什么是海水淡化？方法有哪些？

水资源短缺是现代社会面临的重要挑战之一。联合国水资源组织(UN-Water)统计数据表明，全球约有12亿人正遭受着水资源短缺及其附带的健康、卫生、食品及能源等问题，此外，随着人口增长和工业进步，联合国世界水资源发展报告指出，未来三十年全球清洁水资源需求量将增加50%以上。通过科学的海水淡化技术可以有效增加淡水资源总量，大大缓解甚至解决人类淡水的供应问题。那么，什么是海水淡化技术?方法有哪些?本文将具体介绍。

1.海水淡化

海水淡化是指将海水里面的溶解性矿物质盐分、有机物、细菌和病毒以及固体分离出来从而获得淡水的过程。

2.海水淡化的方法

按照盐和水分离的原理和方法，可以将海水淡化的技术分为三大类：热法、膜法、膜蒸馏。

(一)热法

热法是指通过加热海水使其吸收能量变成水蒸气，后将蒸汽冷凝得到淡水的方法。其原理是利用水和盐物理性质上的差别：即借助水的挥发性而盐则不具备这一性质，此法是需要外界提供能量的有相变过程。按照具体的工艺不同又可以分为：太阳能蒸馏法(SD)、多效蒸馏法(MED)、多级闪蒸法(MSF)以及压气蒸馏法(VC)。

太阳能蒸馏法(SD)

海水吸收太阳光的能量蒸发得到水蒸气，进一步冷凝得到淡水。

优点是：(1)结构简单、运行成本低;(2)过程中消耗的太阳能是可再生的清洁能源，未消耗化石能源;(3)无污染且所获得的淡水纯度高。

缺点是：(1)太阳能会受到地区以及气候的影响，难以稳定的提供能源;(2)由于未安装吸收太阳能的收集装置，太阳能的实际利用效率非常低;(3)装置面积较大，单位面积产水量较少;(4)被蒸发的水蒸气以自然对流的状态流动，故传质系数也非常低。

低温多效蒸馏法(LT-MED)：低温多效蒸馏工艺将一系列的蒸发器串联起来并分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水，蒸发容器的个数称为效数。

优点是：(1)操作条件温和、维护量少、操作安全可靠;(2)热效率高;(3)产水水质好、且对水质要求比较低;

缺点是：(1)未完全解决水垢形成的问题，还是需要定期清洗换热器外壁上的水垢，以维持系统的高效稳定运行;(2)仅仅适用于大中规模以上的应用，因其装置设备和工艺管道比较复杂，所以难以实现小型化。

多级闪蒸法(MSF)

高温海水进入到闪蒸室(压力低于海水在此温度下饱和蒸气压)，海水过热气化，蒸汽被冷凝得到淡水。多级闪蒸为海水一次经过若干个压力逐级降低的闪蒸室，逐渐蒸发降温，直至温度接近(但高于)天然海水温度。

优点：(1)对原料海水的要求较低，预处理比较简单;(2)不易结垢。

缺点：(1)过程的操作温度高，能耗比较大，因而设备腐蚀较快，所以水易受污染;(2)设备复杂庞大，难以实现小型化，适合与火电站或大型工厂联合运行;(3)对外界依赖度高。

压气蒸馏法(VC)

依据气体压缩时其温度会升高的特点，把蒸发器中沸腾海水蒸发得到的二次蒸汽经过压缩机的绝热压缩，提高压力、温度和热焓后再送回蒸发器的加热室中，发挥加热作用，让蒸发器中的海水进一步蒸发，而蒸汽温度降低被冷凝为淡水，在整个过程中蒸汽的潜热被反复利用。

优点：(1)蒸汽的潜热得到了反复利用，有比较高的热功利用效率;(2)海水不需要进行复杂的预处理，对海水污染不敏感;(3)结构简单，易于模块化设计，可设计成很多便携式装置。

缺点：(1)对海水进行压缩和加热的过程会消耗大量的高品位能源(如电能);(2)发生相变换热的表面上会出现严重的锅炉结垢现象;(3)压汽机造价高，难以进一步大型化。

(二)膜法

膜法分离技术是指依靠特制膜材料使一种液体中溶剂和溶质达到分离效果的方法。其原理与热法是不同的，在此过程没有发生相变，是依靠具有选择透过性的微孔膜，让海水中盐或者水通过膜而另一种成分被留下的海水淡化方法。主要包括反渗透和电渗析。

电渗析(ED)

电渗析是利用具有选择性的离子交换膜在外加电场作用下，使水中的离子定向迁移，某种离子交换膜只允许带相同电荷的离子通过而截留带相反电荷的离子，最终达到溶质与溶剂分离的效果。

缺点是：(1)水回收率低;(2)仅能够去除海水中带电粒子，得到的淡水中仍然含有微生物和有机分子，因此脱盐率较低，仅能达到75%-90%;(3)对水质要求比较严格，需要对原水进行预处理;(4)给水含盐量越高，能耗越大，在苦卤水淡化工程中的应用受到局限。

反渗透(RO)

反渗透是利用能够选择性透过溶剂截留溶质的反渗透膜，在膜一侧施加大于溶剂渗透压的压力作为推动力，让溶剂穿过膜而溶质被截留下来，分离了溶液中的溶质和溶剂。理论而言，外加的压力越大，海水侧的水分子透过的速率就越快。溶液的类型不同时，所需要的外加压力有所不同，比如：淡化盐水时，外加压力通常为10-25 bar;而淡化海水时，所需要的外加压力会增大，常为 50-80 bar。优点是：(1)装置的前期投资比较少，建设周期短;(2)装置简单易于操作，且维修方便，维护成本低;(3)操作环境温和，设备不会产生严重的腐蚀和结垢现象。

缺点是：(1)在系统工作时，膜的寿命会降低，污染问题也会出现，因此膜材料需要定期更换，使得系统的维护成本有所提高;(2)对海水盐度敏感，高盐度的海水不宜用此法。

(三)膜蒸馏(MD)

膜蒸馏是一种将传统热法和膜法相结合、既有多孔渗透膜又有相变的“热膜耦合”海水淡化技术，使用多孔的疏水膜材料，以热料侧和渗透侧两侧的蒸汽压差作为驱动力，热料侧海水蒸发来的水蒸气穿过多孔疏水膜以后，在冷凝侧温度降低冷凝得到淡水，由于所用的膜是疏水膜，液体水不能通过，从而实现了海水的水盐分离，但是其现阶段依然处于实验室小规模研究阶段。

以上梳理了海水淡化的定义及方法，希望对你有所帮助，如果你想了解更多相关内容，敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。

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