鄭智穎，李鳳臣，李倩，王璐，蔡偉華，李小斌，張紅娜

海水淡化技術應用研究及發(fā)展現(xiàn)狀

鄭智穎，李鳳臣，李倩，王璐，蔡偉華，李小斌，張紅娜

當前淡水資源匱乏日益嚴重，已成為全球性的環(huán)境問題。而全球水資源總量中近 97.5%的水為海水等咸水資源，且數(shù)據(jù)顯示世界上超過70%的人口居住在距海邊70 km的范圍內(nèi)，因此 20世紀后半葉以來，海水淡化被認為是最實用的能持續(xù)提供淡水來源的方法。相比另外兩種常用淡水取用方式——地下取水和遠程調(diào)水，海水淡化能耗低，原水資源豐富，因而進入新世紀后被世界各國認為是最可行和最經(jīng)濟的淡水取用方式。

海水淡化是指將海水里面的溶解性礦物質(zhì)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。從能量轉(zhuǎn)換角度來講，海水淡化是將其他能源（如熱能、機械能、電能等）轉(zhuǎn)化為鹽水分離能的過程。水質(zhì)通常用總?cè)芙夤腆w（total dissolved solids，TDS）這一術語來衡量，用于表征水中鹽分和礦物質(zhì)含量，從而對原水進行分類和對獲得的淡水的質(zhì)量進行評價。TDS又可稱為溶解性固體總量或礦化度，單位為mg/L或ppm，即每升水中鹽分或礦物質(zhì)的毫克量。一般將TDS￡1000 mg/L的水定義為淡水，而世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）也以此范圍作為飲用水標準，美國環(huán)境保護部（US EPA）則將飲用水標準設定為TDS￡500 mg/L。一般將 TDS在1000～10000 mg/L的水定義為苦咸水，TDS在10000～45000 mg/L的水定義為海水，而海水的平均標準為35000 mg/L。

根據(jù)鹽水分離過程的不同，海水淡化技術的分類如圖1所示。當鹽水分離過程中有新物質(zhì)生成時，則該海水淡化方法屬于化學方法，反之則屬于物理方法。在物理方法中，利用熱能作為驅(qū)動力，鹽水分離過程中涉及相變的歸類為熱方法，主要包括多級閃蒸、多效蒸餾、壓汽蒸餾、冷凍法和增濕除濕等方法；利用膜（半透膜或離子交換膜等）進行鹽水分離且不涉及相變的則歸類為膜方法，主要包括反滲透和電滲析等方法；此外，物理方法中還包括溶劑萃取法。而化學方法主要包括水合物法和離子交換法。若將圖1中的海水淡化技術按照從海水中分離出的物質(zhì)（水或鹽分）的標準進行分類，則除電滲析和離子交換法屬于從海水中分離出鹽分外，其他方法均屬于從海水中分離出水。而冷凍法和水合物法的分離過程都涉及結(jié)晶，因此二者通常又被歸類為結(jié)晶法。值得注意的是，大多數(shù)海水淡化技術都適用于廢（污）水凈化，尤其是反滲透法。

當前在工業(yè)上大規(guī)模應用的海水淡化技術有多級閃蒸、多效蒸餾和反滲透法。截至2011年，全球有近16000家海水淡化廠，總裝機容量達7.48×107m3/d，其中反滲透法的裝機容量占63%，多級閃蒸和多效蒸餾分別占 23%和 8%。當前由海水（苦咸水）淡化技術生產(chǎn)的淡水總量中，市政部門的消耗占62%，主要供給人們的生活用水；工業(yè)和電力用戶（電廠）所占比例分別為26%和6%；剩下的6%用于農(nóng)業(yè)灌溉、旅游和軍事等方面。正如上文所述，大部分海水淡化過程也能用于廢（污）水凈化，因而淡化過程的原水可以為廢（污）水，但是廢（污）水在淡化過程原水總用量中只占6%，而主要的原水來源仍然是海水和苦咸水，所占比例分別為59%和 21%。而且，由于各海水淡化技術特點的不同，各技術以較高經(jīng)濟性運行時對原水 TDS范圍的要求也不一樣。由于水蒸發(fā)所需要的能量與水的鹽度無關，因此熱蒸餾法（包括多級閃蒸、多效蒸餾和壓汽蒸餾等）適用于高鹽度原水的淡化。

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已開發(fā)了多種基于不同原理的海水淡化技術。本文首先對海水淡化技術的分類和概況進行了簡單的介紹，其次從基本工藝流程和工作原理以及性能和技術特點等方面對傳統(tǒng)海水淡化技術進行了詳細的評述，最后從已有技術的改進、不同技術之間的結(jié)合、結(jié)合新能源的海水淡化技術和發(fā)展新型海水淡化技術等4個方面對海水淡化技術的發(fā)展進行了分析。此外，能耗是評價海水淡化技術經(jīng)濟性的重要參數(shù)，因而本文對海水淡化技術的能耗進行了重點分析。

1　主要傳統(tǒng)海水淡化技術及其特點

傳統(tǒng)海水淡化技術的提出相對較早，經(jīng)過多年的發(fā)展，在商業(yè)上的應用更為成熟。本節(jié)對常見的海水淡化方法進行了介紹，重點對各方法的基本原理、工藝流程和主要特點進行了闡述。

1.1多效蒸餾

多 效 蒸 餾 法（ multi-effect distillation，MED）的起源可追溯到19世紀30年代。但早期MED一直受換熱表面容易結(jié)垢（水垢）的制約，直至20世紀60年代，低溫多效蒸餾（low temperature MED，LT-MED）技術的開發(fā)才使得結(jié)垢和腐蝕問題得到緩解。LT-MED系統(tǒng)中采用水平管降膜蒸發(fā)器，可以消除蒸發(fā)表面上的靜壓影響，從而增大總換熱系數(shù)，在低溫（最高鹽水溫度（top brine temperature，TBT）為65～70℃）下運行也可限制管壁上水垢的形成。當前水平管降膜蒸發(fā)器已成為業(yè)界標準。

MED系統(tǒng)由多個蒸發(fā)容器串聯(lián)而成，蒸發(fā)容器的個數(shù)稱為效數(shù)（effect），多效蒸餾法的命名也由此而來。MED工藝流程按照進料海水和蒸汽流動方向的異同可以分為逆流（backward feed）、順流（forward feed）和平流（parallel feed），其中海水淡化工業(yè)上廣泛應用的MED系統(tǒng)為平流式結(jié)構(gòu)。當海水在冷凝器內(nèi)預熱后被分成兩股，一股作為冷卻海水被排放回海中，用于排出加入到系統(tǒng)中的過多的熱量；另一股作為進料海水被分配到各效蒸發(fā)容器中。在每一效蒸發(fā)容器中，進料海水通過噴嘴被噴灑在水平布置的換熱管上。第一效內(nèi)水平管上的液膜通過吸收管內(nèi)加熱蒸汽冷凝釋放的潛熱而蒸發(fā)，由此產(chǎn)生的二次蒸汽進入第二效的水平管內(nèi)驅(qū)動管外液膜的蒸發(fā)。第一效的加熱蒸汽由外部蒸汽發(fā)生器（如鍋爐，電廠汽輪機等）提供，加熱蒸汽在管內(nèi)冷凝后產(chǎn)生的冷凝水返回到外部蒸汽發(fā)生器。此后每一效內(nèi)水平管外液膜的蒸發(fā)都由上一效提供的二次蒸汽驅(qū)動，而二次蒸汽則在管內(nèi)凝結(jié)成淡水，并被收集到淡水罐中。由于每一效蒸發(fā)容器內(nèi)的壓力依次降低，因而可以實現(xiàn)海水在每一效內(nèi)的連續(xù)蒸發(fā)而不需要再提供熱量。最后一效產(chǎn)生的二次蒸汽被引入到冷凝器中對海水進行預熱。每一效內(nèi)未蒸發(fā)的剩余海水則作為濃鹽水被排出。每一效蒸發(fā)容器內(nèi)產(chǎn)生的二次蒸汽都需要經(jīng)過除霧器以去除夾帶在二次蒸汽中的海水液滴，從而提高生產(chǎn)的淡水的質(zhì)量。系統(tǒng)內(nèi)的每一效均需要與真空排氣系統(tǒng)連接以除去不凝氣，不凝氣的存在會阻礙傳熱過程，降低傳熱系數(shù)。

LT-MED技術的主要特點有：（1）海水溫度越低，對金屬材料的腐蝕性越輕，導致水垢生成的無機鹽的溶解度也越高，因此LT-MED系統(tǒng)中較低的 TBT可減緩腐蝕和水垢的生成；（2）海水預處理工藝簡單，只需要進行簡單的篩分和加入阻垢劑即可；（3）系統(tǒng)操作彈性大，可在設計的產(chǎn)水量額定值的40%～110%范圍內(nèi)運行；（4）MED與多級閃蒸不同，不需要大量的海水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，因而輸送海水所需要的動力消耗??；（5）換熱管的內(nèi)外兩側(cè)都存在相變換熱，傳熱系數(shù)高；（6）換熱管內(nèi)蒸汽壓力大于管外壓力，當換熱管發(fā)生腐蝕穿孔時，只會導致蒸汽向管外的少量泄漏損失而不會影響產(chǎn)品水的質(zhì)量，因此MED系統(tǒng)的操作安全可靠；（7）產(chǎn)品水質(zhì)量高，TDS通常低于 20 mg/L，特殊應用場合下可低達5 mg/L以下；（8）由于相變傳熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，因此較低的 TBT雖然可以減緩腐蝕和結(jié)垢，但是也限制了熱效率的提高；（9）由于海水在換熱管外壁蒸發(fā)，因而即使結(jié)垢得以減緩，還是有鈣類無機鹽在管外壁析出，從而導致水垢的生成，需要定期清洗換熱管外壁去除水垢，以維持系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。

