向海取水，以饗蒼生

美國麻省理工學院（MIT）領導的研究小組近年研發了一種完全依靠太陽能運作的海水淡化裝置，不需要額外的電力或化學能量，就可將海水轉化為飲用水，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格會比自來水更便宜，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，隨著全球人口數量不斷增長以及世界經濟的快速發展，各國城市化進展加快，水資源短缺已成為制約經濟社會發展的重要因素，是許多國家可持續發展的最大障礙。全球缺水的人口越來越多，目前，缺水國家近30個。雖然各國都采取了許多措施大力宣傳節約用水、加大污水處理力度以及實施跨流域調水工程，但仍未徹底解決缺水問題。

中國就是一個缺水國家，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致海水入侵現象，反而缺水嚴重。有數據顯示，中國的55個沿海城市中，51個都缺水，向海取水一直是中國需持續攻克的難關。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第二、三、四位，僅比寧夏地區缺水情況好一點。另外，北方大型工廠居多，地表水體污染問題嚴重，多依靠南水北調工程解決用水問題，京津冀地區的水資源一直持續透支。

海水淡化技術來幫忙

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？海水淡化又會給我國帶來哪些福祉？

海水淡化作為一種沿海地區水資源增量技術，對于補充沿海經濟發達地區的用水缺口、提高國家水安全能力起到重要作用。據國際脫鹽協會（IDA）的統計顯示，全球已有150多個國家和地區采用海水淡化技術供應生產生活用水，建成淡化廠超18000個，累計裝機容量達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，這些國家的海水淡化需求量占世界總量的74%。

主流海水淡化技術有哪些

全球海水淡化技術已有20余種，多級閃蒸（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，其基本原理都是“蒸發”或“過濾”海水。

多級閃蒸的特點是單機容量大、技術成熟、運行安全性高、使用壽命長，但投資規模大、動力消耗高，一般與火電站聯合建設。多級閃蒸技術主要應用于中東海灣國家，因為這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，具備實施海水淡化工程的地理優勢。海水淡化可以說是解決我國水資源危機、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，應用多效蒸餾產水33.8%，應用反滲透法產水65.2%，其他技術占1%。

多效蒸餾的特點是熱效率高、操作彈性大、能耗較低、操作安全可靠，但設備體積較大、裝置費用較高，一般與火電站聯合建設，近年發展較快。因為原料海水的最高蒸發溫度一般低于70℃，所以也被稱為低溫多效蒸餾，通過多次蒸發和冷凝，得到數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，日常家用凈水器多采用這一技術。其特點是投資較少，規模靈活，但對預處理要求較高，如冬季需對原料海水進行預熱處理。

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構，下文提到的國內外多項海水淡化工程都是由淡化所承擔建設的。

在天津，海水淡化的典型示范工程當屬北疆電廠海水淡化工程，該工程的電水聯產項目為國內首創，屬于典型的循環經濟項目。海水淡化技術作為北疆電廠系統中的關鍵環節，起到了承上啟下的作用。

北疆電廠采用目前世界單機容量最大、效率最高的低溫多效蒸餾海水淡化裝置，其單套裝置日產淡化水可達2.5萬立方米，產品水質達到直飲水標準。這不僅可使北疆電廠的用水達到自給自足，還能將生產的淡水輸送到濱海新區當地水廠，成為市民的生活用水。整個電廠沒有設置對海排水口，因此沒有廢水被排放至渤海灣。北疆電廠還首創性地采用海水閉式循環冷卻方式，這一方面大大減少了海水取用量和濃海水產生量，另一方面通過冷卻塔對冷卻用的海水進行循環濃縮，然后排至鹽場制鹽，提高了鹽田產量。這樣既達到了環保要求，又提高了電廠運行的經濟性。

在山東青島黃島新區，黃島電廠低溫多效蒸餾海水淡化示范工程采用國內首臺自主設計的低溫多效蒸餾海水淡化裝置，自主研發率達99%，可日產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構設計，可減少占地面積，并采用超濾+反滲透處理工藝，實現了膜法海水淡化的集成創新，也可日產3000噸淡水。

對外示范工程

巴基斯坦是淡水資源嚴重短缺的國家之一，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，淡化所首次對外出口、日均500噸產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由中國完全自主設計、單機規模最大的低溫多效蒸餾海水淡化裝置，兩臺機組日產淡水規模高達2×4500噸，1噸蒸汽可產多達10噸淡水。

海水的“直接利用”與“再利用”

海水直接利用技術是指不經過淡化處理，直接以海水替代淡水作為工業用水或生活用水的技術統稱，在國外已有多年的發展歷史。目前世界海水冷卻年均利用量已超7000億噸，被廣泛應用于電力、化工、石油、鋼鐵等行業。美國、日本和歐洲部分國家是海水冷卻技術的應用大戶。例如，美國沿海地區的火電、核電等行業廣泛應用海水冷卻技術，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3000億噸，其中17座核電站、55個核電機組全部采用海水冷卻，總裝機容量49469兆瓦；歐洲海水年均直接利用量也達到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資源可供提取利用。以前，人們對海水的化學資源利用局限于直接拿海水曬鹽，現在，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、鎂等元素進行深加工，再依據市場需求不斷調整完善化合物配方。例如，日本早在1972年就采用海水電滲析技術取代了鹽田制鹽法，年產鹽量可達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行工業提溴。以色列的海水提溴量約占世界溴素總產量的30%，該國已成為世界第二大溴素生產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能名列前茅，日本宇部化學工業株式會社的海水鎂砂廠規模最大，鎂砂質量純度極高。海水提鉀雖未實現產業化，但世界各國競相開展相關技術研究，荷蘭的二苦胺法、日本的東工流程雖研發較早，但成本高、污染嚴重，而我國的天然沸石法則較為廉價環保，最有望工業化應用。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，人們還將進一步研究如何從海水中提純這些元素。

【責任編輯】龔 婷