表1. 海水淡化产品水部分水质指标检测结果

2.3与国内外饮用水标准主要指标的比较

从蒸馏法、反渗透法海水淡化产品水与国内外饮用水标准(GB 5749-2006、世卫组织饮用水准则、欧盟饮用水水质指令^[2]及EPA 822-R-04-005)的比较可以看出，淡化产品水除硼外，其他指标均达到国内外生活饮用水标准指标限值，其中热法淡化产水含盐量等指标要低于反渗透淡化产水。

对于海水淡化产品水水质标准，目前还没有现有的明确的建议和标准。典型的反渗透法海水淡化后处理主要涉及到pH值调节，再次减小矿化度，消毒和脱硼。最低限度地处理应该达到或超过饮用水标准。下表显示的是美国加州市政水中心海水淡化系统的后处理水质目标。

经典的膜法海水淡化水后处理总结如下：

再次减小水质矿化度和调节pH值：在并网进入市政饮用水之前，为再次减小矿化度，先注加二氧化碳，然后撒石灰；pH值调节到6.8-8.1之间，以达到饮用水说明指标。

消毒：采用紫外辐射杀死产水中的细菌和有机生物体。

消毒副产品处理：包含有溴离子和碘离子

硼的脱除：在后处理中硼的脱除比较昂贵，把浓度去除接近零浓度。选用硼离子交换树脂是最适宜的去除方法之一，该方法不受温度，pH值和盐度的影响。

最新的海水淡化中，RO膜能有效脱除硼离子92%-94%。

高的pH值条件能提高硼离子的脱除率，当pH值小于9.5时，硼离子的脱除率大约为50%，而当pH值到10.5时，硼离子的脱除率为100%。

当pH值小于9.5时，聚酰胺类膜显示了较好的硼离子的脱除率^[10]。

表2. 美国加州市政水中心海水淡化系统的后处理水质目标

2.4淡化产品水水质特性

一般来讲，不论是蒸馏法还是反渗透法所产淡化水，均具有矿物质含量少、轻微腐蚀性和偏酸性(pH值为6.5～7.5)的特点。

海水淡化产品水具有轻微腐蚀性，如不处理，倾向于溶解接触到的金属以达到自身的稳定，容易造成管道和设备腐蚀。淡化水中的钙、镁离子浓度较低，蒸馏法产品水中的钙、镁含量更低，其含量几乎接近于零。确定淡化水的化学稳定性控制指标为 pH、碱度、Langelier饱和指数和Ryznar指数^[8]。

三、淡化水的后处理方法

淡化水是软水，硬度、碱度、pH都较低，基本不具有缓冲能力，有溶解管道内壁的保护性垢层的倾向。我国给水管网多为铸铁管和钢管，进入管网前需对淡化水进行水质稳定处理，以控制水的腐蚀性，使之与管网兼容。不过，腐蚀性并非淡化水所独有，由于给水腐蚀管网而导致供水水质污染，色度、铁含量增加的现象在自来水中也较常见。

对淡化水的进一步处理通常称之为海水淡化后处理。国外的研究认为：经过处理后的淡化水水质，当碱度>80 mg/L、80 mg/L<Ca2+<120 mg/L、3 mg/L<CCPP<10 mg/L、pH<8.5、Larson比例>5时，能够保证管网不受腐蚀，满足进入市政管网的要求。

通常的后处理包括下列过程：

①矿化。

稳定淡化水水质可以通过调节pH和提高碱度、硬度达到，淡化中称此为再矿化。再矿化可增加水的缓冲能力，改善碳酸盐平衡，增大保护性碳酸钙垢层在管道内壁沉积和压缩的倾向，有效降低水的腐蚀性，减小铁等金属离子的释放，达到稳定水质的目的。碱度和硬度一般至少都要控制在40mg/L (以碳酸钙计) 以上。

再矿化有四种方法,具体如下：

a.与其他源水掺混将淡化水与富含矿物质的源水混合，增加水中矿物质含量。 淡化水与来自石灰石或白垩纪地质区的水源进行掺混最佳。水源在掺混前应经过消毒和预处理。当海水作为掺混水源时，由于海水中溴化物的存在，可能会在淡化水中引入有机卤素消毒副产物(DBPs)和溴酸盐，而且考虑到终水的味道，掺混量至多只能达1％，此时钙增加4～5mg/L，镁增加12～17mg/L。掺混效果与源水关系密切，一般仅能满足终水部分水质要求，还需与其他方法相结合。掺混常用于热法淡化和苦咸水淡化。