1.2多級閃蒸

為了克服早期MED系統(tǒng)結(jié)垢嚴重的問題，多級閃蒸法（multistage flash，MSF）于20世紀50年代被提出并開始發(fā)展。由于MSF具有結(jié)垢傾向小等優(yōu)點，因此在被提出后就得以快速發(fā)展，成為當前技術最成熟，應用最廣泛的大規(guī)模工業(yè)海水淡化技術。

MSF系統(tǒng)同樣是由多個蒸發(fā)容器（閃蒸室）串聯(lián)而成，閃蒸室的個數(shù)通常稱為級數(shù)（stage）。按照工藝流程的不同，MSF系統(tǒng)可分為直流式（once-through MSF，又稱貫流式）和海水循環(huán)式（brine circulation MSF），其中，海水循環(huán)式MSF是當前的業(yè)界標準，其工藝流程示意圖如圖4所示。各級閃蒸室分為兩個部分：排熱段和熱回收段。海水首先被引入排熱段的冷凝管中，在吸收蒸汽冷凝釋放的潛熱后，海水被預熱至一個較高的溫度。加熱后的海水被分成兩部分：一部分為冷卻海水，排放回海中以排出系統(tǒng)中過多的熱量；另一部分為進料海水，經(jīng)過脫氣和化學預處理后，與排熱段最后一級閃蒸室內(nèi)的海水混合。隨后循環(huán)海水從排熱段最后一級中抽出，被引入熱回收段最后一級的冷凝管中。當循環(huán)海水沿貫穿每一級的冷凝管向第一級流動時，吸收管外閃蒸蒸汽冷凝時放出的潛熱而不斷升高溫度。循環(huán)海水進入鹽水加熱器后，吸收加熱蒸汽冷凝釋放的潛熱，從而溫度升高到TBT，而加熱蒸汽則在管外壁被冷凝成冷凝水。此后熱海水依次進入壓力逐漸降低的熱回收段和排熱段的各級閃蒸室，進入各級閃蒸室的熱海水的壓力高于對應閃蒸室內(nèi)的壓力，海水由于過熱而急速蒸發(fā)（閃蒸），從而產(chǎn)生蒸汽。各級閃蒸室中由閃蒸產(chǎn)生的蒸汽需要通過除霧器以去除夾帶在其中的海水液滴，以提高產(chǎn)品水質(zhì)量和防止冷凝管外壁水垢的生成。通過除霧器后，蒸汽在冷凝管外壁冷凝，將釋放的潛熱傳遞給管內(nèi)的海水對其進行預熱，而冷凝形成的淡水則被各級閃蒸室內(nèi)的淡水托盤收集，并向排熱段最后一級輸送，直至從排熱段的最后一級被抽出。為了將系統(tǒng)內(nèi)鹽水的濃度維持在一個合適的值，最后一級閃蒸室內(nèi)的一部分濃鹽水會被排放到海洋中。與MED系統(tǒng)相同，MSF系統(tǒng)需要與真空排氣系統(tǒng)連接以排出不凝氣，從而消除不凝氣的存在對傳熱的不利影響。

MSF技術的主要特點有：（1）海水在冷凝管內(nèi)被加熱且不發(fā)生相變，而閃蒸過程發(fā)生在各級閃蒸室底部的鹽水池的表面，因此加熱和蒸發(fā)過程分開進行，結(jié)垢傾向小；（2）預處理簡單，通常只需要加入酸和阻垢劑來處理海水，以防止水垢的生成；（3）產(chǎn)品水質(zhì)量高，TDS通常低于20 mg/L；（4）運行安全可靠，特別適合大規(guī)模海水淡化工業(yè)生產(chǎn)；（5）系統(tǒng)操作彈性較小，運行范圍為產(chǎn)水量額定值的80%～ 110%；（6）操作溫度高，TBT可達120℃，因而結(jié)構(gòu)材料腐蝕傾向大，且發(fā)生腐蝕穿孔時，冷凝管內(nèi)海水外泄，從而造成產(chǎn)品水的污染；（7）需要較大量的海水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，泵的動力消耗大。

1.3反滲透

反滲透法（reverse osmosis，RO）起源于20世紀50年代，并于20世紀 70年代在商業(yè)上開始得到應用，之后由于其能耗低的特點，因而得以飛速發(fā)展，目前其裝機容量在全球海水淡化總裝機容量中占主導地位，已成為最成功的海水淡化技術。

RO的基本原理是一個通過壓力驅(qū)動從而克服自然滲透這一現(xiàn)象的過程。自然狀態(tài)下濃度梯度的存在將驅(qū)使溶劑（例如水）從稀溶液通過半透膜向濃溶液輸運，達到新的化學平衡時半透膜兩側(cè)溶液的液位差產(chǎn)生的壓力即為滲透壓。當在濃溶液一側(cè)施加大于滲透壓的壓力時，溶劑將從濃溶液向稀溶液輸運，與自然滲透方向相反，因而該海水淡化方法被稱為反滲透法。經(jīng)過預處理后的海水在高壓泵的作用下，海水中的水通過半透膜而遷移到淡水側(cè)，鹽分和其他成分則遺留在海水側(cè)。而水通過半透膜的機理是水分子通過親水性半透膜而擴散的能力要遠強于鹽分和海水中的其他成分，這也是半透膜半透性的本質(zhì)所在。由于RO系統(tǒng)中大部分的能量損失來源于排放的海水的壓力，因而商業(yè)RO系統(tǒng)通常配置了能量回收裝置以回收排放的濃鹽水中的機械壓縮能，從而提高系統(tǒng)的能量使用效率。

RO技術的主要特點有：（1）鹽水分離過程中不涉及相變，能耗低；（2）工藝流程簡單，結(jié)構(gòu)緊湊；（3）RO系統(tǒng)中的半透膜對海水的pH，以及海水中含有的氧化劑、有機物、藻類、細菌、顆粒和其他污染物很敏感，因此需要對海水進行嚴格的預處理；（4）半透膜上容易生成水垢和污垢，從而導致脫鹽率衰減，水質(zhì)不穩(wěn)定，需要定期對半透膜進行清洗和更換。

1.4壓汽蒸餾

壓汽蒸餾法（vapor compression，VC）與LT-MED類似，不同的是VC結(jié)合了熱泵，通過壓縮蒸汽來驅(qū)動鹽水分離過程。海水分成兩股，在熱交換器內(nèi)分別被排放的濃鹽水和產(chǎn)品淡水預熱，然后合成一股并與從蒸發(fā)器底部排出的濃鹽水的一部分混合?；旌虾蟮暮Ｋㄟ^噴嘴噴灑在換熱管束上，管束外的海水吸收管內(nèi)蒸汽冷凝釋放的潛熱而蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過除霧器除掉夾帶在其中的海水液滴后，被蒸汽壓縮器壓縮至具有更高的壓力和溫度。此后壓縮蒸汽被送回至換熱管束內(nèi)，在管內(nèi)壓縮蒸汽將釋放的潛熱傳遞給管外的海水使其蒸發(fā)，而其自身則冷凝形成淡水。系統(tǒng)內(nèi)的不凝氣同樣需要通過真空排氣系統(tǒng)排出，以消除其不利影響。根據(jù)蒸汽壓縮器分別采用壓縮機、蒸汽引射器、吸收式熱泵和吸附-解吸熱泵的不同，VC又可以分為機械壓汽蒸餾（mechanical vapor compression，MVC）、熱力壓汽蒸餾（thermal vapor compression，TVC）、吸收式壓汽蒸餾（absorption vapor compression，ABVC）和吸附式壓汽蒸餾（adsorption vapor compression，ADVC），其中，商業(yè)上采用較多的為MVC和TVC。

VC技術的主要特點有：（1）相比MED和MSF，VC系統(tǒng)只需提供動力源，不需要提供額外的外部蒸汽熱源，而且也不需要提供冷卻水；（2）海水預處理工藝簡單，對海水污染不敏感；（3）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于模塊化構(gòu)造，可設計成艦載、車載等便攜式裝置；（4）整個系統(tǒng)構(gòu)成閉合循環(huán)，蒸汽潛熱在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，能量利用率高，經(jīng)濟性好；（5）產(chǎn)品淡水質(zhì)量高，TDS低于10 mg/L；（6）海水在換熱管束外壁蒸發(fā)，容易引起管壁的腐蝕和水垢的生成。

1.5電滲析

電滲析法（electrodialysis，ED）與RO同屬于膜方法，不同的是ED中是由于海水中的鹽分通過離子交換膜遷移從而產(chǎn)生鹽水分離。ED系統(tǒng)中交替排列了一系列的陰、陽離子交換膜，相鄰的陰、陽離子交換膜之間形成通道，在膜的兩端布置了正負電極。當海水流入膜之間的通道內(nèi)時，處在海水內(nèi)的正負電極通以直流電，海水內(nèi)的帶電離子（如Na+和 Cl-）在直流電場的作用下向帶有與其相反電荷的電極移動，即陽離子（如 Na+）向負極移動，陰離子（如Cl-）向正極移動，陰離子可以自由通過離其最近的陰離子交換膜，而在進一步向正極移動的過程中會被陽離子交換膜阻擋，同樣，陽離子可以通過最近的陽離子交換膜，但在進一步向負極移動的過程中被陰離子交換膜阻擋。最終的效果是濃縮的海水和稀釋的海水（即淡水）在膜的兩側(cè)通道內(nèi)分別形成，而后分別被引出ED系統(tǒng)。

