海水淡化去盐技术为何如此的难?

发布网友 发布时间：2022-11-02 05:51

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热心网友 时间：2023-10-22 18:43

首先，目前海水淡化技术已经比较成熟，主要分为膜法和热法两大类。通俗点说，膜法就是过滤，利用外界（装置中的高压泵）施加的高压，把海水中的淡水挤到反渗透膜的一侧，无机盐等组分留在膜的另一侧。而热法则是蒸馏，你就想象吧，类似于一口大锅蒸啊蒸，然后纯水变成水蒸气蒸出去了再冷凝得到淡水。当然实际中这个锅的设计要麻烦一点…

海水淡化在中东地区发展的非常成熟。以色列、沙特等地方的海水淡化厂多如牛毛，技术也很先进，无论是工程能力还是技术研发能力都值得我们学习，目前世界上总规模、单机规模最大的膜法、热法工程都在那边。膜法最大规模已经达到近64万吨/天…而且，淡化水是和其他水源一起混合，进入市政管网的。也就是说，辣么多居民，都在喝淡化水。

当然，日本、韩国、新加坡也都有一些很不错的公司。目前在我国，热法以低温多效为主，最大规模是天津北疆电厂搞的，20万吨/天，但目前没有开足马力；膜法就是反渗透了，最大规模是天津大港新泉（新加坡凯发搞的），10万吨/天，这个也没开足马力。其他的也还有，但总体来说这两个算是比较典型的大型淡化工程了，运营的也还都不错。

热法能耗主要是蒸汽和电力，其中蒸汽又很贵，一般来说，热法淡化都是和电厂共建的，因为电厂有很多废热可以利用，这样就降低了蒸汽的成本。膜法主要就是耗电了，毕竟需要高压泵呼呼呼不停转。

二者都需要大量设备投资。总的算下来，淡化水吨水成本4-6块钱吧。膜法装置占地小，好挪，操作也便利，所以现在市场中用的相对多一些。从技术上来说，海水淡化是很成熟的。当然国产化率目前还差点事儿。

单纯说点技术上的现有问题吧。

一是国产化率比较低。超滤膜做得还可以，但真用起来和国外的膜还是有点差距。至于能量回收和反渗透膜嘛，那基本就全得靠进口了。这个确实要努力。

典型海水淡化厂设计

我们大体认为容易的话，主要是因为蒸馏法，高中化学实验室常用之制备纯水的方法之一。看起来也没啥难度，但是其实不是，商用的话有点麻烦

以减压方式降低沸点，并产生蒸汽，再将蒸汽冷凝后即可制得淡水。由于此方法并没有使含盐水真正沸腾（仅是表面沸腾）与热传表面积接触，可以大幅改善因蒸馏产生的积垢问题

于 1950 年代即已有商业化规模

科技 难度其实不大，但是估计是效益不高，建立一个淡水加工基地，其实不是那么容易的

海水淡化去盐技术已经很稳定，【难】的是成本难以再降低。

目前技术主要分两类，薄膜逆渗与蒸馏法，其中又以薄膜逆渗技术成本效能更高。

世界各地缺水的地方，如中东多国一早已广泛采用海水去盐淡化来提供食用水，东南亚方面新加坡目前有两个海水淡化厂每天总共可处理约50万吨，今年底第三个海水淡化厂投产，加上裕廊岛第五个海水淡化厂，预计2020年每天可生产大约90万吨净水，约占新加坡一半淡水供应。而目标是在2060年时，新生水和淡化海水的产量占用水量的85％。

从以上可见海水去盐技术走向成熟，难度已攻克，现阶段是如何降低成本的问题。

水是生命之源，是生物体重要组成成分，是世界上最廉价的“药”。

水对人体有着重要的生理作用，以此补充适量水分对 健康 十分有利。人体对水的需求量因年龄、体重、气候及运动强度等因素而异。

总体来说：成年人一天需要补充1500~2800mL的水，以补充因排尿、呼吸、出汗等人体丢失的水分。

而这其中的很大一部分是通过直接饮用水获取的，还有一部分通过饮食、新陈代谢获取。除了人体所需，日常生活和生产作业也都离不开水。因此，水的质量在很大程度上影响着生活水平和工业生产。