b.投加化学药剂

直接投加所需化学药剂，以达到稳定水质的目的。常用的化学添加剂主要有 NaOH、NaHCO₃、Na2CO₃、CaO、CaC1₂等部分反应方程式如下：

Ca(OH)₂+Na₂CO₃= CaCO₃+2NaOH

CaC1₂+2NaHCO₃=Ca(HCO₃)₂+2NaC1

CaC1₂+2Na₂CO₃+H2O=Ca(HCO₃)₂+2NaC1

c.石灰法

通常在辅助通人CO₂的情况下，向淡化水中加石灰(生石灰或熟石灰)进行水质稳定。反应方程式：Ca(OH)₂ +2CO₂ = Ca(HCO₃)₂。

d.石灰石溶解法

辅以二氧化碳 (也有用强酸，如硫酸)，将淡化水送入装有石灰石的反应器，可增加水的碱度和硬度，同时提高pH值。反应方程式为：

CaCO + CO₂+ H₂O = Ca(HCO₃)₂；

2CaCO₃ + H₂SO₄ = Ca(HCO₃)₂ + CaSO₄。

目前大型海水淡化工程淡化水的后处理，最常用的再矿化方法是石灰法或石灰石溶解法。

②防腐蚀。可添加磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐等控制水质腐蚀指数或给管道或蓄水池涂敷涂层和保护材料。

水质化学稳定性主要表现在腐蚀性和结垢性两方面。当水中碳酸钙含量超过其饱和值时,会引起碳酸钙沉淀结垢,轻微的结垢可以在管路内壁形成一定的保护膜,使金属表面不与水中的溶解氧直接接触,从而抑制电化学腐蚀。相反,当水中碳酸钙含量低于饱和值时,已经沉淀的碳酸钙能重新溶解于水,加速管路腐蚀。管路的腐蚀可能会引发“红水”问题,并增加铅和镉等重金属元素析出的风险,影响供水水质,危害饮用者健康^[9]。

③消毒。与自来水消毒类似，通常使用各种形式的氯(次氯酸钠、氯气)对产品水进行消毒，其他的消毒剂(臭氧、紫外线杀菌、二氧化氯或氯胺)可作为二级消毒剂；当后处理搀混了其他水源水时，消毒应该调节到与用于混合的进料水中微生物浓度相当的水平。

④强化脱出特定化学成分。在脱盐过程中硼、硅等物质有可能进入产品水，根据化合物情况，针对性的处理技术可包括离子交换、活性炭粒过滤、多级／多类型膜法处理或几种技术相结合。

一般情况下后处理过程只采取上述一种或几种措施就能满足要求。例如，与原水混合或添加必要的矿物质(如钙、镁)能同时稳定产品水水质并保护供水系统免于腐蚀。再如，通常添加次氯酸钙是为了杀菌消毒，同时也能增加一些矿物质钙。通常淡化厂的产品水与原水混合并加入次氯酸钙消毒后，可达到卫生安全和管网防腐蚀的目的。

四、海水淡化存在问题及解决方法

4.1海水淡化进入市政管网需考虑和解决的安全问题

进管网前亟待解决的问题是海水淡化水作为饮用水的安全性和对市政供水管网的影响，只有针对这两个问题对海水淡化水进行适当的后处理，才能有的放矢，保证与管网良好地兼容。蒸馏法海水淡化产品水的硬度、氟化物和硼三项水质指标含量都很低，反渗透法海水淡化产品水的硬度、氟化物含量较低，硼含量较高。

① 硬度

世界上有些国家和地区研究认为，钙、镁的最低限值分别应为20～30mg/L 和10mg/L。另外，饮用水硬度过高 (>400～500mg/L，以碳酸钙计)的水会增加患胆囊炎、结石和关节等方面疾病的几率。近年来，随着我国地下水位的下降，某些地区地下水总硬度呈上升趋势。海水淡化水如果用于饮用，宜适当增加硬度。增加硬度有多种途径，最简单的是条件允许时与当地硬度偏高的水掺混，在增加淡化水硬度的同时适当降低当地水的硬度。

② 氟化物

WHO研究表明，氟含量过低会增加患龋齿病的几率，WHO规定饮用水中氟的下限为0.5mg/L，当氟的浓度为0.9～1.2mg/L则可能引起中度牙齿氟中毒。 WHO和欧盟规定氟含量的上限值为1.5mg/L。中国《生活饮用水卫生标准》没有给出下限值，只规定氟的上限值为1.0mg/L。对中国主要城市的自来水氟含量调查显示，其中75％的氟含量<0.3mg/L, 15％的为0.3-0.5mg/L，这说明我国很多城市的自来水氟含量偏低。在无特殊要求时，海水淡化水用于饮用时可适当增加氟含量，与当地自来水情况持平。