ED技術的主要特點有：（1）鹽水分離過程中無相變；（2）相比RO中的半透膜，離子交換膜具有更高的化學和機械穩(wěn)定性，也可以在更寬的溫度范圍內(nèi)運行，對不同的水質(zhì)有較好的靈活性，預處理工藝簡單；（3）水回收率高；（4）結(jié)構(gòu)簡單緊湊；（5）耗電量與海水的濃度成正比，從能量經(jīng)濟性的角度考慮一般適用于苦咸水淡化；（6）只能去除海水中的帶電離子，對中性的有機物、細菌和非離子成分等物質(zhì)則無法處理，也無法改變殘余濁度，因此需要進行額外的處理才能達到飲用水標準；（7）離子會在電極和離子交換膜表面聚集，隨著時間的推移會導致污垢的生成，因而需要定期進行清洗。

為了解決結(jié)垢的問題，發(fā)展了頻繁倒極電滲析（electrodialysis reversal，EDR）方法，在 EDR中電極極性周期性地反轉(zhuǎn)，從而濃鹽水通道變?yōu)榈ǖ?，而淡水通道變?yōu)闈恹}水通道，離子反向遷移。EDR有利于破壞和沖洗水垢、污泥和其他沉積物，從而減少預處理時化學品的使用和污垢的生成。

上述5種海水淡化技術在工業(yè)海水（苦咸水）淡化中的應用最為廣泛，特別是MED，MSF和RO，這3種海水淡化技術的裝機容量之和在全球總裝機容量當中的占比達94%。然而經(jīng)過多年發(fā)展，熱蒸餾法仍然受限于結(jié)構(gòu)材料的腐蝕和水垢的生成，而RO和ED存在膜上污垢生成，需要對原水進行嚴格的預處理等問題。

1.6其他方法

除了上述5種技術外，傳統(tǒng)的海水淡化技術還包括冷凍法、水合物法、溶劑萃取法、離子交換法和增濕除濕法等。這些方法由于各自特點的不同，在商業(yè)海水淡化中未有大規(guī)模應用，而是更多地應用于海水淡化的預處理和后處理工藝、淡水資源需求較少的場合或其他工業(yè)場合中。

（?。├鋬龇?。冷凍法（freezing-melting）同樣通過相變（由液體變固體）來實現(xiàn)鹽水分離，其基本原理為：海水在結(jié)冰時，水首先被冷凍從而生成冰晶，而鹽分被排除在冰晶之外存在于剩余的濃海水中，將冰晶從濃海水中分離出來，經(jīng)過清洗和融化后即可得到淡水。按照冰晶生成方式的不同，冷凍法可以分為天然冷凍法和人工冷凍法，其中人工冷凍法又可以分為直接接觸冷凍法、間接接觸冷凍法、真空冷凍法和共晶分離冷凍法。目前，冷凍法在海水淡化上還沒有得到商業(yè)應用，而主要應用于以下 3個方面：處理有害廢物，濃縮果汁和有機化學物質(zhì)提純。冷凍法的主要特點有：（1）冰融化的潛熱為水汽化潛熱的 1/7，因此相比熱蒸餾法，冷凍法能耗較低；（2）操作溫度較低，可減少水垢和腐蝕問題，能夠采用廉價的結(jié)構(gòu)材料；（3）預處理工藝簡單，甚至可以不需要；（4）對污垢和海水水質(zhì)不敏感；（5）工藝繁瑣復雜，投資和運營成本較高；（6）清洗冰晶的過程中需要用到部分產(chǎn)品水；（7）結(jié)晶過程中冰晶中會殘留有部分鹽分；（8）相比熱蒸餾法可以利用低品位熱源，結(jié)晶過程需要利用高品位能源。

（ⅱ）水合物法。水合物法（gas hydrate）的基本原理為：海水中的水分子與較易生成水合物的水合劑結(jié)晶聚合形成籠狀水合物晶體，通過物理方法將水合物晶體從剩下的海水中分離后，經(jīng)過清洗和升高溫度而融化，水合物晶體分解即可得到淡水，揮發(fā)出來的氣體可以回收并被再利用?；\狀水合物晶體通常在中等高壓下形成，但是其凝固溫度可高達12℃。已知的水合劑包括輕烴（如C3H8）、氯氟烴制冷劑（如CHClF2）和CO2。水合物的主要特點有：（1）能耗低、設備簡單緊湊、成本低、無毒、無爆炸危險；（2）初級淡化水水質(zhì)低，需二次或多級淡化才能達到生活用水標準；（3）操作溫度稍高于冷凍法，但是操作壓力較高。

（ⅲ）溶劑萃取法。溶劑萃取法（solvent extraction）有兩種途徑，一是利用萃取劑除去海水中的鹽而得到淡水，但由于海水的成分復雜，需要采用能同時萃取多種成分的萃取劑或多種萃取劑，因此工藝流程較為復雜和困難，一般不予采用。另一種途徑是利用萃取劑（一般為聚合物）在低溫下萃取出海水中的水，然后升高溫度使溶劑與水分離。在這個方法中，需要海水與萃取劑接觸以形成兩相，一相為能溶解水的聚合物萃取相，另一相為鹽水，當海水與萃取劑充分接觸后，聚合物萃取相里面不含有鹽分，對萃取相進行加熱后可將萃取劑和水分離開來，分離得到的水即為產(chǎn)品水，而萃取劑則被回收以循環(huán)使用。溶劑萃取法的主要特點有：液-液轉(zhuǎn)化過程，操作溫度接近室溫，且不涉及蒸發(fā)過程，因而耗能少、腐蝕輕，但其萃取性能隨海水含氧量的增大而降低，而且溶劑在水中有一定的溶解度，會影響產(chǎn)品水質(zhì)量。

（ⅳ）離子交換法。離子交換法（ion exchange）的基本原理是：利用某些有機或無機固體（離子交換劑）本身所具有的離子與海水中帶同性電荷的離子相互交換，比如海水中的Na+和Cl-分別與陽離子交換劑中的 H+和陰離子交換劑中的OH-相互交換，從而實現(xiàn)鹽水分離。上述過程可以通過用酸再生陽離子交換劑和用堿再生陰離子交換劑從而實現(xiàn)可逆，具體的過程可參見文獻［15］。離子交換法的主要特點有：成本較高，主要用于苦咸水淡化和應急狀況下的海水淡化，在工業(yè)海水淡化中主要應用在預處理的軟化工藝和后處理的選擇性去除污染物（如硼）工藝中。

（ⅴ）增濕除濕法。增濕除濕法（humidification-dehumidification，HDH）基于自然界中的雨水循環(huán)，HDH系統(tǒng)可以被視為一個人造雨水循環(huán)，其基本工藝流程為：流動空氣在增濕器（蒸發(fā)器）內(nèi)與加熱后的海水充分接觸，在此過程中一定量的蒸汽被空氣提取出來，被加濕后的空氣被輸送到除濕器（冷凝器）內(nèi)，在流經(jīng)換熱管時濕空氣中的部分蒸汽在管外壁冷凝形成淡水，冷凝過程釋放的潛熱傳遞給管內(nèi)流動的海水對其進行預熱，從除濕器流出的濕度降低的空氣被輸送回增濕器內(nèi)。HDH的主要特點有：可利用低品位熱源（如太陽能和地熱），設備腐蝕輕，適用于對水需求較為分散的干旱地區(qū)。

1.7不同海水淡化方法的性能對比

造水比 （gained output ratio，GOR）是指給MSF、MED或TVC系統(tǒng)提供每單位質(zhì)量的蒸汽所能產(chǎn)生的淡水的質(zhì)量?；谡舭l(fā)相變原理的熱蒸餾法的原水預處理工藝簡單，生產(chǎn)的淡水具有更高的質(zhì)量，但能耗也相對較大；而RO和ED等膜方法對原水的預處理要求較高，生產(chǎn)的淡水質(zhì)量不及熱蒸餾法，但RO的能耗比熱蒸餾法的能耗小。

2　海水淡化技術發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，為了克服和改善傳統(tǒng)海水淡化技術的缺點和不足，進一步降低海水淡化能耗，已提出了很多旨在優(yōu)化傳統(tǒng)方法海水淡化性能的改進方法，并開發(fā)了不同的新型海水淡化技術?？傮w上來說，當前海水淡化技術的發(fā)展主要從以下四個方面著手：（1）就當前現(xiàn)有海水淡化方法中的關鍵技術或設備進行改進；（2）發(fā)展不同海水淡化技術之間相互結(jié)合的混合海水淡化方法；（3）開發(fā)利用可再生能源或新能源的海水淡化方法；（4）基于先前未曾利用過的物理現(xiàn)象，發(fā)展新型海水淡化技術。下面將分別進行詳細闡述。

