水资源紧缺 膜法将有望胜出
水对于人类的生存与发展具有重要意义，而能被人类利用的淡水资源仅占全球水总储量的0.117%。随着近几年淡水资源短缺的形势日趋严峻，人们寄希望于新的淡水资源的开发。海水淡化作为开发新的淡水资源的重要手段日益受到重视，近几年，海水淡化成本日益降低，海水淡化工业已经像全球变暖问题一样炙手可热，让国内外的科学家、商人都想在这一领域大挥拳脚。预计到2010年底，全球已拥有的海水淡化厂比2006年，还能增长12%。
【原理方法论】
所谓海水淡化，其实是从海水中提取淡水的一项复杂而艰难的技术。反过来讲，海水淡化过程也可以被看做是一个“海水浓缩”的过程。海水淡化技术的大规模应用始于干旱的中东地区，但并不局限于该地区。由于世界上70%以上的人口都居住在离海洋120公里以内的区域，因而海水淡化技术近20多年迅速在中东以外的许多国家和地区得到应用。最新资料表明，到2003年止，世界上已建成和已签约建设的海水和苦咸水淡化厂，其生产能力达到日产淡水3600万吨。目前海水淡化已遍及全世界125个国家和地区，淡化水大约养活世界5%的人口。海水淡化，事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题，普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。
蒸馏法
蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原旦如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷却成雨，而雨是不带的咸味的。根据设备蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。
冷冻法
冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法都有难以克服的弊端，其中蒸馏法会消耗大量的能源并在仪器里产生大量的锅垢，而所得到的淡水却并不多；而冷冻法同样要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。
反渗透法
通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。因此，从1974年起，美日等发达国家先后把发展重转向反渗透法。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。
太阳能法
人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。馏系统被动式太阳能蒸馏系统的例子就是盘式太阳能蒸馏器，人们对它的应用有了近150年的历史。由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等优点，将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。
低温多效
多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。低温多效蒸馏技术由于节能的因素，近年发展迅速，装置的规模日益扩大，成本日益降低，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。
多级闪蒸
所谓闪蒸，是指一定温度的海水在压力突然降低的条件下，部分海水急骤蒸发的现象。多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化装置仍以多级闪蒸方法产量最大，技术最成熟，运行安全性高弹性大，主要与火电站联合建设，适合于大型和超大型淡化装置，主要在海湾国家采用。多级闪蒸技术成熟、运行可靠，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，降低单位电力消耗，提高传热效率等。
电渗析法
该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5～1.0mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。此外，这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。
压汽蒸馏
压汽蒸馏海水淡化技术，是海水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。所产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出，如此实现热能的循环利用。