③ 硼

中国和WHO对饮用水中硼的限值均规定为0.5mg/L，欧盟和日本为1.0mg/L。以色列以种植柑橘为主，因而对硼含量要求较严格，规定反渗透海水淡化产水的硼含量最高为0.4mg/L。目前除硼的方法有絮凝、氧化物吸附、阴离子交换树脂、萃取、二级反渗透、硼选择性树脂、开发高脱硼海水膜等。其中，前四种比较适用于去除硼浓度较高的溶液，后三种适用于硼含量较低的溶液。

最近，美国环保署(EPA)发布《饮用水健康指导：硼》，提出硼的成人终生健康指导值为5mg/L，WHO也有可能将硼的限值提高到2.4mg/L。因此，如果海水淡化水不作灌溉用，可能不再需要除硼，但这还有赖于相关标准的修改和完善^[4]。

4.2海水淡化浓水排放盐度的影响

盐度是海洋环境中最重要的生态因子之一，每种生物各有其适宜生长盐度 要求，当环境盐度超过该范围时，生物体的生长、发育、生殖、行为和分布都会受到影响。反渗透海水淡化排放的高盐废水盐度是自然海水的两倍；而蒸馏法淡化海水时，浓盐水与冷却海水混合后排放，其排放的高盐废水盐度较普通海水约高10～15%。海水淡化厂排放的高盐废水对海洋生态的潜在威胁，浓盐水的排放使一些经济水产种类产量减少，给渔业资源和海洋经济带来损失。不同地域环境对海水淡化厂排放水的敏感程度不同，且潮流、海流和水团等水文因素以及海水淡化厂的日处理量和规模等因子决定了排放的高盐废水对海域生态影响的程度。

为减少排放的高盐废水对出水口附近海域的影响，提出了海水淡化工程合 理规划和布局的可行措施，要选择水体交换良好的海域作为海水淡化工程所在地，对排水口要进行因地制宜地设计，做好高盐废水的再利用工作，以最大限度 地减少排放的高盐废水对海区环境的负面影响^[3]。

4.3海水淡化废弃物的影响

据《2006年中国海洋环境质量公报》显示,渤海湾水体为重度污染,尤其是铅、汞、砷等重金属严重超标。 海水淡化、制盐和盐化工产品提取生产过程中产生的固体废弃物含有大量重金属, 目前固废物主要用作围海造陆的吹填土。这将对近海海域造成很大的污染。同时, 海水中过量重金属除直接对海洋生物造成毒害外, 还由生物体富集和食物链传递, 通过海产品进入人体并造成危害。

4.4海水淡化排放废水水温的影响

利用电厂余热进行淡化、制盐及盐化工产品的提取,具有很高的经济价值,但废海水中的热能会使局部海域水温升高, 导致某些浮游生物急剧繁殖和高度密集, 从而产生赤潮, 造成海洋生物大量死亡。海水水温的升高还会使海水中溶解氧的含量降低,影响生物的新陈代谢,甚至使生物群落发生改变,破坏海洋生物的栖息环境^[7]。

4.5石油类污染物对海水淡化的影响

石油类污染物是我国渤海和东海近海海域主要污染因子之一。石油类污染物的主要成分是脂肪烃、芳香烃和一些含硫含氮杂环化合物等物质,分子量一般在100~300Da,此类物质在水中的毒性比天然有机物大。大部分脂肪烃在剂量较高时是神经毒素。芳香烃中的苯可以引起白血病,苯并芘可以导致皮肤癌等疾病。硫化物中的硫化氢是剧毒性物质并有恶臭。在SWRO系统中,分子量较小石油类污染物质能透过RO膜进入淡化水中。在蒸馏法海水淡化系统中,沸点比水低的物质将和淡水一同被蒸馏出。因此,对于石油类污染物含量较高的海水原水,通常需要进行预处理,如采用活性炭吸附等方法^[9]。

五、淡化水用途分析及应用实例

5.1淡化水用途分析

海水淡化水具有洁净、高纯度和供给稳定的特点，是安全可靠的高品位水源。淡化产品水首先可进入自来水管网，作为城镇居民生产、生活的重要水源，也可作为海岛、船舶、海上平台等主要水源；其次淡化产品水可作为企业生产和生活用水，也可作为以发电等锅炉补水为代表的工业用高纯水和工艺用水。