2.1技術改進

熱蒸餾法的性能主要受限于結(jié)垢和腐蝕，因而針對于熱蒸餾法的改進主要集中在這兩方面。Galal等人通過對 MSF中的換熱管束的研究發(fā)現(xiàn)，對于鋁-黃銅材料的換熱管，波紋管比光滑管具有更高的淡水產(chǎn)量和更小的結(jié)垢熱阻，對于實驗中選定的管內(nèi)海水流速范圍內(nèi)，波紋管的傳熱性能要優(yōu)于光滑管。為了提高防腐蝕性能，Peultier等人采用新型的雙相不銹鋼替代傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼（如316L）作為結(jié)構(gòu)材料。研究表明，雙相不銹鋼具有更高的耐腐蝕性和更長的使用壽命。而相比傳統(tǒng)的銅鎳合金管，鈦管同樣具有更加優(yōu)越的防腐蝕性能。Zarkadas等人對聚合物中空纖維換熱器進行了測試，發(fā)現(xiàn)相比常見的金屬換熱器，聚合物中空纖維換熱器具有相同甚至更好的換熱性能，而且還具有體積小、壓降小和耐腐蝕等特點。Christmann等人同樣利用聚合物材料為MED系統(tǒng)開發(fā)了一種厚度僅為25 μm的降膜板式蒸發(fā)器，通過實驗測試發(fā)現(xiàn)其具有足夠的機械穩(wěn)定性，且其熱阻僅相當于厚度為1.5 mm的不銹鋼板的熱阻。Larché和Dézerville通過比較碳鋼、銅合金、不銹鋼、鎳基合金、鈦合金以及塑料等RO海水淡化系統(tǒng)中采用的結(jié)構(gòu)材料指出，抗腐蝕能力最強的結(jié)構(gòu)材料為鎳基合金和鈦合金，但其成本也最高，從成本和技術可行性的角度考慮，通常首選不銹鋼，而銅鎳合金在合適的設計下可以作為良好的管道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料。

RO系統(tǒng)中能耗占據(jù)了約 70%的運行成本，因此系統(tǒng)中能量回收裝置的高效性和可靠性顯得尤為重要。傳統(tǒng)的能量回收裝置有沖擊式和混流式透平。Bermudez-Contreras 和Thomson對Clark泵進行改進，將兩對工作腔的作用反轉(zhuǎn)，在初步的實驗中獲得了3.5～4.5 kW h/m3的能耗。Sun等人開發(fā)了一種流體切換器（fluid switcher）的能量回收裝置，在以水作為工質(zhì)進行實驗的情況下，流體切換器的水力回收效率可達76.83%，而在仿真RO海水淡化系統(tǒng)上的初步實驗表明其能量回收率高達95.9%。Song等人開發(fā)了活塞式往復切換器，在 6.5 MPa 和30 m3/h的RO系統(tǒng)的實驗條件下得到了高達98%的能量回收率。Al-Hawaj對一種新型的能量回收裝置——滑片式工作交換器（sliding vane work exchanger）進行了理論分析，該裝置以容積式泵和容積式透平結(jié)合的方式運行，通過研究幾何參數(shù)、物理參數(shù)和運行參數(shù)對裝置性能的影響發(fā)現(xiàn)，滑片式工作交換器的可行性十分依賴于葉片端部的摩擦和泄露。RO系統(tǒng)中的關鍵部件是RO半透膜，因此開發(fā)具有持續(xù)的高通量、低壓力和低能耗的半透膜，以及通過施加有機抗污染活性涂層以減少膜上污垢的生成是RO海水淡化方法發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。Mccloskey等人通過在RO半透膜的表面施以聚多巴胺的沉積，實現(xiàn)了在不過大降低純水滲透率的同時提高了膜的抗污垢性能。Azari 和 Zou通過把一種氧化還原功能性氨基酸合并到商業(yè)RO膜SW 30 XLE上，在RO膜上創(chuàng)建了可以抵抗污垢的兩性離子表面。Fujiwara 和Mat- suyama采用耐氯性的三醋酸纖維素（CTA）RO膜，通過直接氯氣滅菌和間歇氯氣注入從而消除了生物污垢問題。Yang等人提出采用納米銀涂層對RO膜和隔板進行表面改性，并通過實驗證明了該技術能有效地控制膜上的生物污垢。Kang和Cao從新起始單體的選擇、界面聚合工藝的改進以及表面改性等方面對RO膜抗污垢方法的發(fā)展進行了評述。近年來納米技術的進步推動了RO膜的發(fā)展，通過利用納米技術開發(fā)了多種具有親水性、高通量和低滲透壓的半透膜。此外，有效的預處理方法也可以控制生物污垢。在超濾（ultrafiltration）膜過濾之前布置溶氣氣浮可以提高RO的通量（水回收率），還能減少污垢，氣浮用作RO的預處理步驟可以有效地去除油和藻類。為了提高RO膜的回收率，日本開發(fā)了一套高回收率海水RO系統(tǒng)，主要通過提高RO膜和模塊的耐壓性以及控制膜表面的濃差極化來實現(xiàn)，通過在日本和沙特的RO海水淡化廠對不同 TDS的海水進行測試發(fā)現(xiàn)，對于標準海水（TDS為35000 mg/L），該系統(tǒng)可將回收率由40%提升至60%，而對于中東地區(qū)的海水（TDS為43000 mg/L），回收率可由35%升高到50%。

2.2技術結(jié)合

通過結(jié)合不同的海水淡化技術，可以利用各自的優(yōu)勢，彌補不足，從而達到優(yōu)化海水淡化性能，以及降低能耗和成本的目的。

（ⅰ）MED與VC的結(jié)合。El-Dessouky和 Ettouney對平流式MED與TVC和MVC的結(jié)合以及順流式MED與TVC，MVC，ABVC和ADVC的結(jié)合等多種海水淡化系統(tǒng)的性能分別進行了分析和評估。在MED與TVC結(jié)合的系統(tǒng)（MED-TVC）中，MED最后一效中產(chǎn)生的蒸汽的一部分被蒸汽引射器壓縮后輸送到MED的第一效中驅(qū)動海水的蒸發(fā)。而對于MED與MVC結(jié)合的系統(tǒng)（MED-MVC），則是MED最后一效產(chǎn)生的全部蒸汽被壓縮機壓縮后輸送到第一效中驅(qū)動海水的蒸發(fā)，而且未使用MED中的冷凝器對海水進行預熱，而是使用VC中的兩個熱交換器進行預熱。在MED與ABVC和ADVC結(jié)合的系統(tǒng)（MED-ABVC和MEDADVC）中，MED中的第一效和最后一效替代了熱泵中的冷凝器單元和蒸發(fā)器單元，這樣可以減少熱泵的設備成本，同時MED-ABVC和MED-ADVC系統(tǒng)還可以用于加熱工業(yè)應用中的公共用水，這些特點是MED，MED-TVC和MED-MVC系統(tǒng)所不具備的。相比單獨的MED系統(tǒng)，MED與VC結(jié)合的混合系統(tǒng)具有更好的性能和更大的造水比，還可以在更高的操作溫度下運行，從而使得蒸發(fā)器面積可以大幅減小，系統(tǒng)的建設成本也由此可以大大降低。

（ⅱ）膜蒸餾。膜蒸餾（membrane distillation，MD）是一種將膜方法和熱蒸餾法結(jié)合起來的混合方法，其基本工藝流程是：海水加熱后被輸送到疏水性微孔膜的表面，由于疏水性微孔膜的表面張力大，因而只允許海水蒸發(fā)得到的蒸汽通過膜上的微孔，而液態(tài)水則被阻止通過，通過疏水性微孔膜的蒸汽被冷凝而形成淡水。MD中鹽水分離過程的驅(qū)動力為膜兩側(cè)的蒸汽壓力差。增大MD的膜通量和熱效率是當前的研究熱點，Zhang等人分析了不同因素對MD熱效率的影響，針對在MD中廣泛應用的幾種熱回收技術進行了評述。Hitsov等人總結(jié)了針對MD內(nèi)傳熱傳質(zhì)過程的不同建模方法，評價了各方法的優(yōu)缺點，且進一步指出合適的CFD方法是設計MD模塊的關鍵，但目前仍缺少可靠的CFD方法。Drioli等人則從膜的制備、傳熱傳質(zhì)過程、非傳統(tǒng)污垢、模塊制造以及MD的應用等方面對MD的發(fā)展進行了總結(jié)。根據(jù)蒸汽收集方式和冷凝機理的不同，MD可以分為以下4類：直接接觸式（direct contact MD）、氣隙式（air gap MD）、氣體吹掃式（sweeping gas MD）和真空式（vacuum MD）。Koo等人比較了直接接觸式、氣隙式和真空式3種不同的MD模塊，針對3種MD分別建立了實驗室規(guī)模的MD模塊測試系統(tǒng)，建立了一個簡單的考慮多種不同傳質(zhì)機理的模型，并對實驗結(jié)果進行了理論分析，發(fā)現(xiàn)3種MD的最佳原水溫度是不同的。MD的主要特點有：（1）操作溫度低（60～90℃），可利用低品位廢熱或太陽能等可再生能源，從而對遠離海洋的偏遠地區(qū)供水；（2）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，采用聚合物作為結(jié)構(gòu)材料可防止腐蝕并大大降低建設成本；（3）蒸汽空間需求比熱蒸餾法小，操作壓力低于RO；（4）疏水膜對結(jié)垢和沉淀不敏感，預處理需求小；（5）不論原水質(zhì)量如何都能獲得高純度水，理論上脫鹽率可達100%；（6）隨時間的推移，膜上污垢的生成和疏水性的損失會造成膜退化。

