什么是海水淡化？方法有哪些？

水資源短缺是現代社會面臨的重要挑戰之一。聯合國水資源組織(UN-Water)統計數據表明，全球約有12億人正遭受著水資源短缺及其附帶的健康、衛生、食品及能源等問題，此外，隨著人口增長和工業進步，聯合國世界水資源發展報告指出，未來三十年全球清潔水資源需求量將增加50%以上。通過科學的海水淡化技術可以有效增加淡水資源總量，大大緩解甚至解決人類淡水的供應問題。那么，什么是海水淡化技術?方法有哪些?本文將具體介紹。

1.海水淡化

海水淡化是指將海水里面的溶解性礦物質鹽分、有機物、細菌和病毒以及固體分離出來從而獲得淡水的過程。

2.海水淡化的方法

按照鹽和水分離的原理和方法，可以將海水淡化的技術分為三大類：熱法、膜法、膜蒸餾。

(一)熱法

熱法是指通過加熱海水使其吸收能量變成水蒸氣，后將蒸汽冷凝得到淡水的方法。其原理是利用水和鹽物理性質上的差別：即借助水的揮發性而鹽則不具備這一性質，此法是需要外界提供能量的有相變過程。按照具體的工藝不同又可以分為：太陽能蒸餾法(SD)、多效蒸餾法(MED)、多級閃蒸法(MSF)以及壓氣蒸餾法(VC)。

太陽能蒸餾法(SD)

海水吸收太陽光的能量蒸發得到水蒸氣，進一步冷凝得到淡水。

優點是：(1)結構簡單、運行成本低;(2)過程中消耗的太陽能是可再生的清潔能源，未消耗化石能源;(3)無污染且所獲得的淡水純度高。

缺點是：(1)太陽能會受到地區以及氣候的影響，難以穩定的提供能源;(2)由于未安裝吸收太陽能的收集裝置，太陽能的實際利用效率非常低;(3)裝置面積較大，單位面積產水量較少;(4)被蒸發的水蒸氣以自然對流的狀態流動，故傳質系數也非常低。

低溫多效蒸餾法(LT-MED)：低溫多效蒸餾工藝將一系列的蒸發器串聯起來并分成若干效組，用一定量的蒸汽輸入通過多次的蒸發和冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水，蒸發容器的個數稱為效數。

優點是：(1)操作條件溫和、維護量少、操作安全可靠;(2)熱效率高;(3)產水水質好、且對水質要求比較低;

缺點是：(1)未完全解決水垢形成的問題，還是需要定期清洗換熱器外壁上的水垢，以維持系統的高效穩定運行;(2)僅僅適用于大中規模以上的應用，因其裝置設備和工藝管道比較復雜，所以難以實現小型化。

多級閃蒸法(MSF)

高溫海水進入到閃蒸室(壓力低于海水在此溫度下飽和蒸氣壓)，海水過熱氣化，蒸汽被冷凝得到淡水。多級閃蒸為海水一次經過若干個壓力逐級降低的閃蒸室，逐漸蒸發降溫，直至溫度接近(但高于)天然海水溫度。

優點：(1)對原料海水的要求較低，預處理比較簡單;(2)不易結垢。

缺點：(1)過程的操作溫度高，能耗比較大，因而設備腐蝕較快，所以水易受污染;(2)設備復雜龐大，難以實現小型化，適合與火電站或大型工廠聯合運行;(3)對外界依賴度高。

壓氣蒸餾法(VC)

依據氣體壓縮時其溫度會升高的特點，把蒸發器中沸騰海水蒸發得到的二次蒸汽經過壓縮機的絕熱壓縮，提高壓力、溫度和熱焓后再送回蒸發器的加熱室中，發揮加熱作用，讓蒸發器中的海水進一步蒸發，而蒸汽溫度降低被冷凝為淡水，在整個過程中蒸汽的潛熱被反復利用。

優點：(1)蒸汽的潛熱得到了反復利用，有比較高的熱功利用效率;(2)海水不需要進行復雜的預處理，對海水污染不敏感;(3)結構簡單，易于模塊化設計，可設計成很多便攜式裝置。

缺點：(1)對海水進行壓縮和加熱的過程會消耗大量的高品位能源(如電能);(2)發生相變換熱的表面上會出現嚴重的鍋爐結垢現象;(3)壓汽機造價高，難以進一步大型化。

(二)膜法

膜法分離技術是指依靠特制膜材料使一種液體中溶劑和溶質達到分離效果的方法。其原理與熱法是不同的，在此過程沒有發生相變，是依靠具有選擇透過性的微孔膜，讓海水中鹽或者水通過膜而另一種成分被留下的海水淡化方法。主要包括反滲透和電滲析。

電滲析(ED)

電滲析是利用具有選擇性的離子交換膜在外加電場作用下，使水中的離子定向遷移，某種離子交換膜只允許帶相同電荷的離子通過而截留帶相反電荷的離子，最終達到溶質與溶劑分離的效果。

缺點是：(1)水回收率低;(2)僅能夠去除海水中帶電粒子，得到的淡水中仍然含有微生物和有機分子，因此脫鹽率較低，僅能達到75%-90%;(3)對水質要求比較嚴格，需要對原水進行預處理;(4)給水含鹽量越高，能耗越大，在苦鹵水淡化工程中的應用受到局限。

反滲透(RO)

反滲透是利用能夠選擇性透過溶劑截留溶質的反滲透膜，在膜一側施加大于溶劑滲透壓的壓力作為推動力，讓溶劑穿過膜而溶質被截留下來，分離了溶液中的溶質和溶劑。理論而言，外加的壓力越大，海水側的水分子透過的速率就越快。溶液的類型不同時，所需要的外加壓力有所不同，比如：淡化鹽水時，外加壓力通常為10-25 bar;而淡化海水時，所需要的外加壓力會增大，常為 50-80 bar。優點是：(1)裝置的前期投資比較少，建設周期短;(2)裝置簡單易于操作，且維修方便，維護成本低;(3)操作環境溫和，設備不會產生嚴重的腐蝕和結垢現象。

缺點是：(1)在系統工作時，膜的壽命會降低，污染問題也會出現，因此膜材料需要定期更換，使得系統的維護成本有所提高;(2)對海水鹽度敏感，高鹽度的海水不宜用此法。

(三)膜蒸餾(MD)

膜蒸餾是一種將傳統熱法和膜法相結合、既有多孔滲透膜又有相變的“熱膜耦合”海水淡化技術，使用多孔的疏水膜材料，以熱料側和滲透側兩側的蒸汽壓差作為驅動力，熱料側海水蒸發來的水蒸氣穿過多孔疏水膜以后，在冷凝側溫度降低冷凝得到淡水，由于所用的膜是疏水膜，液體水不能通過，從而實現了海水的水鹽分離，但是其現階段依然處于實驗室小規模研究階段。

以上梳理了海水淡化的定義及方法，希望對你有所幫助，如果你想了解更多相關內容，敬請關注三個皮匠報告的行業知識欄目。

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