海水淡化(又稱(chēng)海水脫鹽)是分離海水中鹽和水的過(guò)程。從海水中取出水,或除去海水中的鹽,都可以達(dá)到淡化目的。海水淡化的方法,基本上也分為這兩大類(lèi)。

其中得到大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的是反滲透法、電滲析法和蒸餾法。

(1)反滲透法(Reverseosmosis,RO)

在壓力驅(qū)動(dòng)下,海水中的淡水通過(guò)半透膜進(jìn)入膜的低壓側(cè),而海水中的其他組分(如鹽)被阻擋在膜的高壓側(cè)并隨濃縮海水排出,從而達(dá)到有效的分離。海水淡化時(shí),在海水一側(cè)施加大于海水滲透壓的外壓,則海水中的純水將反向滲透至淡水中,此即反滲透海水淡化原理(圖1)。為了取得必要的淡化速率,實(shí)際操作壓力大于5.5MPa。

反滲透法，通常又稱(chēng)超過(guò)濾法，是1953年才開(kāi)始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡水分隔開(kāi)的。在通常情況下，淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱(chēng)為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后把發(fā)展重轉(zhuǎn)向反滲透法。

反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快，工程造價(jià)和運(yùn)行成本持續(xù)降低，主要發(fā)展趨勢(shì)為降低反滲透膜的操作壓力，提高反滲透系統(tǒng)回收率，廉價(jià)高效預(yù)處理技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)抗污染能力等。

圖1反滲透脫鹽過(guò)程

圖2反滲透膜構(gòu)造示意圖

圖3反滲透脫鹽過(guò)程

(2)電滲析法(Electrodialysis,ED)

在直流電場(chǎng)的作用下,離子透過(guò)選擇性離子交換膜而遷移,從而使電解質(zhì)離子自溶液中部分分離出來(lái)的過(guò)程稱(chēng)為電滲析(圖2)。

該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過(guò)性區(qū)分為正離子交換膜(陽(yáng)膜)與負(fù)離子交換膜(陰膜)。電滲析法是將具有選擇透過(guò)性的陽(yáng)膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)相互獨(dú)立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質(zhì)處理的手段，為污水再利用作出貢獻(xiàn)。此外，這種方法也越來(lái)越多地應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。

圖4電滲透脫鹽過(guò)程

(3)蒸餾法

蒸餾法的海水淡化原理簡(jiǎn)單,即將海水加熱,待水蒸汽冷凝后得到淡水。蒸餾法依據(jù)所用能源、設(shè)備及流程的不同,分為多級(jí)閃蒸(Multi-stageflashdistillation,MSF)、低溫多效(Multipleeffectdistillation,MED)和蒸汽壓縮蒸餾(Vaporcom-pression,VC)等。其中,低溫多效在70℃以下進(jìn)行操作,遠(yuǎn)低于多級(jí)閃蒸110℃左右的蒸汽溫度,有效地避免了無(wú)機(jī)鹽的結(jié)垢,是目前最為適用的蒸發(fā)技術(shù)之一。同時(shí),它可利用各種形式的低位熱源,如與火電廠或核電廠結(jié)合,利用蒸汽輪機(jī)的背壓0.02～0.04MPa(絕對(duì)壓力)抽氣造水,減少發(fā)電損失,提高發(fā)電機(jī)組的效率(圖3)。

低溫多效

多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一。低溫多效蒸餾技術(shù)由于節(jié)能的因素，近年發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴(kuò)大，成本日益降低，主要發(fā)展趨勢(shì)為提高裝置單機(jī)造水能力，采用廉價(jià)材料降低工程造價(jià)，提高操作溫度，提高傳熱效率等。

圖5利用蒸汽輪機(jī)背壓蒸汽的MED工藝流程

圖6燃煤電廠低溫多效蒸餾海水淡化裝置

多級(jí)閃蒸

所謂閃蒸，是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。多級(jí)閃蒸海水淡化是將經(jīng)過(guò)加熱的海水，依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。目前全球海水淡化裝置仍以多級(jí)閃蒸方法產(chǎn)量最大，技術(shù)最成熟，運(yùn)行安全性高彈性大，主要與火電站聯(lián)合建設(shè)，適合于大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國(guó)家采用。多級(jí)閃蒸技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，主要發(fā)展趨勢(shì)為提高裝置單機(jī)造水能力，降低單位電力消耗，提高傳熱效率等。

編輯：趙凡