（ⅲ）填充床電滲析。填充床電滲析（electrodeionization，EDI）又被稱為電去離子，是ED與離子交換法結(jié)合的混合方法，其基本工藝流程是： 在淡水通道內(nèi)填充了離子交換樹脂等電活性介質(zhì)，淡水通道內(nèi)的鹽離子與離子交換樹脂上的氫離子和氫氧根離子相互交換并附著到離子交換樹脂上，由于淡水通道內(nèi)鹽分濃度的下降會導致鹽水電導率的減小，從而削弱鹽離子通過鹽水向離子交換膜的遷移，因此鹽離子在直流電的作用下會沿著電導率更大的離子交換樹脂遷移到離子交換膜的表面，并通過離子交換膜進入到相鄰的濃鹽水通道中。同時，在淡水通道內(nèi)的離子交換膜的表面和離子交換樹脂的周圍會發(fā)生水解反應，產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子，從而可以實現(xiàn)離子交換樹脂的再生。因此，EDI是一個連續(xù)的鹽水分離過程，具有很高的水回收率，可用于制備高純度的淡水，還可以用于去除金屬離子。此外，相比于ED，離子交換樹脂的存在會加強淡水通道內(nèi)鹽離子的遷移，而相比于離子交換法，離子交換樹脂的再生過程不需要相應的酸和堿等化學品。

2.3可再生能源/新能源海水淡化技術

隨著淡水資源的短缺以及傳統(tǒng)化石能源的減少和成本的上升，以可再生能源作為驅(qū)動力的海水淡化技術受到了越來越多的關注。特別是對于水和電供應不足的偏遠地區(qū)或小型社區(qū)，可再生能源作為一種環(huán)境友好型清潔能源在小規(guī)模海水淡化裝置上的應用潛力近年來受到越來越多的重視。此外，由于傳統(tǒng)化石能源的燃燒會帶來溫室氣體和有害物質(zhì)的排放，可再生能源海水淡化因而也被認為是解決氣候變化問題的潛在的可行方案。目前應用于海水淡化的可再生能源的主要有太陽能、風能、地熱能、海洋能等。除可再生能源之外，核能作為一種可持續(xù)能源在海水淡化上的應用同樣被認為具有能夠安全、經(jīng)濟、可持續(xù)地供應大量淡水的潛力。

（?。├锰柲艿暮Ｋ夹g。Al-Karaghouli等人認為太陽能海水淡化對于偏遠地區(qū)淡水產(chǎn)量為10 m3/d的小型海水淡化裝置是適合的，同時也可能是唯一一種在技術上和經(jīng)濟上具有競爭力的海水淡化技術。Sharon和Reddy對不同太陽能海水淡化技術的工作原理、優(yōu)勢和局限性，以及相關進展進行了詳細的綜述。

太陽能海水淡化可以分為直接法和間接法。直接法中太陽能以熱能被收集的過程和脫鹽過程在同一個裝置內(nèi)進行。直接法主要有太陽能蒸餾，即太陽能直接對海水加熱產(chǎn)生蒸汽，冷凝后獲得淡水。根據(jù)加熱原理的不同，太陽能蒸餾又可以分為被動式和主動式。被動式太陽能蒸餾不需要額外的輔助設備，單純依賴于太陽能照射產(chǎn)生的熱量對海水加熱；而主動式太陽能蒸餾則在被動式的基礎上增加了輔助設備，將太陽能間接地引入系統(tǒng)中以強化傳熱傳質(zhì)，并對冷凝潛熱進行回收。目前已經(jīng)開發(fā)了多種主動式太陽能蒸餾用于克服被動式太陽能蒸餾中產(chǎn)水量低的問題，Sampathkumar等人對主動式太陽能蒸餾方面的研究進行了詳細的評述。此外，還有不同文獻對不同的太陽能蒸餾系統(tǒng)以及相關進展進行了綜述，Velmurugan和Srithar分析了不同參數(shù)對太陽能蒸餾系統(tǒng)性能的影響，Kabeel等人建立了簡化模型對 17種不同類型的太陽能蒸餾法進行了成本分析。

間接法中太陽能收集的過程和脫鹽過程是分開的，其中太陽能可通過太陽能集熱器轉(zhuǎn)換為熱能，也可以通過光伏（PV）發(fā)電轉(zhuǎn)換為電能，從而用于驅(qū)動脫鹽過程。根據(jù)不同海水淡化方法中鹽水分離過程所需的驅(qū)動能量形式的不同，間接太陽能海水淡化主要包括太陽能轉(zhuǎn)換為熱能驅(qū)動MSF，MED，MD，HDH，以及轉(zhuǎn)換為電能驅(qū)動RO，ED。此外，熱能還可以通過有機朗肯循環(huán)（ORC）轉(zhuǎn)換為機械能用于驅(qū)動RO中的高壓泵。Ali等人對不同的間接太陽能海水淡化方法進行了綜述，并分析了每種方法的技術經(jīng)濟性。

（ⅱ）利用風能的海水淡化技術。風能海水淡化主要是利用風力發(fā)電機將風的動能轉(zhuǎn)換為電能用于驅(qū)動消耗電能的海水淡化方法，主要有兩種實施方式：一種是風力發(fā)電機與海水淡化系統(tǒng)均與電網(wǎng)系統(tǒng)連接；另一種是風力發(fā)電機直接與海水淡化系統(tǒng)連接，利用產(chǎn)生的電能或轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的軸功，此種方法中海水淡化系統(tǒng)的性能會受到風力發(fā)電機發(fā)電功率不恒定（由風能的不連續(xù)性和不穩(wěn)定性引起）的影響，因而整個系統(tǒng)中需要加入蓄電池、柴油發(fā)電機或飛輪等備用供電系統(tǒng)。雖然風能可以用于驅(qū)動ED或MVC不同海水淡化系統(tǒng)，但從經(jīng)濟性和低能耗等角度考慮，風能主要還是和RO結(jié)合。此外，風能還可以與 PV結(jié)合驅(qū)動 RO和MVC等系統(tǒng)，與ORC結(jié)合驅(qū)動RO系統(tǒng)，以此削弱風能利用上的缺點，獲得更規(guī)律的能源利用方式。

（ⅲ）利用地熱能的海水淡化技術。地熱能是由地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱能。根據(jù)溫度的不同，可以分為低溫地熱（＜100℃）、中溫地熱（100～150℃）和高溫地熱（＞150℃）。地熱能與海水淡化系統(tǒng)的結(jié)合主要有3種方式：一是直接利用中高溫地熱以蒸汽的方式驅(qū)動熱蒸餾法；二是利用高溫地熱發(fā)電驅(qū)動RO和ED等海水淡化系統(tǒng)；三是利用高壓地熱驅(qū)動RO和MVC等需要機械能驅(qū)動的海水淡化系統(tǒng)。此外，隨著膜技術的發(fā)展，已開發(fā)出可以承受溫度高達 60℃的商業(yè)RO膜，可直接應用于地熱苦咸水淡化，且有助于RO中淡水產(chǎn)量的增加。地熱能海水淡化的主要優(yōu)勢在于系統(tǒng)中不需要蓄熱。

（ⅳ）利用海洋能的海水淡化技術。將海洋能應用到海水淡化的方式有4種：潮汐能、波浪能、深海靜壓和溫差能。潮汐能是潮水受太陽和月亮引力的影響而發(fā)生周期性的漲落，從而形成的勢能。當前潮汐能在海水淡化中的應用主要集中在潮汐能直驅(qū)式海水淡化系統(tǒng)，即通過水輪機等水力機械將潮汐能轉(zhuǎn)換為軸功，軸功驅(qū)動泵對海水增壓，然后將壓力足夠高的海水送入半透膜單元產(chǎn)生淡水。此外，劉業(yè)鳳等人結(jié)合潮汐能和太陽能開發(fā)了MED海水淡化裝置。

波浪能主要是通過開發(fā)不同的裝置收集或轉(zhuǎn)化波浪運動的動能和勢能。Davies對不同的利用波浪能的海水淡化技術及其研究進展進行了詳細的評述。不同的研究人員開發(fā)了不同的波浪能泵送系統(tǒng)用于驅(qū)動RO海水淡化，如McCabe裝置，DELBOUY裝置，WaveCatcher裝置，AaltoRO系統(tǒng)。水錘是一種發(fā)生在非定常不可壓管內(nèi)流動中液體流速突然變化的現(xiàn)象，液體流速的突變是由閥門的突然關閉或其他外界因素引起的，且流速的突變會形成壓力波，Sawyer和Maratos利用水錘效應收集壓力波的能量用于驅(qū)動RO系統(tǒng)。Salter開發(fā)了“Nodding Duck”裝置收集波浪能用于驅(qū)動VC海水淡化，Crerar等人對該裝置進行了改進，但該裝置只進行過模型實驗，未在實際海水淡化當中實施。Sharmila等人開發(fā)了振蕩水柱式（OWC）海水淡化裝置，隨波浪的升降，空氣柱不斷壓縮和膨脹，沖擊式透平從空氣柱中提取能量并轉(zhuǎn)換為電能后驅(qū)動RO海水淡化裝置。Whittaker和Folley等人報道了一種獨立的波浪能驅(qū)動的海水淡化系統(tǒng)，通過利用波浪能轉(zhuǎn)換器Oyster將波浪能最終轉(zhuǎn)換為電能驅(qū)動RO海水淡化，此系統(tǒng)中波浪能的收集和轉(zhuǎn)換裝置實質(zhì)上是一個波浪能驅(qū)動的水力發(fā)電裝置。孫業(yè)山等人和林潤生等人分別開發(fā)了不同的振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動RO海水淡化。