露点蒸发法
露点蒸发淡化技术是一种新的苦咸水和海水淡化方法。它基于载气增湿和去湿的原理，同时回收冷凝去湿的热量，传热效率受混合气侧的传热控制。
热膜联产
热膜联产主要是采用热法和膜法海水淡化相联合的方式（即MED-RO或MSF-RO方式），满足不同用水需求，降低海水淡化成本。目前，世界上最大的热膜联产海水淡化厂是阿联酋富查伊拉海水淡化厂，日产海水淡化水量为45.4万立方米，其中，MSF日产水28.4万立方米，RO日产水17万立方米。其优点是：投资成本低，可共用海水取水口。RO和MED/MSF装置淡化产品水可以按一定比例混合满足各种各样的需求。
此外，以上方法的其他组合也日益受到重视。在实际选用中，究竟哪种方法最好，也不是绝对的，要根据规模大小、能源费用、海水水质、气候条件以及技术与安全性等实际条件而定。
【技术应用篇】
海水淡化是人类追求了几百年的梦想。早在400多年前，英国王室就曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。从20世纪50年代以后，海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展，在已经开发的二十多种淡化技术中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法都达到了工业规模化生产的水平，并在世界各地广泛应用。
最早的淡化方法有两种，一是蒸馏法，将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。这个过程与海水逐渐变咸的过程相似，只不过人类要攫取的是淡水。另一个海水淡化的方法是冷冻法，冷冻海水，使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时，盐被分离了出去。但这两种方法都有难以克服的弊病。蒸馏法会消耗大量的能源，并在仪器里产生大量的锅垢，得到的淡水却并不多。这是一种很不划算的方法。冷冻法同样要消耗许多能源，得到的淡水却味道不佳，难以使用。电渗析淡化法是使用一种特别制造的薄膜实现的。在电力作用下，海水中盐类的正离子穿过阳膜跑向阴极方向，不能穿过阴膜而留下来；负离子穿过阴膜跑向阳极方向，不能穿过阳膜而留下来。这样，盐类离子被交换走的管道中的海水就成了淡水，而盐类离子留下来的管道里的海水就成了被浓缩了的卤水。
1953年诞生了反渗透淡化法。它使用的薄膜叫“半透膜”。半透膜的性能是只让淡水通过，不让盐分通过。如果不施加压力，用这种膜隔开咸水和淡水，淡水就自动地往咸水那边渗透。人们通过高压泵，对海水施加压力，海水中的淡水就透过膜到淡水那边去了，因此叫做反渗透，或逆渗透。反渗透法最大的优点就是节能，生产同等质量的淡水，它的能源消耗仅为蒸馏法的1/40。因此，从1974年以来，世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向了反渗透法。现代多级闪急蒸馏淡化使古老的蒸馏法焕发了青春。水在常规气压下，加热到100℃才沸腾成为蒸汽。如果使适当加温的海水，进入真空或接近真空的蒸馏室，便会在瞬间急速蒸发为蒸汽。利用这一原理，做成多级闪急蒸馏海水淡化装置。此种淡化装置可以造得比较大，成为大型海水淡化工厂，并可以与热电厂建在一起，利用热电厂和核电厂的余热加热海水，水电联产可以大大降低生产成本。现行大型海水淡化厂大多采用此法。现在又在开发太阳能蒸发淡化法，如果能够投入实用，蒸馏淡化的能耗将又大大降低。
蒸馏法目前在中东各国应用较多，而欧美各国较多采用反渗透法。
【经验篇之——天津】
随着天津市经济的迅速发展，城市用水量迅速增多，上游地区用水量逐年增加。然而天津淡水资源日益紧缺，如何缓解淡水供应紧张的局面，成为市民日益关心的问题。10月31日从国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所了解到，天津市目前海水淡化日处理量已达到10万吨，相比起2000年以前6000吨的日处理量，翻了16倍之多。预计到2020年，天津市海水淡化日处理量将达到50万吨，相当于全市每天总供水量的1/4。
蒸馏出的海水可媲美高山雪水
据国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所总工程师阮国岭介绍，近年来，天津周边地区经济迅速发展，上游地区用水量大幅增加，水库数量也增长很快，因此可供本市（天津市，下同）使用的水量呈下降趋势，多水源开发是解决本市水资源紧张局面的必经之路。天津又是沿海城市，海水淡化在淡水资源的开发中扮演了重要角色。目前，本市海水淡化日处理量可达到10万吨，主要用于工业和民用。