表3. 海湾国家已建成的脱盐装置人均水量

在海湾国家，由于传统的水资源几近枯竭，海水淡化发展已有较长历史，并取得了成功经验。在过去的25年里，海湾国家已投入约400亿美元用于海水淡化厂和配套供水管网的建设。在经历了20世纪80年代后期和90年代中期两个平台期后，2003年总装机容量已达到约0.15×108m3/d，淡化水在海湾国家水资源结构中占据重要份额。沙特阿拉伯是世界淡化水产量最大的国家，2000年约为10×108m3/a，占总水量的40％。阿联酋通过加快发展大型淡化装置以满足不断增长的城市用水需要，已成为世界上人均淡化水拥有量最多的国家。而卡塔尔和科威特几乎全部用淡化水作为饮用水。所有的海湾国家都制定政策，用海水淡化水作为市政和工业部门供水，其中2000年约930×104m3/a用于市政部门，占其产量的84％，专供大型工厂使用份额占12％，具体见下表和下图。

表4. 海湾国家1990年和2000年淡化水供应情况

图1. 海湾国家淡化水使用情况

在以色列，自20世纪60年代起就致力于海水淡化技术的研究，目前已拥有先进的海水淡化技术和设备，淡化水在供水结构中所占份额不断增大。由于以色列南部及半干旱地区水资源短缺，需要建立集中水输送系统，由北方的水源地集中输送。因此以色列几乎所有水资源都相互连接，然后进入国家管网。

表5. 以色列1998年-2020年供水情况及预测

5.2淡化水应用实例

①新加坡新泉海水淡化工程

新加坡的新泉海水淡化厂是第一个公用事业与私营企业的合作项目，是新加坡乃至亚洲目前最大的淡化项目。新泉海水淡化厂可供应136380 m3/d淡化海水，能够满足国内10％的用水需求。所生产的淡化水由输水管引入最近的公用事业局储水池，按1：2的比例与普通淡水混合，直接进入城市供水，输送给西部居民饮用。

②摩洛哥Laayoune的7000m3/d海水淡化工程

Laayoune的7000 m3/d反渗透海水淡化工程，将产品水与地下水(含盐量为1600mg/L，规模为5616m3/d)混合后输送到供水管网，同时采用NaOH调节pH以减小对输送管路的腐蚀，最后用氯进行消毒，达到了12600m3/d的饮用水供应量。

③西班牙巴塞罗那的20×104m3/d海水淡化工程

巴塞罗那在建的20×104m3／d反渗透海水淡化工程预计于2009年建成，将成为欧洲最大的海水淡化厂。其反渗透淡化水经过矿化和氯化处理后泵送到11km外弗恩桑塔的各大主要储水池，直接进入巴塞罗那的饮用水管网。工程建成后将为巴塞罗那地区100多个市的450万居民提供饮用水，满足约15％～20％的饮用水需求。

④澳大利亚黄金海岸的125000m3/d海水淡化工程

该工程为澳大利亚昆士兰州东南地区供水，其供水量达到了该地区总供水量的20％。为提高淡化水的品质，首先在二级反渗透前提高pH值到10.2左右以提高硼的脱除率，然后通过添加熟石灰和二氧化碳进行矿化实现水质的稳定，最后采用次氯酸钠进行消毒进入城市供水系统。

⑤国内海水淡化水作为饮用水的工程实例

我国淡化水作为饮用水，大多数是在海岛地区。大连长海县大长山岛的1000 m3/d反渗透海水淡化装置于1999年建成并投入运行，淡化水含盐量为220～370 mg/L，淡化水利用重力流入自来水厂净水池内，进入该地区的供水系统。浙江省嵊泗海岛从1997年开始建立反渗透海水淡化系统，目前海水淡化水已经进入该地区的供水系统，成为岛屿居民重要的生活饮用水来源之一。2006年3月国华沧东电厂利用引进的2×10000m3/d低温多效海水淡化设备投产，除供电厂发电机组用水外，还处理成符合国家标准的饮用水，通过管道输送到居民区，供居民饮用。现在国华沧电公司职工驻地的10栋共5×104m2住宅楼所需的200m3/d的淡水全部改用海水淡化水。

浙江省某城镇地处海岛，采用海水淡化技术，日供水量为几千吨，出厂水质优于国家《生活饮用水卫生标准》，特别是在供水中产生消毒副产物的有机物和“三致 ”物质 (如砷、氟化物硝酸盐、氰化物等 )的浓度极低 ,可以作为优质的市政供水水源。工艺流程如下图，