深海靜壓主要是利用深層海水具有較大的靜壓，從而克服半透膜的滲透壓驅(qū)動RO海水淡化。Levenspiel和de Nevers曾提出滲透泵的概念，該裝置在理論上不需要人為提供能量即可從海水中獲得淡水，其基本原理是將一端由RO半透膜封蓋住的管道垂直沉入海水中，當海水的靜壓大于滲透壓時，水便會通過半透膜流入管道中，當下沉深度足夠大時，淡水水柱會上升到海面從而獲得淡水，但通過分析發(fā)現(xiàn)，滲透泵只在理論上存在可能。在歐盟的主持下，多國研究機構(gòu)聯(lián)合開發(fā)了反滲透深海系統(tǒng)（RODDS），并且進行了原型機實驗，該系統(tǒng)在深度為 500 m左右的海底運行，利用海水的靜壓取代高壓泵作為驅(qū)動力，因此其所需的電能的絕大部分都用于將生產(chǎn)的淡水從海底泵送到岸邊，能耗約為1.88 kW h/m3。

溫差能海水淡化主要是利用海洋不同深度處海水溫度的不同引起熱交換從而產(chǎn)生的熱能?；诖酥饕_發(fā)有海洋熱能轉(zhuǎn)換（ocean thermal energy conversion）技術用于海水淡化，其基本原理是：低緯度海面具有較高溫度的海水在真空室內(nèi)閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽被海洋深層較冷的海水冷凝，從而獲得淡水。海洋熱能轉(zhuǎn)換技術成本較高，因此限制了其在商業(yè)上的發(fā)展，然而近期的研究表明通過優(yōu)化設計其能耗可達5.5 kW h/m3，與現(xiàn)存的海水淡化技術相近。而基于上述原理，浙江大學金志江教授課題組也開發(fā)了類似的溫差能海水淡化系統(tǒng)。

（ⅴ）利用核能的海水淡化技術。核能作為一種安全、可靠、清潔的可持續(xù)能源，在發(fā)電和區(qū)域供熱中的應用已成為成熟的技術。核能海水淡化是利用核反應堆釋放出的熱能或者轉(zhuǎn)化后的電能作為驅(qū)動能量進行海水淡化。核能海水淡化的研究始于20世紀60年代，此后國際原子能機構(gòu)（IAEA）對核能海水淡化的發(fā)展起到了重要的推動作用，對核能海水淡化進行了定義，開發(fā)了用于評價海水淡化系統(tǒng)經(jīng)濟性的軟件——DEEP（desalination economic evaluation program），適用于不同的能源形式和不同的海水淡化方法，其后又開發(fā)了海水淡化熱力學評價軟件——DE-TOP（desalination thermodynamic optimization program）。核能與海水淡化技術結(jié)合的方式主要有兩種：一種是利用核電站產(chǎn)生的電能驅(qū)動RO和MVC等海水淡化方法，此方式中海水淡化裝置消耗的電能僅占核電站生產(chǎn)電能的一小部分，且兩個系統(tǒng)不需要在同一個空間內(nèi)建立；另一種結(jié)合方式是利用低溫供熱用核反應堆中的低品位余熱驅(qū)動MSF和MED等熱蒸餾法，此方式中低溫供熱堆和海水淡化裝置直接連接，因而兩個系統(tǒng)需要在同一個空間內(nèi)建立，同時直接連接也會帶來產(chǎn)品水受放射性污染的風險，因此需要采取一定的措施，但是由于相比核電站，低溫供熱堆投資成本低，也更安全，因而此種結(jié)合方式受到越來越多的關注。核能與海水淡化的結(jié)合必須考慮核電站或核反應堆的安全性，保證產(chǎn)品水不受放射性污染以及停堆時淡水的穩(wěn)定供應，同時還需要考慮經(jīng)濟性問題以及對周圍環(huán)境帶來的影響。截止2010年，核能海水淡化的運行已超過200堆年。多年來哈薩克斯坦和日本的核能海水淡化的成功運行證明了核能海水淡化的技術可行性、安全性和可靠性。哈薩克斯坦利用MSF和MED工藝開發(fā)了淡水產(chǎn)量為8×104m3/d的核能海水淡化，運行了 26堆年。日本基于 MSF，MED和RO等不同工藝開發(fā)了多個核能海水淡化系統(tǒng)，產(chǎn)量從 1000 到3900 m3/d不等，截止2007年運行經(jīng)驗已超過150堆年。俄羅斯正在籌建一個安裝在駁船上的漂浮核能海水淡化系統(tǒng)，相比于陸地海水淡化系統(tǒng)，漂浮海水淡化裝置靈活性大，適用于區(qū)域供熱、發(fā)電以及對飲用水有緊急需求的場合。中國設計開發(fā)了利用200 MW供熱用核反應堆NHR-200和MED工藝的核能海水淡化系統(tǒng)，目前已實施并完成了可行性研究，同時清華大學正在建立一套測試系統(tǒng)用于驗證 MED工藝的熱工水力參數(shù)。此外，印度、韓國、美國、巴基斯坦、阿根廷、科威特、法國、荷蘭和南非等國也開發(fā)和運行或正在研究建設核能海水淡化系統(tǒng)。由于核能海水淡化的未來完全取決于不同類型的反應堆的設計、開發(fā)和利用，因而近年來已經(jīng)提出了很多結(jié)合不同反應堆和海水淡化技術的核能海水淡化系統(tǒng)，如高溫氣冷堆（HTGR）與MED的結(jié)合、先進重水堆（AHWR）與MED-TVC的結(jié)合、汽輪機—模塊化氦反應堆（GT-MHR），NuScale小型模塊化反應堆、基于水冷堆的低壓散熱器核能海水淡化（lowpressure inherent heat sink nuclear desalination plant，LIND）、固定床反應堆（FBNR）等。對于核能海水淡化技術經(jīng)濟性的不同研究結(jié)果表明，核能海水淡化生產(chǎn)淡水的成本與傳統(tǒng)化石燃料驅(qū)動的海水淡化技術生產(chǎn)淡水的成本相近，有的甚至要低于化石能源海水淡化的成本，同時發(fā)電成本大大降低。綜上所述，核能海水淡化已成為技術上可行，經(jīng)濟上可與傳統(tǒng)化石能源海水淡化競爭的成熟海水淡化技術，甚至可能是能滿足未來淡水需求和實現(xiàn)可持續(xù)海水淡化的唯一途徑。

2.4新型海水淡化技術

為了減少結(jié)垢，降低能耗、建筑成本和人力成本以及對環(huán)境的影響，通過利用未曾利用的物理過程，已開發(fā)了不同的新型海水淡化技術。下面將對各新型海水淡化技術的基本原理、包括能耗在內(nèi)的特點以及研究進展進行詳細介紹。

（?。┱凉B透。正滲透（forward osmosis，F(xiàn)O）海水淡化與RO相同，采用半透膜將淡水和海水分隔開，但不同于利用外加壓力作為驅(qū)動力實現(xiàn)淡水通過半透膜，F(xiàn)O利用的是由高鹽度汲取液（draw solution，又稱驅(qū)動液）產(chǎn)生的自然的壓力梯度，與另一側(cè)的海水相比，汲取液具有更高的滲透壓和更低的化學勢，從而使海水內(nèi)的水通過半透膜向汲取液一側(cè)移動。汲取液中的淡水通過其他分離方式進行分離，而分離方式依賴于汲取液的特性，分離出來的汲取液可以回收再利用于 FO工藝中。FO具有低能耗（0.25 kW h/m3）、膜污染傾向小和低成本等優(yōu)勢。但是當前 FO海水淡化仍面臨濃差極化、膜污染、溶質(zhì)逆向擴散、膜的選擇和開發(fā)、以及汲取液的選擇和發(fā)展等問題。濃差極化包括發(fā)生在FO膜多孔支撐層內(nèi)的內(nèi)部濃差極化和發(fā)生在 FO膜活性層表面的外部濃差極化。外部濃差極化會減小驅(qū)動力，可通過增大流動速度或湍流度以及優(yōu)化水通量來減輕外部濃差極化對 FO膜通量的不良影響，但造成膜通量下降的主要原因不是外部濃差極化，而是內(nèi)部濃差極化，內(nèi)部濃差極化可使膜通量下降80%以上，由于內(nèi)部濃差極化發(fā)生在多孔支撐層的內(nèi)部，因此無法通過增加流動速度或湍流度等改變水動力學條件的方法來緩解內(nèi)部濃差極化。也正是由于內(nèi)部濃差極化的存在，RO膜不適用于FO海水淡化。研究表明在多孔支撐層涂覆聚多巴胺可以增加 FO膜的親水性并削弱內(nèi)部濃差極化。此外，通過膜表面改性可以有效抑制膜污染。而溶質(zhì)逆向擴散只與 FO膜活性層的選擇性有關，改善活性層的選擇性即可減輕溶質(zhì)逆向擴散。由此可見，F(xiàn)O膜是FO海水淡化的關鍵部件，合理地選擇 FO膜可以有效地解決濃差極化、膜污染和溶質(zhì)逆向擴散等問題，當前 FO膜材料開發(fā)與發(fā)展的相關研究可參考文獻［213～215，222～225］。汲取液對于FO同樣至關重要，其選擇關系到膜通量和FO的經(jīng)濟性。理想的汲取液應滿足以下特征：（1）高滲透效率，即溶解度高且分子量小；（2）保證最小的溶質(zhì)逆向擴散以維持驅(qū)動力和避免污染進料海水；（3）與FO膜具有化學相容性；（4）無毒；（5）從水中分離出來的方法簡單、廉價，且能夠重復使用；（6）成本低廉。當前用于FO的汲取液（或汲取液溶質(zhì)）有 CO2和氨氣溶液、聚電解質(zhì)、化肥、無機類、磁性納米顆粒/凝膠等，汲取液的發(fā)展和相關研究進展可參考文獻［213，214，222～225，235～237］。Kim等人基于OLI電解質(zhì)化學模擬軟件和ASPEN化學數(shù)據(jù)庫建立了汲取液選用方法，以輔助設計商業(yè)上可行的FO海水淡化系統(tǒng)。