据介绍，目前海水淡化基本采用两种方法，一种是蒸馏法，也叫热法。就是基于过去收集雨水的原理，模拟大自然水循环的过程，将海水加热成水蒸气，再进行冷凝，制成不含杂质的纯净水。由于这些水都是没有落地就制作完成的，其纯净可媲美高山雪水。还有一种技术叫做反渗透膜海水淡化法，也称为膜法。就是将海水通过一层细网状薄膜，使海水中的盐分和杂质留在薄膜一侧，淡化水则会集中在薄膜的另一侧。
技术接轨国际未来处理量更高
在国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所的实验室，一部两米多高的大型实验仪器呈现在记者面前。据工程师谢峰介绍，这台仪器是用来检测海水淡化处理设备中喷头性能的。技术人员通过操作这种仪器，可以检验出海水淡化处理设备中喷头的性能，从而影响最终的产水效率。目前，这项技术已经是国际水平。
据介绍，随着本市海水淡化技术不断进步，处理规模不断扩大，预计到2020年，本市海水淡化日处理量将达到50万吨。目前天津市区日用水量为160万吨，每日为市区提供50万吨的海水淡化水。届时，将有效缓解津城的缺水问题。
【发展建议篇】
构建海水淡化产业技术支撑体系
水资源短缺制约了我国社会经济发展，将来仍可能制约我国的可持续发展。很多城市已经在海水淡化领域已经进行了积极的探索与实践，并卓有成效。但与我国总体发展对海水淡化资源的战略需求，还有较大差距，特建议如下：
一是加强政府对发展海水淡化产业发展的领导。海水淡化产业是一个系统工程，涉及方方面面，应加强领导、统筹兼顾、全面规划，推动我国海水淡化产业的可持续发展，尽快在全国率先形成新的海水淡化产业集群。建议成立由市主要领导任组长、相关部门参加的海水淡化产业发展领导小组。按照政府引导、规划控制、政策鼓励、科技先行的原则，尽快构建并落实海水淡化产业的政策保障体系。
二是建立完善的海水淡化政策和法律保障体系。出台促进海水淡化的地方性法规和政府规章，发挥政策调控作用，并采取必要的行政和经济手段，促进海水淡化产业的发展。加大对海水淡化重大项目的支持力度，对海水淡化厂在电价上给予优惠；对海水淡化和设备制造企业给予高技术企业的政策优惠等。对以供应居民用水为主要目的的海水淡化厂及其管网设施实行一定的补助，改革现行水价体制，允许海水淡化以合理的利润进入市政管网，对海水淡化厂作为市政设施与自来水公司同样享受划拨土地的优惠政策。在投资导向上，对采用海水淡化以及电水联产等项目应优先立项，同时帮助拓展融资渠道，鼓励社会资金以市场化的方式投资海水淡化厂的建设和运营。四是加大对海水淡化科学技术研究的经费投入，建立海水淡化科技方面的专项研究基金，对从事有关海水淡化工程技术开发的单位给予必要的税收优惠政策。
三是整合高校、研究所及相关企业的科研力量。高校、研究院所要为制造业培养研究型人才和装备应用型人才，为海水淡化产业提供人才支持；相关企业要加强与高校、研究院所的科研合作，共建研发基地，形成引进消化型和自主创新型并重的技术创新模式；以国家海洋科学研究中心为依托，以国家海水淡化实验平台为基础，以海水淡化示范工程建设为契机，瞄准国外海水淡化前沿技术，突出规模化和国产化，凝炼攻关重点，在海洋防腐和防生物附着以及海洋新材料、海洋机械制造、海洋仪器仪表制造等领域进行产、学、研联合攻关，构建海水淡化科研体系，为海水淡化产业提供基础理论储备和先进技术研究。
四是加强自主创新，为海水淡化提供强有力的技术支撑。将现有的科技力量和科研成果进行整合、转化及推广利用。同时建立国家级海水淡化技术研发基地，促进产学研联合发展，提供基础性和公用性关键技术，提高装备标准化、系列化和成套化水平，加快海水淡化关键技术与装备国产化进程，带动海水淡化装备制造业的发展。集中有限的人力和财力，充分利用现有条件，以原始创新为主，并通过引进、消化吸收再创新，形成具有自主知识产权的技术与产品。
五是建立和完善海水淡化的技术标准规范。总结海水淡化示范经验，研究制订各类海水淡化技术和装备标准与安装规范以及海水淡化厂运行规范、淡化水产品标准和外排海水标准等海水淡化标准化体系，并为我国海水淡化产业的标准化体系建设提供借鉴。
【结语】
纵使海水淡化困境重重，然而面对日益紧张的淡水资源，海水淡化仍然是我们需要给予考虑的方法之一。目前任何方法都不是万能和十全十美的，因地制宜和正确地施用科学，才能够给我们带来我们需要的东西。
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