图2. 海水淡化厂处理工艺流程

2007年水质变差，除发黄、发黑外，还有许多絮体。究其原因是海水淡化厂出厂水质腐蚀性较强，水的稳定指数 =11.7(出厂水温以22-27、pH以7.2计)，淡化水属于极严重腐蚀类型(稳定指数>9.0)；供水管的材质差，采用的镀锌管、铸铁管中铁溶出，水泥管中水泥砂浆(一些以硅酸盐为主的碱性成分)遭到腐蚀破坏；间断性供水使沉淀于管壁的铁质等杂质浮起，随水流流出取水龙头；二氧化氯投量较高，使金属材质表面的氧化保护膜产生破坏，另外也使管网中溶解态的低价铁发生氧化反应，形成高价位的铁而沉淀。当水力状态发生比较大的波动时，这些沉淀物就会形成黄水。

最终解决方法为：通过用PE管代替镀锌管、水泥管及铸铁管；采取一些适当的措施提高总硬度、总碱度及pH；反渗透出水后直接投加熟石灰水，减小中和过滤器中石灰石滤料粒径，使颗粒与水接触面积增加，或适当增加Na₂CO₃投量，从而提高pH至8.0左右；适当减少二氧化氯投量；尽量采用连续供水方式[6]。

⑥海水淡化产品水作为纯净水的实例

天津大港电厂引进的2×3000 m³/d多级闪蒸海水淡化装置，是我国最早建成的蒸馏法工业化海水淡化设备，其产品水主要作为锅炉补充水，该厂还用于生产饮用瓶装纯净水，并进入市场销售。

青岛黄岛电厂与淡化所合作完成的3000m³/d低温多效海水淡化示范工程，其产品水水质优于国家饮用水卫生标准。除作为电厂锅炉补水外，还用于生产纯净水，产品除供职工自己饮用外还对外销售。

⑦反渗透海水淡化饮水装置的研究实例

由军事医学科学院卫生装备研究所于2008年研制的反渗透海水淡化机，包括预过滤单元、RO脱盐单元及终端消毒单元。在累计运行100h内，该装置运行稳定，脱盐率大于95.3%，产水流量大于22L/h。RO淡化机对色度、浊度和微生物都有较好的去除效果，去除率可达99%，产水的pH值、TDS及总硬度等指标都符合国家生活饮用水卫生标准，适用于远离陆地的海岛及小型舰船应急使用^[5]。

六、结语

在世界范围内，海水淡化产品水作为饮用水的历史虽然不长，但正在呈逐年递增的趋势，淡化水已成为缺水国家生活、生产用水的一个重要组成部分，海水淡化产品水作为饮用水已经得到普遍认可和接受。我国海水淡化尚未进入城市供水系统，作为饮用水还大多用于缺水海岛地区，其他大多为电厂锅炉补水。

海水淡化的生产工艺决定了其产品水含盐量少，品质优于一般自来水，其产品水可作为优质的饮用水和生产用水满足沿海城镇需要。对影响海水淡化产品水品质的各个因素，都可采取适宜的措施加以处理和控制，保证产品水的水质。

为了保护市政供水管网和饮用水的安全，通过设计合理的后处理工艺，进一步提高了淡化水的品质，使其完全符合市政用水各项指标。海水淡化是新兴产业, 相关法律法规尚未制订。应尽快制订相关标准, 特别是在海水淡化、制盐和盐化工产品提取生产过程中三废的排放标准。根据地区的水资源需求量, 结合陆域淡水资源分布情况, 合理安排区域海水淡化工程布局。结合国家 863 计划,尽快组织有关专家开展针对海水淡化过程中三废治理问题的技术研发工作,针对不同 废弃物采取科学、合理的治理措施。 研究并推广对生态环境影响最小的添加剂,
采用循环经济的方式进行海水淡化中的浓盐水综合利用, 开展海水利用规划工程环境影响评价研究。对于治理三废过程中产生的费用, 可将环境污染治理费用按比例分摊至海水淡化及海水综合利用的各生产环节中。

国内外海水淡化产品水应用的实例说明，海水淡化产品水生产工艺越来越成熟，后处理方法不断完善，经过简单处理的淡化产品水已成为缺水国家尤其是海湾国家市政用水的一个重要组成部分，除满足生活饮用的需求外，还可像普通自来水一样，应用于各个用水领域。在我国，随着海水淡化项目不断发展和淡化厂规模的大型化，其进入城市供水系统也将成为必然。

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[9] 刘可，毕学军，海水淡化用于市政供水的发展前景研究，水信息网，2009-11-19