（ⅱ）電容去離子。電容去離子（capacitive deionization，CDI）的實質(zhì)是一個電吸附過程，在此過程中離子在電場作用下被吸附到多孔電極的表面。當海水在多孔電極之間流動時，帶正電的陽離子會吸附到帶負電的負極的雙電層上，而帶負電的陰離子則會吸附到帶正電的正極的雙電層上，其主要機理是物理吸附、化學吸附、電沉積和電泳。當電極的離子吸附容量達到飽和時，吸附的離子可以通過撤除或反轉(zhuǎn)電場從電極表面解吸，從而實現(xiàn)電極的再生，再生階段可回收50%～70%消耗的能量。離子吸附和解吸的過程是電容充放電的過程，在此過程中海水的淡化和濃縮交替進行，因此CDI不是一個連續(xù)海水淡化工藝。與ED類似，CDI的能耗正比于移除的離子的數(shù)量，因而CDI更適合于苦咸水淡化。Porada和Suss等人對CDI技術在海水淡化方面的應用以及發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行了詳細的綜述。在CDI中，電極是其關鍵組件，CDI的效率強烈依賴于電極的表面特性，如表面積和吸附特性，因而開發(fā)了不同的電極材料以提高電極的性能和CDI的效率，當前主要的電極材料有活性炭、活性炭纖維、炭氣凝膠、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯、多孔碳球、介孔碳、有序介孔碳、氧化石墨烯、活性介孔碳、氧化鋁和二氧化硅納米復合材料、硬質(zhì)合金衍生碳、炭黑和不同材料的摻雜混合，具體的材料性能和相關研究文獻可參考綜述文獻［239，252，253］。離子交換膜電容去離子（MCDI）是對CDI的改進，結(jié)合了離子交換膜，即在正極的前面布置陰離子交換膜，在負極的前面布置陽離子交換膜，以此阻止解吸過程中離子吸附到相反電極上，實現(xiàn)電極的完全再生，從而增加脫鹽率，因此MCDI可以提高海水淡化效率。Welgemoed和Shutte開發(fā)了第一臺用于苦咸水淡化的工業(yè)CDI樣機，并對其性能進行了評測，結(jié)果表明對于 TDS為1000 mg/L的苦咸水其能耗僅為0.594 kW h/m3。

（ⅲ）離子濃差極化。Kim等人基于離子濃差極化（ion concentration polarization，ICP）設計了微流體裝置用于海水淡化。其基本工藝流程是：海水在外部壓力的驅(qū)動下在微通道內(nèi)流動，同時在流場中施以直流電場；在流向上的某一位置處微通道分叉為兩個微通道，在分叉點處布置納米多孔膜或連接納米通道，納米多孔膜和納米通道均具有離子選擇性，將在膜或通道的兩側(cè)觸發(fā) ICP，從而導致陰離子和陽離子在膜或通道的正極側(cè)減少，在負極側(cè)增加，則與離子減少的一側(cè)連通的微通道內(nèi)流動的為淡水，另一側(cè)微通道內(nèi)流動的為濃鹽水，從而實現(xiàn)海水淡化。最初的研究結(jié)果表明該微流體裝置的能耗為3.5 kW h/m3，其后發(fā)現(xiàn)其能耗要更高。隨后，Kim等人利用創(chuàng)新設計的網(wǎng)格開發(fā)了一個低成本、小規(guī)模的ICP淡化/凈化裝置，相比原來的ICP裝置，其淡水產(chǎn)量增加了約1000倍，而ICP裝置成本卻降到只需0.33美元，此外新的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)允許的流量為0.7 mL/（min cm2），遠大于RO膜的典型流量（0.05 mL/（min cm2）），而且新型ICP裝置淡化TDS為30000 mg/L的原水的能耗不到5 kW h/m3，與當前大規(guī)模應用的海水淡化方法的能耗相當。Ouyang和Wang基于Nafion膜引起的ICP開發(fā)了用于小規(guī)模淡化的納流體裝置，相比 Kim等人開發(fā)的ICP裝置，該裝置淡化濃度小于10 mmol/L的海水所需的電壓更低，但其能耗更大，為33.3 kW h/m3。MacDonald等人基于 ICP設計了微尺度和常規(guī)尺度下的出平面（out-of-plane）海水淡化裝置，出平面的設計方法可以增加海水淡化的功能密度，從而達到降低成本的目的。針對微尺度裝置研究了納米多孔膜的尺寸和流量對能耗的影響，發(fā)現(xiàn)對于寬度為125～200 μm的納米多孔膜，當施加電壓為 5 V時，淡化濃度為20 mmol/L的溶液所需的能耗為4.6 kW h/m3，對于濃度為 200 mmol/L的溶液其能耗為13.8 kW h/m3，而流量則對能耗沒有影響。通過對常規(guī)尺度裝置（進口寬度為2 cm）的研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)尺寸裝置可淡化濃度高達500 mmol/L的鹽溶液，且其功能密度為平面型裝置的3倍。ICP裝置可以將鹽分等帶電粒子從膜上驅(qū)離，因而可以消除污垢的生成，此外 ICP還能有效去除對人體有害的重金屬污染物。

（ⅳ） 電化學介導海水淡化。Knust等人基于法拉第反應開發(fā)了電化學介導海水淡化（electrochemically mediated desalination，EMD）的微流體裝置，該裝置具有與ICP海水淡化裝置類似的幾何結(jié)構(gòu)，不同點在于分叉點處布置的為鉑電極，在鉑電極和微通道末端布置的導線之間施加合適的電壓，使得海水中的 Cl-失去電子發(fā)生氧化反應生成Cl2，氧化反應的發(fā)生會減少鉑電極附近Cl-的數(shù)量，從而產(chǎn)生離子消耗區(qū)（ion depletion zone），離子消耗區(qū)的形成會導致在該區(qū)域形成局部電場，局部電場將海水中的離子重新導向濃鹽水通道，從而實現(xiàn)海水淡化。EMD是一種無膜海水淡化，因而不會有膜上結(jié)垢的問題，也不用對海水進行嚴格的預處理，相比CDI，EMD具有更高的效率，在50%的回收率和25% ± 5%的脫鹽率下其能耗為 0.025 kW h/m3（接近海水淡化理論最小能耗0.017 kW h/m3）。

（ⅴ）碳納米管。近年來，碳納米管（carbon nanotube，CNT）在海水淡化方面的應用發(fā)展迅速，主要涉及的海水淡化方法包括RO，MD，CDI和FO等。Gethard等人將CNT固定在MD疏水膜的孔隙，CNT為蒸汽分子通過疏水膜提供了額外的通道，從而提高了蒸汽的滲透率，同時阻止液態(tài)水堵塞孔隙。在結(jié)合碳納米管后，對于 80℃下TDS為34000 mg/L的鹽水，蒸汽通量和脫鹽率分別增加了 1.85和 15倍。Corry采用分子動力學模擬對水和離子通過結(jié)合了不同尺寸 CNT的膜進行了研究，發(fā)現(xiàn)摻雜了CNT的半透膜在RO海水淡化中的應用前景廣闊，在流量遠超現(xiàn)有半透膜的情況下可實現(xiàn)高度脫鹽。Tofighy等人采用化學氣相沉積（CVD）合成了CNT膜，經(jīng)氧化后用于脫鹽，通過研究原水濃度、溫度、壓力和流量等4個運行參數(shù)對CNT膜性能的影響發(fā)現(xiàn)，原水濃度、溫度和流量的增大，以及壓力的減小都可以優(yōu)化 CNT膜的脫鹽率和滲透通量等性能。

（ⅵ）旋轉(zhuǎn)離心力。利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力提供RO所需的驅(qū)動壓力可以減少RO的能耗，此外還可以減少顆粒物污垢］和濃差極化（濃差極化的形成將導致半透膜水通量的降低）。在該系統(tǒng)中RO半透膜被安裝在轉(zhuǎn)子的外周，經(jīng)過預處理的海水沿轉(zhuǎn)軸進入系統(tǒng)中，隨著轉(zhuǎn)子的加速旋轉(zhuǎn)，海水受離心力作用被甩到外周的半透膜上并受壓通過半透膜，由此產(chǎn)生的淡水被包圍系統(tǒng)的外殼收集，而濃縮鹽水則沿轉(zhuǎn)軸排出，由于海水沿轉(zhuǎn)軸的流進和流出均在低壓下進行，因而不需要輔助的能量回收裝置。此系統(tǒng)的原型機已在加拿大海軍艦船上安裝試用，能耗為3.89 kW h/m3。李楠等人基于旋轉(zhuǎn)電磁效應和旋轉(zhuǎn)離心力提出了旋轉(zhuǎn)電磁離心式海水淡化器，利用旋轉(zhuǎn)電磁效應產(chǎn)生的電磁和熱對海水進行預處理，利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力驅(qū)使海水通過半透膜，該方法可以抑制污垢、減緩腐蝕、延長膜使用壽命并降低能耗。類似地，離心力也被應用于VC，在此系統(tǒng)中，海水從快速旋轉(zhuǎn)的換熱面的中心引入，旋轉(zhuǎn)會使海水在換熱面上形成一層薄液膜，從而大大提高換熱速率，產(chǎn)生的蒸汽被提取出來并被鼓風機壓縮，壓縮后的蒸汽在換熱面的另一側(cè)冷凝，將釋放的潛熱用于加熱液膜。這種方法適用于小型海水淡化，實驗裝置的能耗為18.6 kW h/m3。

