.2成套化技术尚待开发国内专门从事海水淡化技术单位不足10家，且未能形成良性的联动。海水淡化需要消耗大量的电力和水蒸气，因此国外大多数海水淡化工厂都是与风力发电厂合作设计生产建设，从而高效地利用能源，形成有效的水电联产。目前在我国，海水的淡化只能说是一个与电厂相配套的工程，未能把它们的优势特征形成相互补充。

　　3.3大型工程技术仍需加强我国大型海水淡化工程技术亟待发展和提升，自主研发关键装备有待向实用化、产业化发展。其中，民用海水淡化工程情况不容乐观，产水量较为低下。有必要汇聚全国的优势力量，针对大型工程技术和装备进行攻关，为低能耗、低成本、生态化的大型海水淡化工程建设及安全供水提供技术保障。

　　3.4缺乏配套的政策法规

　　淡化海水成本约为7~8元/m3，再考虑到运输成本，其总成本远超过常规水。当前我国缺乏完备的政府支持补贴，严重制约了海水淡化的发展。其次，国家也未能合理统一配置淡化海水的使用，一定程度上影响了淡化海水的发展[27]。我国在海水淡化领域的法律法规和产业政策建设十分薄弱，远落后于产业的发展进程，海水淡化项目定位不清，其责任和利益边界相对模糊，对海水淡化技术和产业发展极为不利。如：海水淡化没有纳入国家水资源开发的战略与规划，海水淡化设施建设享受不到国家和地方水资源开发的优惠政策，缺乏市场竞争力和淡化水进入市政供水体系的通道。

　　4总结与展望

　　近年来海水淡化技术受到越来越多的重视，是经济与环境“双赢”的重要选择[28]。目前，传统海水淡化技术在实际工程应用中占据主流，新兴的海水淡化技术则更突出了低能源、低污染等特征，但其在国内应用发展尚且仍处于探索阶段。未来各类新兴海水淡化技术仍需要在降低能耗的前提下改善其可靠性与稳定性[20]，进一步增强创新驱动力，完善海水淡化体制建设。我国海水淡化技术的研究重点将会在如下几个方面。

　　(1)对于已经广泛应用的传统海水淡化技术，进一步降低能耗与运行成本。(2)将各种相关工艺进行优势互补，形成更为高效的集成海水淡化技术。(3)进一步探索核能、太阳能、风能等其他新能源作为海水淡化工艺驱动力的可能。 (4)基于全新的技术原理研发出更为先进的海水淡化理念。海水淡化技术作为新世纪最具潜力的一种淡水资源获得手段，已经受到了各国科研、政府人员的高度关注。随着现代科学技术的不断进步，海水淡化技术将逐步发展成为我国的战略性产业[12]。综上，在全球性淡水资源匮乏、水体污染加重等多重环境问题的挑战下，海水淡化是最具发展前景的淡水取用技术。

　　参考文献

　　[1]朱淑飞，薛立波，徐子丹.国内外海水淡化发展历史及现状分析[J].水处理技术，2014，40(07)：12-15.

　　[2]王宏涛，李保安，刘兵.海水淡化技术现状及新技术评述[J].盐业与化工，2014，43(06)：1-5.

　　[3]杨尚宝.我国海水淡化进展与展望[J].水处理技术，2014，40(12)：1-4.

　　[4]王生辉，赵河立.中国海水淡化产业发展环境及市场展望[J].海洋经济，2012，2(03)：18-21.

　　[5]刘晓勇，查小琴，罗先甫，等.海水淡化设备关键技术与材料的发展现状[J].连铸，2018，43(06)：22-27.

　　[6]杨尚宝.我国海水淡化产业发展述评2016[J].水处理技术，2017，43(10)：1-3.

　　作者：孙彬荃1，张小磊1*，邢丁予1，李继1，董文艺1，潘献辉2

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