美國麻省理工學(xué)院（MIT）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組近年研發(fā)了一種完全依靠太陽能運(yùn)作的海水淡化裝置，不需要額外的電力或化學(xué)能量，就可將海水轉(zhuǎn)化為飲用水，這種裝置能夠與太陽能變化同步工作，如果能向市場大量推廣，那么這種淡化水的價(jià)格會(huì)比自來水更便宜，可以部分解決人們的日常用水問題。

饑渴的世界與中國

目前，地球上的海水占全球總水量的97%左右，淡水資源僅占3%左右。而除去人類目前無法使用的極地冰川水，可供使用的淡水資源更是只占淡水總量的四分之一。在過去的幾十年間，隨著全球人口數(shù)量不斷增長以及世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各國城市化進(jìn)展加快，水資源短缺已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素，是許多國家可持續(xù)發(fā)展的最大障礙。全球缺水的人口越來越多，目前，缺水國家近30個(gè)。雖然各國都采取了許多措施大力宣傳節(jié)約用水、加大污水處理力度以及實(shí)施跨流域調(diào)水工程，但仍未徹底解決缺水問題。

中國就是一個(gè)缺水國家，人多水少，2020年，人均水資源占有量僅為世界平均水平的28%。水資源分布極不均衡，地域差異顯著，尤其是東部城市，因過度開采地下水導(dǎo)致海水入侵現(xiàn)象，反而缺水嚴(yán)重。有數(shù)據(jù)顯示，中國的55個(gè)沿海城市中，51個(gè)都缺水，向海取水一直是中國需持續(xù)攻克的難關(guān)。在近年的中國各省水資源總量排名表中，天津、北京、上海等超大城市都位列倒數(shù)第二、三、四位，僅比寧夏地區(qū)缺水情況好一點(diǎn)。另外，北方大型工廠居多，地表水體污染問題嚴(yán)重，多依靠南水北調(diào)工程解決用水問題，京津冀地區(qū)的水資源一直持續(xù)透支。

海水淡化技術(shù)來幫忙

什么是海水淡化？最簡單地講，就是脫除海水中的鹽分、生產(chǎn)淡水的過程。這樣人們不僅可以獲得淡水，還能將淡化過程中產(chǎn)生的濃海水變廢為寶，如制作成鹽或其他有用的化合物。這樣一來，不僅提高了水資源的利用效率，還豐富了海洋資源的獲取途徑。那么，海水淡化的具體過程是什么？各國目前都采取了哪些海水淡化方式？海水淡化又會(huì)給我國帶來哪些福祉？

海水淡化作為一種沿海地區(qū)水資源增量技術(shù)，對(duì)于補(bǔ)充沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的用水缺口、提高國家水安全能力起到重要作用。據(jù)國際脫鹽協(xié)會(huì)（IDA）的統(tǒng)計(jì)顯示，全球已有150多個(gè)國家和地區(qū)采用海水淡化技術(shù)供應(yīng)生產(chǎn)生活用水，建成淡化廠超18000個(gè)，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)8530萬噸/日。全球62%的淡化水已成功用于市政供水，有效解決了兩億多人的用水短缺問題。尤其是在中東海灣國家，“滴水貴如油”甚至“滴水貴比油”一直是常態(tài)，這些國家的海水淡化需求量占世界總量的74%。

主流海水淡化技術(shù)有哪些

全球海水淡化技術(shù)已有20余種，多級(jí)閃蒸（MSF）、多效蒸餾（MED）和反滲透法（RO）是國際三大主流海水淡化技術(shù)，其基本原理都是“蒸發(fā)”或“過濾”海水。

多級(jí)閃蒸的特點(diǎn)是單機(jī)容量大、技術(shù)成熟、運(yùn)行安全性高、使用壽命長，但投資規(guī)模大、動(dòng)力消耗高，一般與火電站聯(lián)合建設(shè)。多級(jí)閃蒸技術(shù)主要應(yīng)用于中東海灣國家，因?yàn)檫@些國家石油資源豐富，火電站隨處可見。

我國有綿長的海岸線，具備實(shí)施海水淡化工程的地理優(yōu)勢。海水淡化可以說是解決我國水資源危機(jī)、開拓新的安全水源的重要途徑。我國主要使用的是多效蒸餾和反滲透法，其中，應(yīng)用多效蒸餾產(chǎn)水33.8%，應(yīng)用反滲透法產(chǎn)水65.2%，其他技術(shù)占1%。

多效蒸餾的特點(diǎn)是熱效率高、操作彈性大、能耗較低、操作安全可靠，但設(shè)備體積較大、裝置費(fèi)用較高，一般與火電站聯(lián)合建設(shè)，近年發(fā)展較快。因?yàn)樵虾Ｋ淖罡哒舭l(fā)溫度一般低于70℃，所以也被稱為低溫多效蒸餾，通過多次蒸發(fā)和冷凝，得到數(shù)倍于加熱蒸汽量的蒸餾水。

反滲透法是一種大眾較為熟知的濾水技術(shù)，日常家用凈水器多采用這一技術(shù)。其特點(diǎn)是投資較少，規(guī)模靈活，但對(duì)預(yù)處理要求較高，如冬季需對(duì)原料海水進(jìn)行預(yù)熱處理。

中國的海水淡化工程

天津作為北方最大的港口城市，卻極度缺乏淡水資源，這一問題其實(shí)早就得到國家高度重視。1978年，我國就建成了天津海水淡化與綜合利用研究所（簡稱淡化所）。該所是專門從事海水淡化與綜合利用的研究機(jī)構(gòu)，下文提到的國內(nèi)外多項(xiàng)海水淡化工程都是由淡化所承擔(dān)建設(shè)的。