可是，如此重要的水并不总是满足人类的需求。地球上淡水的分布与经济和人口的分布之间十分不均衡，其中，贝加尔湖拥有地球地表淡水储量的20%；积雪覆盖，人迹罕至的南极拥有地球淡水储量的72% 。

种种原因之下，世界多个国家或地区处于严重的缺水状态之下，其中就包括我国和中东地区，以及非洲。

为了结束我国南北淡水分布不均，北方水资源短缺的状况，国家实施了“南水北调”这一浩大的工程。而对于中东那些缺水但不缺石油不缺钱的国家，有心而无力，只能变着法子的解决这一棘手的问题，比如从南北极海运冰川、海水淡化等。

早在400多年前，英国王室就曾悬赏征求经济有效的海水淡化方法。

在16世纪的欧洲，已经有人尝试着从海水中提取淡水，以满足长期海上航行对于淡水的需求。

但碍于科学技术的落后，那是的海水淡化只能满足少数人的日常所需，无法大型化、进行工业化生产。

直到上世纪五十年代开始，随着水资源危机的加剧，海水淡化得到快速、长足的发展，世界各国投入大量人力物力研究海水淡化技术，以求找到经济高效的工业化方法。

世界上第一座海水淡化工厂于1954年在美国德克萨斯州弗里波特建成并投入使用，并且目前仍然在为市民提供生活用水。

海水淡化技术发展至今，已有超过20余种方法，包括反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、*蒸发法、水电联产、热膜联产等。

从大的分类来看，主要分为蒸馏法(热法)和膜法两大类，其中低多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透膜法是全球主流技术。

反渗透膜法具有投资低、能耗低等优点，但海水预处理要求高；多级闪蒸法具有技术成熟、运行可靠、装置产量大等优点，但能耗偏高。

海水淡化在很多人的观念看法中，很简单，的确，海水淡化的原理很简单，就是把海水中的盐分及其他各种影响直接饮用的物质借助物理或化学方法分离出去。

最简单直接的方法就是蒸馏，借助海水中不同物质的挥发性不同，将水分蒸发出来，然后再冷凝，得到纯净水。这个方法从可行性角度考虑，可以；但如果从经济性角度考虑，能耗偏高。

因此，具有投资少、能耗低等优点的反渗透膜法在这个以经济利益为本的 社会 成为发展的主要方向，它的能耗仅为蒸馏法的1/40。

反渗透法利用到氢键理论、优先吸附-毛细孔流等理论，涉及到分析化学、材料化学、流体力学等多个学科。由于需要在高压中进行，对于半透膜材料的要求很高。

其中预处理系统视原水的水质情况和出水要求可采取粗滤、活性炭吸附、精滤等。为了保护反渗透膜、延长其使用寿命，精滤这一步骤必不可少。

另外,复合膜对水中的游离氯非常敏感,而海水中又含有大量的氯，因而预处理系统中通常都配备活性炭吸附。

与直接从地表或者地下获取淡水相比，海水淡化的成本较高、前期投入大，成本回收周期长，但随着技术的革新及生产方式的转变，目前淡化海水的成本已降到4-5元/吨，经济可行性已经大大提升，使得“水比石油贵”这一尴尬现象在中东少数地区已经不复存在。

其中，不缺石油、天然气的中东土豪沙特阿拉伯不但财大气粗，在海水淡化上可谓是下足了老本，其拥有全球24%的海水淡化能力。此外，位于阿联酋的杰贝勒阿里海水淡化厂第二期是全球最大的海水淡化厂，每年可产生3亿立方米淡水。

考虑到未来技术进步带来的成本下降，以及经济、 社会 快速发展带来的对淡水需求量的日益增长等因素，淡化海水会进入更多平常百姓的家庭之中。同时，未来海水淡化产业有望出现爆式增长，前景广阔。