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2、技术升级助海水淡化产业快速发展

技术的创新和升级是推动产业发展的有效“武器”。近年来，我国在海水淡化技术创新与实践过程中取得了实质性的突破，从过去的引进关键设备、集成共性技术，发展成为拥有多项核心技术、能够自主生产关键设备的国家。但在关键技术与设备方面，我国与国际先进水平还是存在明显的差距，在技术创新与应用方面有很大的提升空间。

两大主流技术提升 促进成本降低

“十一五”期间，反渗透和低温多效蒸馏两大主流海水淡化技术得到较快发展，随着海水淡化关键技术的不断创新与升级，成本不断降低，从而拓展海水淡化市场空间，推动海水淡化产业快速发展。

反渗透技术目前应用的较为广泛，我国已先后建成了日产百吨级、千吨级和万吨级反渗透海水淡化示范工程。曹妃甸海水淡化项目、温州洞头县鹿西乡海水淡化工程以及浙江舟山群岛新区海水淡化工程等都是采用反渗透技术。据了解，舟山市普陀区六横镇过去从临近镇运淡水，每吨成本超过10元，而舟山反渗透海水淡化工程每吨海水淡化处理的成本在5元左右，并有望进一步下降。

低温多效蒸馏技术主要应用于需提供锅炉补给水和工艺纯水，且有蒸汽或余热可利用的电力、石化、钢铁等企业，国华沧东电厂海水淡化工程和国投北疆电厂海水淡化工程都是采用该技术。据了解，国华沧电走国产化和技术创新之路，并通过“电水联产”和优化运行方式，着力降低淡化水成本，沧电的海水淡化成本已降低至5.45元，售价达到5.95元。

海水淡化新工艺和新技术蓬勃发展

近年来，超滤膜－反渗透膜耦合、蒸馏法－反渗透膜法耦合等多种耦合工艺技术应用日益普遍，浓海水综合利用工艺也备受关注，曹妃甸海水淡化项目就是采用了超滤膜与反渗透膜耦合工艺，以提高出水水质和增加系统稳定性，同时，采用管道将浓盐水输送至三友化工直接用于盐化工生产，以提高海水淡化综合效益并减少浓海水直接排放。

另外，利用太阳能、风能等新能源海水淡化技术发展迅速。《海水淡化产业发展“十二五”规划》也指出，要坚持海水淡化与资源综合利用相结合，加大余热余压蒸汽和可再生能源及核能在海水淡化中的利用，优化海水淡化工艺、合理利用热膜耦合和电水联产等工艺。河北省专家献策服务团顾问组副组长、资深水利专家魏智敏表示，海水淡化用电量较大，如果能用太阳能、风能等自然能发电，淡化海水的价格就会降到3~5元/立方米，接近南水北调的水价，提高淡化海水的利用空间。此外，膜蒸馏、正渗透等海水淡化新技术也是各国科学家研究的热点。

3、麻省研究员开发出海水淡化新方法

美国麻省理工学院网站发布文章称，该校研究人员借助石墨烯开发出了一种海水淡化的新方法。该方法简单有效，在成本上也远低于现有的其他技术，让人们在海水淡化上又多了一种选择。相关论文最新一期的《纳米快报》杂志上。 

在世界上许多地方，淡水的供应正在日趋减少，随着人口的增长，这一问题还将持续严峻。因此，有不少人都将目光转向了几乎是无限供应的海水，各种海水淡化技术也应运而生，但到目前为止，它们还都过于昂贵，无法大范围、低成本推广。 

领导该项目的麻省理工学院材料科学与工程学院副教授杰弗里・格罗斯曼说，许多人都在关注海水淡化技术，并做出不少成绩，但从材料科学角度研究脱盐的却并不是很多。 

新研究中格罗斯曼和研究生大卫・科恩・达努奇通过精确控制多孔石墨烯的孔径并向其中添加其他材料的方法，改变石墨烯小孔边缘的性质，使其能够排斥或吸引水分子。这样这种特制的石墨烯就如同筛子一样能快速地滤掉海水中的盐，而只留下水分子。新工艺的关键是非常精确地控制石墨烯孔洞的大小。研究人员称，最理想的大小是1纳米，不能太大也不能太小，如果太大了盐便会和水分子一起通过筛子，起不到过滤的作用；如果太小水分子就无法通过这些小孔。计算机模拟结果显示，这种石墨烯筛子的性能非常优秀，能够快速地完成海水淡化过程。 