在天津，海水淡化的典型示范工程當(dāng)屬北疆電廠海水淡化工程，該工程的電水聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目為國內(nèi)首創(chuàng)，屬于典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目。海水淡化技術(shù)作為北疆電廠系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，起到了承上啟下的作用。

北疆電廠采用目前世界單機(jī)容量最大、效率最高的低溫多效蒸餾海水淡化裝置，其單套裝置日產(chǎn)淡化水可達(dá)2.5萬立方米，產(chǎn)品水質(zhì)達(dá)到直飲水標(biāo)準(zhǔn)。這不僅可使北疆電廠的用水達(dá)到自給自足，還能將生產(chǎn)的淡水輸送到濱海新區(qū)當(dāng)?shù)厮畯S，成為市民的生活用水。整個(gè)電廠沒有設(shè)置對(duì)海排水口，因此沒有廢水被排放至渤海灣。北疆電廠還首創(chuàng)性地采用海水閉式循環(huán)冷卻方式，這一方面大大減少了海水取用量和濃海水產(chǎn)生量，另一方面通過冷卻塔對(duì)冷卻用的海水進(jìn)行循環(huán)濃縮，然后排至鹽場制鹽，提高了鹽田產(chǎn)量。這樣既達(dá)到了環(huán)保要求，又提高了電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

在山東青島黃島新區(qū)，黃島電廠低溫多效蒸餾海水淡化示范工程采用國內(nèi)首臺(tái)自主設(shè)計(jì)的低溫多效蒸餾海水淡化裝置，自主研發(fā)率達(dá)99%，可日產(chǎn)3000噸淡水；黃島電廠雙膜法海水淡化示范工程采用多層立體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可減少占地面積，并采用超濾+反滲透處理工藝，實(shí)現(xiàn)了膜法海水淡化的集成創(chuàng)新，也可日產(chǎn)3000噸淡水。

對(duì)外示范工程

巴基斯坦是淡水資源嚴(yán)重短缺的國家之一，全國僅有一半人口有淡水可用。位于巴基斯坦西南部的瓜德爾港由中國援建，地理位置極其重要，淡化所首次對(duì)外出口、日均500噸產(chǎn)能的反滲透海水淡化裝置在建港過程中派上了大用場。

淡化所也向印度尼西亞 INDRAMAYU燃煤電站出口過首臺(tái)由中國完全自主設(shè)計(jì)、單機(jī)規(guī)模最大的低溫多效蒸餾海水淡化裝置，兩臺(tái)機(jī)組日產(chǎn)淡水規(guī)模高達(dá)2×4500噸，1噸蒸汽可產(chǎn)多達(dá)10噸淡水。

海水的“直接利用”與“再利用”

海水直接利用技術(shù)是指不經(jīng)過淡化處理，直接以海水替代淡水作為工業(yè)用水或生活用水的技術(shù)統(tǒng)稱，在國外已有多年的發(fā)展歷史。目前世界海水冷卻年均利用量已超7000億噸，被廣泛應(yīng)用于電力、化工、石油、鋼鐵等行業(yè)。美國、日本和歐洲部分國家是海水冷卻技術(shù)的應(yīng)用大戶。例如，美國沿海地區(qū)的火電、核電等行業(yè)廣泛應(yīng)用海水冷卻技術(shù)，年用量超過1000億噸；日本利用海水作為冷卻水的年均用量多達(dá)3000億噸，其中17座核電站、55個(gè)核電機(jī)組全部采用海水冷卻，總裝機(jī)容量49469兆瓦；歐洲海水年均直接利用量也達(dá)到3000億噸，其中英國幾乎所有的核電站都建在海邊，以海水作為冷卻水。

海水中還有很多寶貴的化學(xué)資源可供提取利用。以前，人們對(duì)海水的化學(xué)資源利用局限于直接拿海水曬鹽，現(xiàn)在，人們不僅將海水用于工廠化制鹽，還從海水濃縮鹵水中提取溴、鉀、鎂等元素進(jìn)行深加工，再依據(jù)市場需求不斷調(diào)整完善化合物配方。例如，日本早在1972年就采用海水電滲析技術(shù)取代了鹽田制鹽法，年產(chǎn)鹽量可達(dá)150萬噸。海水提溴方面，英國、日本等國廣泛采用海水制鹽鹵水提溴，以色列則利用死海的高鹽海水進(jìn)行工業(yè)提溴。以色列的海水提溴量約占世界溴素總產(chǎn)量的30%，該國已成為世界第二大溴素生產(chǎn)國和最大的溴素出口國。海水提鎂方面，美國和日本的海水或鹵水提鎂產(chǎn)能名列前茅，日本宇部化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社的海水鎂砂廠規(guī)模最大，鎂砂質(zhì)量純度極高。海水提鉀雖未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但世界各國競相開展相關(guān)技術(shù)研究，荷蘭的二苦胺法、日本的東工流程雖研發(fā)較早，但成本高、污染嚴(yán)重，而我國的天然沸石法則較為廉價(jià)環(huán)保，最有望工業(yè)化應(yīng)用。此外，海水中的鋰、鈾、硼、碘、銫等微量元素也是重要的化工材料，人們還將進(jìn)一步研究如何從海水中提純這些元素。

【責(zé)任編輯】龔 婷