海水淡化 为日益干渴的地球“解渴”

    蓝天下，一排排乳白色的蒸馏罐巍然矗立；不远处，淡蓝的海水正汩汩进入海水淡化预处理池；去除污泥杂物之后的海水随即被送入蒸馏罐进行处理……最终，清澈的淡水从阀门喷涌而出，并由管道加压后送往远在几百里外的城市和乡村。从高空俯瞰，整个地球一片绿意盎然……这并不是科幻小说，随着海水淡化技术的不断完善和发展，这样一幅美丽的蓝图正逐步走向现实。

    而海水淡化，未来将为日益“干渴”的地球“解渴”。

    海水取淡占据主流

    从表面看，海水淡化似乎很简单，只要将咸水中的盐与淡水分开即可。不过时至今日，海水淡化的方法虽然有了数百种之多，生产出的淡水也风味各异，但以经济实用的标准衡量，仍然不能尽如人意。

    最初的海水淡化方法有两种，一个是蒸馏法，将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水；另一个海水淡化的方法是冷冻法，冷冻海水，使之结冰，在液态淡水变成固态的冰的同时，盐被分离了出去。这两种方法都有难以克服的弊病：蒸馏法会消耗大量的能源，并在仪器里产生大量的锅垢，相反得到的淡水却并不多；冷冻法同样要消耗许多能源，得到的淡水却味道不佳，难以使用。

    随着科技进步，海水淡化技术也得到迅猛发展。全球海水淡化方法基本上分为两大类：第一类是从海水中取淡水，有蒸馏法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法等；第二类是除去海水中的盐分，有电渗析法、离子交换法和压渗法等。

    海水淡化的成本是人们最关心的问题，也是制约海水淡化大规模应用的瓶颈。目前海水淡化以第一类方法为主，其中反渗透法以其设备简单、易于维护和设备模块化的优点迅速占领市场，逐步取代蒸馏法成为应用最广泛的方法。

    在新兴的反渗透法研究方兴未艾的时候，古老的蒸馏法也改弦易辙，重新焕发了青春。传统的蒸馏法只考虑了通过升高温度获得水蒸气的方式，耗能甚巨。而新的方法是将气压降下来，把经过适当加温的海水，送入人造的真空蒸馏室中，海水中的淡水会在瞬间急速蒸发，全部变成水蒸气。世界上的大型海水淡化工厂，大多采用新的蒸馏法。新的蒸馏法多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)与反渗透法(RO)成为当前海水淡化普遍采用的三大主流技术。

    反渗透引领新世纪

    1953年，一种新的海水淡化方式——反渗透法问世了，这种超过滤法是利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。

    在通常情况下，半透膜仅允许溶液中的溶剂通过，而不允许溶质透过。由于海水含盐高，如果用半透膜将海水与淡水隔开，淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧，从而使海水一侧的液面升高，直到一定的高度产生压力，使淡水不再扩散过来，这个过程是渗透。反渗透法则反其道而行之，对半透膜中的海水施以压力，使海水中的淡水渗透到半透膜外，而盐却被膜阻挡在海水中，得到淡水。

    反渗透法最大的优点就是节能，生产同等质量的淡水，能源消耗仅为蒸馏法的1/40。自1974年以来，发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向反渗透法。

    反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。目前三大核心反渗透膜、高压泵、能量回收装置等技术，仍被美、日、德等发达国家所垄断，基本依赖进口。

    反渗透海水淡化具有节省投资、能耗低等优点，预计反渗透技术将是21世纪海水淡化的主要方法。

    循环经济全新突破

    此前，海水淡化的普及主要受困成本问题。为降低成本，水电联产和热膜联产都得到了广泛的应用。所谓水电联产，就是利用电厂产生的蒸汽和电力，为海水淡化装置提供动力；热膜联产，则采取热法和膜法相联合的方式，满足不同用水需求，以最大限度地降低海水淡化成本。

    浓盐水的排放问题，也是海水淡化必须跨越的另一道坎。根据目前的工艺水平，海水淡化过程的效率约在40%~50%之间，即海水在一半转化为淡水后，另一半则是浓度翻番的浓盐水。如果直接将这些浓盐水排放到近海的话，势必对近海生态系统造成不利影响。目前国际上通行的做法，是将浓盐水通过泵打到深海。至于其他污染物，比如污泥，则要求尽量浓缩、填埋；对于生产过程中产生的余热污染，则是尽量想办法从排放的海水中回收能量，以提高能源的利用效率。

    世界自然基金会(WWF)报告指出，海水脱盐过程会消耗大量能源，从而会产生大量的温室气体；此外，海水淡化在一些海岸区域，还破坏了海洋生物的生存环境。随着建造脱盐工厂的数量成指数倍增长，这将会显著加速气候变化的步伐。

    但现在正在探索将浓盐水排放与盐田制盐和肥料加工相结合，打造出一条由海水淡化开始，至肥料加工结束的多环节的环保产业链。加上发电，水业、能源、盐业三行业进一步形成三位一体的清洁生产技术构想——火电、风电、核电为反渗透海水淡化提供动力需要，海水淡化的产物不仅仅是产生了淡水，同时又为海盐生产创造了高效的浓缩液，由此而可能形成一种真正意义上的可持续清洁生产技术，满足可持续发展和“循环经济”构想。