如上图所示，海水淡化的原理主要要经过水泵抽海水、叠片过滤器过滤、多介质过滤器过滤、精密过滤器过滤、反渗透过滤器等过滤以后，就可以变成淡水了！据阿联酋等国的经验，这样海水淡化一吨的费用大约需要4—6元人民币！虽然看起来，这个价格和北京居民阶梯水价的最低档的5元一吨差不多！但是这是海水淡化厂的成本价！根据自来水成本价仅为出厂价一半来看，这样海水净化成的淡水其销售价格应该在8元至12元，基本要比现有水价翻倍！

其次，自来水都是在当地建有处理厂，因而其运输成本并不高。而按中国的地理特征，东部沿海地区其实缺水的并不多，而西部很多区域却非常缺水。但是如果要建设输水工程，成本就很高了，不仅其输水线路需要高额投资（参考南水北调工程2000亿以上的预算）。同时由上图可以看出，中国沿海地区都是平原，海拔较低，但是西部地区都是高原，这样还必须利用水泵来把水抽到西部，这个成本就会大幅度上升！估计这样的淡化水的成本预计至少在20元/吨，甚至更多！

随着技术的不断进化相信海水淡化将变得越来越简单而且更加高效、实用。

虽然海水中含有多种矿物，但却很难将其中一种分离出来。不过现在，来自澳大利亚和美国的一组科学家们研发出了一种全新的海水淡化技术，它不仅能让通过该种技术出来的海水能够饮用而且还能收集到可用于电池生产的锂离子。

而这一技术的关键就是金属有机框架(MOFs)，其拥有任何已知材料的最大内表面积。从理论上来讲，这样一种材料光一克展开后能够覆盖一个足球场，同时其复杂内部结构能使MOFs是捕捉、储存和释放分子的完美对象。最近的研究发现，这种材料能让MOFs在碳排放海绵、高精度化学传感器和城市水过滤器找到运用。

眼下最常用的水过滤技术则是反渗透膜，其原理相当简单：膜的孔隙能让水分子通过但对于大部分污染物则不行。然而这一技术的一大问题就在于其需要相对较高的压力将水压过去才行。

但MOF膜却拥有更强的选择性和高效性。来自莫纳什大学、CSIRO和奥斯汀德州大学的科研人员就研发出了这样一种膜。这一设计灵感来自于生物细胞膜的“离子选择性”，它能让特定的离子通过。除此之外，这种过滤膜还不需要像反渗透膜那样需要强大的外力。

除了干净的饮用水之外，MOF膜还能收集到锂离子。由于全球电子和电池对锂的需求量非常高，而海水中富含有大量的锂离子，所以MOF膜的诞生是一个好消息。

此外，这种技术还将能应用到工业废水的过滤。

这项研究发表在《Science Advances》杂志上。

理论上，海水把盐和淡水分离的技术确实非常简单，比如沿海晒盐场以及海水蒸馏技术都只是简单的物理技术，但海水淡化的难点并不是分离技术，而是分离加收集所投入的成本与回报不成正比。 我们先以海水晒盐来举例，基本上全世界海水晒盐的方法，都是将大片海水引入盐田，直接经过太阳高温直射，海水蒸发以后，留下的结晶体便是盐分，再经过相关的净化技术，得到的就是白花花的食盐。在这过程中，因为海水在蒸发时，盐分子体积更大不会随着水分子同时蒸发，所以只要有足够的温度，盐分和水分就可以进行分离，温度是唯一的要求。 从晒盐技术上来看，似乎将盐和水分离并没有什么难题，但晒盐的过程当中是太阳直射，收集的是盐而不是淡水，两者有天壤之别。如果在晒盐场上方放一块玻璃，也可以得到凝结的淡水水珠，但是数量十分有限，根本缓解不了地球淡水的需求，而且人类使用淡水的总量也远远高于盐，这就需要供海水蒸发的温度更高，范围更大，人类发明的设备就运营而生了，但有设备就要有成本。 一般沿海区域，建几座小型的海水淡化厂，也基本能满足周边生活、生产的需求，而全世界90%以上的地区都缺水，尤其是内陆缺水更甚。本身海水淡化设备投入的成本就很大，如果再加上海水运往内陆，这其中的运输成本更高，说白了就是水资源与地球其他资源互换的条件下，对其他资源的损失太过巨大，损失与收获不成正比，在更加经济的设备发明之前，海水淡化始终不会成为淡水重要来源。 欢迎关注“地理有意思”留言一起探讨。

