【海洋科普】海水淡化处理技术发展如何？

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。

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。[1]是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。

海水淡化处理技术是指将水中的多余盐分和矿物质去除得到淡水的工序。世界上装机应用的海水淡化膜方法主要有多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和反渗透法(RO)，半个世纪以来己养活了世界上1亿多的人口，促进了干旱沙漠地区和发达国家沿海经济和社会展。

目前，海水淡化技术已在160多个国家应用。全球海水淡化产能从2000年的不足0.3亿t/d已发展到2020年的1亿t/d，年均增幅超过7%。据文献统计，全球62%的淡化水用于市政供水（图 1），解决了3亿多人的饮水问题，其余满足工业、农业、旅游业及军事等方面的需求。沙特作为国际上海水淡化产能最大的国家，占世界海水淡化量的20%，海水淡化总规模已约890万t/d，全国70%的饮用水来自海水淡化；以色列自2003 年先后在地中海沿线建设了5个大型海水淡化厂，每年可提供约6亿t的淡化水，相当于全国用水总量的 30%，可饮用水供应量的70%。

当前全球运行的最大 MSF、MED、RO海水淡化工程分别是沙特 Shoaibah Ⅲ（88万 t/d）、沙特Al Jubail（80万t/d）、以色列 Sorek（62万 t/d）。2019年10月启动的阿联酋90万 t/d 淡化厂，是全球在建最大的反渗透海水淡化项目，2021年3月阿联酋又启动了阿布扎比Mirfa 的大型反渗透海水淡化项目，规模约 68.2万t/d。随着海水淡化技术的进步和应用规模的扩大，投资和运行费用显著下降，40年前制水成本高于10美元/m3，如今淡化成本已下降到 0.32 美元/m3，但下降趋势逐渐变缓。

【1】低温多效蒸馏工艺（LT-MED）

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[2]。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[2]。

【2】多级闪蒸工艺（MSF）

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[2]，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。

【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。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[2]。然而，反渗透技术消耗较大能量且产生大量浓盐废水。为此，还需开发更加高效环保的海水淡化膜集成技术[2]。

在产业规模上，我国目前的海水淡化产能保有量约为全球产能的2%左右，占比较低．我国海水淡化规模化应用起步较晚，此时RO技术在成本和工艺上已经表现出明显的优势，所以我国海水淡化工程主要以膜法为主，热法淡化技术方面也主要是采用能源利用效率更高的 MED，这一情况与全球除中东地区以外的其他区域情况类似．在用途上，我国海水淡化水用于市政饮用的比例较低．随着我国海洋强国建设推进和社会经济发展，未来我国海水淡化产业将进一步增长[3]。

参考文献：

[1] 孙彬荃,张小磊,邢丁予,李继,董文艺,潘献辉.海水淡化技术的发展和应用[J].广东化工,2021,48(18):1-2+28.

[2] 张雨山.海水淡化技术产业现状与发展趋势[J].工业水处理,2021,41(09):26-30.

[3] 宋瀚文,宋达,张辉,付赫,彭昌盛.国内外海水淡化发展现状[J].膜科学与技术,2021,41(04):170-176.

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