（ⅶ）超臨界海水淡化。Ingo等人提出超臨界海水淡化（supercritical desalination，SCD），即利用水的超臨界狀態(tài)進行海水淡化。水在高溫高壓下可達到超臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下，水的液相和氣相共存且難以分辨。超臨界水是無機鹽的極不良溶劑，因而可以通過沉淀來實現(xiàn)鹽水分離，而產(chǎn)生的淡水的純度則依賴于超臨界流體的溫度和壓力。SCD已經(jīng)被提出作為RO的預處理步驟，在壓力為 22 MPa和溫度為 350℃的狀態(tài)下，利用SCD可產(chǎn)生TDS為3500 mg/L的水，此后即可將其視為苦咸水利用RO進行進一步的淡化，整個工藝的理論能耗與傳統(tǒng) RO的能耗相近，但是具有更高的回收率（70%～80%）。Odu等人進一步指出超臨界海水淡化還具有無液體排放的優(yōu)點，并設計了一個具有兩級分離過程的超臨界海水淡化實驗裝置，在300 bar和460℃的條件下對質(zhì)量分數(shù)為3.5%的NaCl溶液進行淡化得到了產(chǎn)量為10 kg/h，TDS為750 ppm的飲用水，且排棄物僅為2～5 μm的鹽晶，該實驗裝置消耗的熱能約為450 MJ/m3。SCD目前仍處于實驗研發(fā)階段。

（ⅷ）磁流體。在磁流體發(fā)電技術中采用海水代替高溫電離氣體可以降低對結(jié)構(gòu)材料的技術要求，與此同時，海水中存在大量的 Na+和Cl-等離子，具有較好的電導率，在磁場中高速流動時海水中的陰陽離子受 Lorentz力的作用而相互分離，在形成電流的同時也產(chǎn)生了去離子水，從而達到發(fā)電和海水淡化的雙重目的，磁流體發(fā)電海水淡化有設備結(jié)構(gòu)簡單、能耗和成本低、效率高、以及綜合利用性強等特點。Ballester和 Garrido采用磁場代替ED中的直流電場來實現(xiàn)鹽水中離子的遷移，相比ED和RO，此種方法預計分別能節(jié)省超過75%和超過45%的能量。

（ⅸ）超空化。空化是液體在溫度基本保持不變的情況下由于壓力（或局部壓力）降低到該溫度所對應的飽和壓力以下而發(fā)生汽化，使液體內(nèi)部的氣核迅速膨脹，形成含有水蒸氣或其他氣體的明顯氣（汽）泡，從而造成液體破裂的現(xiàn)象。通常采用空化數(shù)來描述空化流動，流動中特征壓力越低或特征速度越大，則空化數(shù)越小，空化程度越劇烈。超空化（super-cavitation）即是小空化數(shù)下發(fā)生的劇烈空化現(xiàn)象，此時空泡形態(tài)呈現(xiàn)一種完全發(fā)展的附著空泡，其尾部在過流部件固體邊界下游閉合，長度大于過流部件的特征長度，稱為超空泡（supercavity）。超空泡汽液交界面處的液體蒸發(fā)汽化過程與固體壁面處液體沸騰過程類似，其傳熱系數(shù)均由熱流密度決定，但是在超空泡蒸發(fā)過程中的汽液交界面具有更大的傳熱傳質(zhì)速率，且能形成和維持相對穩(wěn)定的空泡形態(tài)，從而允許從空泡內(nèi)抽取蒸汽，對蒸汽進行收集和冷凝后即可得到淡水。目前，絕大部分對超空化現(xiàn)象在海水淡化中應用的研究主要集中在俄羅斯。1984年Machinski將靜止錐形超空化蒸發(fā)器引入到海水淡化中，通過在超空泡內(nèi)連接真空系統(tǒng)抽取超空泡內(nèi)的蒸汽來獲取淡水，該系統(tǒng)包括多個級聯(lián)的錐形超空化蒸發(fā)器，蒸汽從每一級形成的超空泡內(nèi)抽取，然而以下問題限制了該系統(tǒng)的應用： 需要連續(xù)不斷的大量原水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，系統(tǒng)的制造需要大量金屬材料，形成的超空泡的體積與循環(huán)水的總體積之比很小，需采用能量密集型的水泵再循環(huán)系統(tǒng)。近年俄羅斯TJEROS-MIFI科技中心設計了淡水產(chǎn)量為 1200 m3/d的商用空化海水淡化裝置WATERFALL-1200，經(jīng)過電磁處理的過熱水流經(jīng)特殊設計的固定障礙物后，在其后方形成超空泡，將從超空泡內(nèi)抽取出的蒸汽冷凝得到淡水，該裝置可用于海水淡化和廢/污水凈化，對于TDS為65000 mg/L的原水，其能耗為3 kW h/m3，污染物脫除率超過99%。最近，本研究小組提出了旋轉(zhuǎn)超空泡蒸發(fā)器（rotational supercavitating evaporator，RSCE）的概念，并進行了初步的設計和研究。RSCE的核心部件是由兩個出口邊寬度隨半徑變化的楔形葉片組成的旋轉(zhuǎn)空化器，空化器在鹽水中高速旋轉(zhuǎn)形成超空泡，在葉片根部的適當位置設置抽汽孔用于抽取空化形成的蒸汽，經(jīng)冷凝后生成淡水。為了降低系統(tǒng)的能耗，今后的改進工作集中在葉形優(yōu)化、升高操作溫度（溫度的升高可降低飽和蒸汽壓，從而降低達到超空泡狀態(tài)所需的葉片轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)RSCE消耗的機械能的減少）和引入黏彈性流體（利用黏彈性流體具有的湍流減阻、降低表面張力以及促進沸騰和空化等特性減小RSCE的能耗）等方面。由于超空化海水淡化中的汽化過程發(fā)生在汽液交界面，因而不存在結(jié)垢的問題；此外，RSCE系統(tǒng)中不需要對原水進行嚴格的預處理，結(jié)構(gòu)緊湊，制造時所需的金屬材料相對較少，因而建造成本較低。

相比傳統(tǒng)海水淡化技術，上述新型海水淡化技術在防垢、能耗、淡化效率、成本等方面更具優(yōu)勢，但是大多數(shù)方法目前仍處于實驗研發(fā)階段，其在商業(yè)上的實際應用方式和場合還需要綜合考慮其他因素并通過后續(xù)進一步的研究得以改進和發(fā)展。

3　結(jié)語

本文通過對傳統(tǒng)海水淡化技術基本工藝流程和工作原理的介紹，以及對其性能和技術特點的總結(jié)，闡述了當前海水淡化技術的研究現(xiàn)狀。通過分析海水淡化技術的發(fā)展前景發(fā)現(xiàn)當前海水淡化技術向著低能耗、高效率、對環(huán)境影響小的方向發(fā)展，具體的發(fā)展途徑主要有以下四條：一是彌補傳統(tǒng)海水淡化技術中的不足，對其關鍵技術或設備進行改進；二是揚長補短，將不同海水淡化技術結(jié)合起來；三是利用可再生能源或新能源，尋求可持續(xù)發(fā)展道路；四是基于先前未曾利用過的物理現(xiàn)象，發(fā)展新型低能耗海水淡化技術。

值得注意的是，雖然與傳統(tǒng)海水淡化技術相比，新開發(fā)的海水淡化技術能耗普遍較低，但是新型海水淡化技術大多處于實驗研發(fā)階段，可靠性和穩(wěn)定性還不能完全保證，使其在商業(yè)上的應用也處于探索階段，而這也是傳統(tǒng)海水淡化技術仍在市場上占領主要地位的原因。此外，除了能源成本以外，新型海水淡化技術轉(zhuǎn)移到商業(yè)應用時其技術經(jīng)濟性還需考慮原水質(zhì)量、系統(tǒng)建設成本、運行維護成本、勞動力成本和排放物處置成本等因素。

綜上可知，材料、能源和信息作為21世紀三大支柱產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)在海水淡化的發(fā)展中得到印證。新材料和新能源在提高性能、節(jié)約成本、環(huán)境友好等方面對海水淡化發(fā)展的推動作用不言而喻，新技術的出現(xiàn)使得海水淡化的應用場合呈現(xiàn)多樣化，能源消耗呈現(xiàn)節(jié)約化。因此，在應對全球性淡水資源匱乏的危機上，海水淡化是最具前景的可持續(xù)淡水取用方式。?

【作者單位：哈爾濱工業(yè)大學能源科學與工程學院】

（摘自《科學通報》2016年第21期）

責任編輯：吳曉麗