我们公司在北非做过一个大型的海水淡化厂项目，设计和反渗透膜都是新加坡人做的，我公司做施工。

海水淡化技术现在已经很成熟，主要包括反渗透膜法和热蒸发法两种。

由于海水中的很多无机盐无法通过化学反应沉淀下来，人类在解剖动物内脏时，发现一些动物的肠胃上有一层膜，这层膜能阻止无机盐进入体内，进一步研究后发现，这种膜的过滤机制主要在于渗透压，即淡水能通过这层膜进入渗透压低的一边，含盐量高的海水却不能，为此，人类又开始研究了这种膜的化学结构与成分，目前已经得到了逐步破解，然后就生产了这种膜，用于海水淡化，但由于至今没有完全破解这种膜的化学结构和成分，所以，还无法达到动物膜的效果，再者，对于这种膜的再生，仍处于起步阶段，因为无法再生，在使用一段时间后，由于膜被一些无机盐和杂质堵塞，只能更换，并且，膜在使用过程中，由于逐步被堵塞，产水量也是逐渐下降的。由此导致海水淡化成本居高不下，不过相信人类最终能彻底攻破难关，使海水淡化技术能变得常用。

热蒸发法技术很简单，就是加热让淡水从海水中蒸发出来，然后收集起来，这个工艺要消耗大量的能量，所以成本比膜技术要高，一般小型的海水淡化厂采用。

中国也在研究反渗透技术，并且在天津、山东等地建得有厂，南海的一些岛屿上，安装有一些海水淡化设备，满足驻军人员的生活所需。

可以预见到的是，如果海水淡化技术被完全攻破，中国可能可以从渤海湾调水去内蒙和西北，改善那里的生态环境，这种方案比从青藏高原引水好多了，对环境的影响也小，而且不会引起印度、孟加拉国等邻国的争议。

海水淡化也称海水化淡、海水脱盐，指将水中的多余盐分和矿物质去除得到淡水的工序，从海水中取得淡水的过程即被称为海水淡化。海水淡化是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法，目前应用反渗透膜的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。

世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。有人预言，19世纪争煤，20世纪争油，21世纪可能争水。

作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。到2006年，世界上已有120多个国家和地区在应用海水淡化技术，全球海水淡化日产量约3775万吨，其中80%用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题。

“向海洋要淡水”已经形成了方兴未艾的产业。截至2006年底，中国日淡化海水能力接近15万吨，比上一年翻一番。中国在反渗透法、蒸馏法等主流海水淡化关键技术方面均取得重大突破，完成了自主知识产权的3000立方米/日低温多效海水淡化工程，以及5000立方米/日反渗透海水淡化工程；海水直流冷却技术已进入万立方米/小时级产业化示范阶段。中国海水淡化成本逐步下降，已接近5元/立方米。

中国海水淡化虽基本具备了产业化发展条件，但研究水平及创新能力、装备的开发制造能力、系统设计和集成等方面与国外仍有较大的差距。当务之急是尽快形成中国海水淡化设备市场的完整产业链条。围绕制约海水淡化成本降低的关键问题，发展膜与膜材料、关键装备等核心技术，研发具有自主知识产权的海水淡化新技术、新工艺、新装备和新产品，提高关键材料和关键设备的国产化率，增强自主建设大型海水淡化工程的能力。

未来20年内国际海水淡化市场有近700亿美元的商机，中国应占有充分份额。根据全国海水利用专项规划，到2010年，中国海水淡化规模达到每日80万至100万吨，2020年中国海水淡化能力达到每日250万至300万吨，尤其是国家积极支持海水淡化产业，自2008年1月1日起，企业的海水淡化工程所得免征所得税。中国海水淡化产业发展前景广阔。

海水淡化难，难的是规模化，也就是大规模的进行海水淡化用于人类生活及生产。海水中不仅仅是盐（氯化钠）还有其他卤族元素和金属离子比如镁盐、钙盐等，小规模蒸发冷凝就可以获得淡水，大规模则要考虑析出物的后期处理。当然还有效率，成本等。