科恩・达努奇说，此前也有不少研究小组开发过类似的石墨烯筛子，但在尺寸和用途上区别很大。例如，用多孔石墨烯来过滤DNA（脱氧核糖核酸）或分离不同类型的气体等。但在这些研究中对石墨烯孔洞的精度要求较低，技术较为简单，无法适用于海水淡化。 

目前海水脱盐最常用的是反渗透技术。其工作原理是用一种特制的膜来过滤海水中的盐。但由于这些薄膜上的小孔极为致密（比新技术中所采用的多孔石墨烯密1000倍），需要非常大的压力迫使海水通过薄膜，因此，在淡化海水的同时还需要消耗不少的能源。相比之下，在相同的压力下，新技术在过滤速度上可比反渗透薄膜技术快数百倍，或者它能在同样过滤速度下，节约更多的能源。 

研究人员称，目前他们正通过计算机对整个过程进行最后的模拟和调试，以确定其最佳参数。今年夏天首批采用该技术的石墨烯滤网原型就将问世。 

格罗斯曼说，由于石墨烯的原材料廉价且易于获取，这使该技术在成本上具备了天然优势。另外，它又是已知最硬的材料，与目前所使用的反渗透膜相比更结实耐用。 

哈佛大学化学系副教授约书亚・施耐尔说，先前就有人开发出了类似的多孔石墨烯结构，但却没有人将其与海水淡化结合起来。新技术为海水淡化提供了一个可供选择的新方法。 

【名词解释】 

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 

4、海水淡化废水利用途径

海水通过淡化生成淡水供人饮用，这在舟山早已不是新鲜事，而用海水淡化后的浓缩水成规模制盐，在全省则尚无先例。日前，记者从岱山县盐业局获悉，浙江省首个海水淡化浓缩水制盐技术开发与示范工程在该县正式开工。按照设计，岱山绿源海水淡化有限公司将对海水淡化剩下的浓缩水进行一定处理，然后通过输卤管道输送到茶前山盐场进行晒盐。工程计划于5月底完工。

沉淀、过滤、加药、反渗透、消毒……在位于岱山县浪激渚的绿源公司厂区里，工作人员正按照程序有条不紊地进行海水淡化。“海里又黄又咸的海水通过这个厂区就会变成甘甜的自来水了。”绿源公司负责人告诉记者，这里的海水淡化采用的是反渗透技术，日生产淡化水能力达到5000吨。

但是海水淡化的过程中也会产生相应的废水。该负责人介绍道，采用反渗透技术进行海水淡化产生的废水被称为海水淡化浓缩水，公司正常运作时日产浓缩水为4000立方米～5000立方米。“这些浓缩水对海水淡化厂来说是废水，但直接排入大海会对海洋生态环境造成一定的影响，因而需要花钱花精力去处理。不过对盐民来说它们可就是宝贝了。”岱山县盐业局副局长余国定说。在他看来，用海水淡化浓缩水来制盐，盐产量可得到大幅提升，盐产品质量也将得到极大保证，对传统的制盐业来说，这无异于一场技术革命。

据了解，传统晒盐从卤水到制盐大致分7个阶段，提卤、提溴、储卤、蒸发、结晶、捞盐和集坨，整个生产周期需要一个多月。“目前盐民制盐的原料为浓度1.7波美度的普通海水，而海水淡化浓缩水的浓度在3.8波美度。用浓缩水代替普通海水，浓度高了一倍多，不但可以减轻盐民劳动强度、缩短晒盐周期，而且理论上计算，亩产也将增加50%以上。这还不算缩短晒盐时间所带来的增效。”几个月后将要“接收”海水淡化浓缩水的茶前山盐场场长刘和琪对此很是期待。

刘和琪向记者算了一笔账，绿源公司正常运作每天产生的浓缩水为4000立方米～5000立方米，刚好可以满足茶前山盐场1000亩盐田的生产用水。茶前山盐场以往年产盐约5000吨，如用浓缩水代替普通海水来制盐，在正常条件下，年产盐可以增加2500吨左右，盐区将增收125万元。“海水淡化厂排出来的浓缩水已经过多道工序处理，过滤掉了很多的泥沙、微生物等，水也由泛黄变得无色透明，用它作原料晒盐，对保护盐场滩田也有好处。”

5、沙特利用太阳能进行海水淡化

沙特水电部长阿卜杜拉•哈辛表示，沙特正致力于利用太阳能进行海水淡化，从而达到节约能源、降低成本的目的。目前，沙特正在东部城市哈夫基建设一座日产3万立方米的太阳能海水淡化厂，预计建成后每立方米淡化海水成本将降至1.5里亚尔左右。

目前沙特生产世界上约18%的淡化海水，产量年增长率约7%。

6、低温多效海水淡化工程

随着人口的不断增长和经济的飞速发展，淡水资源的匮乏日趋严重。海水淡化作为一种开辟新水源的相对成熟的技术，已经成为世界上公认的解决淡水短缺问题的最佳方案。据报道，当前全球海水淡化容量约为4200万t/d，预计在今后5~10a内还将增加2400万t/d。天津是我国的严重缺水地区，且毗邻渤海，拥有丰富的海水资源，建设海水淡化工程具有得天独厚的优势。

2002年天津经济技术开发区（以下简称天津开发区，缩写TEDA）海水淡化项目正式启动。经过近2 a的前期可行性研究，在对国内外海水淡化技术和项目进行大量调研的基础上，结合本区域的具体条件（原水水质差，区内有合适的热源），最终确定采用目前国际上较先进的热压蒸馏低温多效技术。该技术具有对原水水质要求低（SS＜20 mg/L）、出水水质好（TDS＜5 mg/L）、运行管理简单等优点。其设计进水水质。

 天津开发区万吨级低温多效海水淡化工程日产淡水2万t，分两期建设，其中一期规模为1万t/d，总投资额1.6 亿元，已于2006 年底举行了通水仪式。该工程利用开发区热源五厂的低品位蒸汽，采用低温多效的工艺生产TDS＜5mg/L的优质淡化水，生产1t淡化水消耗0.1t低压蒸汽及2kW·h电。

天津开发区海水淡化工程可分为海水预处理厂和海水淡化厂两个场站。海水预处理厂主要是去除海水中的泥沙；海水淡化厂包括海水提升泵房（从预处理厂提取海水到主设备）、中和池泵房（将主设备中的浓盐水排出）、冷却水泵房（为主设备提供冷却水）、淡化水出水泵房（将淡化水排出送至输水管网）、海水淡化主车间等。其中海水淡化主车间是海水淡化工程的核心，其作用是将海水蒸发成蒸馏水，该车间的设备全部从法国ENTROPIE公司进口，设备投资约890 万美元。其中热压蒸馏脱盐TCD装置主要设备包括：6 个蒸发室、2 台主要的冷凝器、4台加热器、1 台热压缩机、1 套真空系统（包含蒸汽喷射器和喷射冷凝器）、2 台板式热交换器、1 个手动海水过滤器、1 台浓盐水泵、1 台蒸馏水泵、1 套海水处理装置（除沫剂、阻垢剂和除氯剂注入）、1 套减温系统。

为保证海水的连续供应和改善进水水质，海水在预处理后经提升泵站送到海水淡化厂。在海水淡化厂，来水经加压泵站加压、滤网过滤并加入阻垢剂后，进入海水淡化装置；海水淡化装置的产品水经后处理进入产品水贮存罐，并通过产品水泵加压供给热源厂等用户，其水质可达到TDS≤5 mg/L，余下的浓盐水排海或综合利用。所用热压蒸馏低温多效海水淡化设备为6 效，处理能力为1 万t/d，造水比（GOR）为9.69，出水水质TDS＜5 mg/L。

该工程利用开发区污水处理厂二级出水作为淡化装置的冷却水源，可大大节约取水设施和排水设施的建设费用，每日最大需约5 万t 冷却水；而冷却水升温后可继续作为新水源一厂（即再生水水厂，以开发区污水处理厂二级出水作为原水，经双膜法处理后产水主要供应开发区内绿化及大型热电厂）原水，恰恰满足了该工艺希望提高原水温度（尤其在冬季）的要求，有效地提高其双膜法的产水效率。这样就将污水处理、污水再生利用和海水淡化项目的资源整合在一起，形成优势互补、资源共享的特点。

蒸馏装置是由多效降温蒸发单元组成。在第一效蒸发单元内产生的蒸汽在换热管中被冷凝，换热管为外部喷淋海水集束管。蒸汽冷凝释放的热量使换热管外的部分海水在相对低的温度和压力下蒸发，由这部分海水产生的蒸汽在第二效蒸发单元中冷凝。同样原理，第二效蒸发单元的换热管外的部分海水会在更低的温度和压力下蒸发。同样的蒸发工艺会在一效接一效的蒸发单元中传递下去。最后一效蒸发单元产生的蒸汽在冷凝器中冷凝。每一效蒸发单元中产生的冷凝水通过U 型管流入下一效蒸发单元，最后都流入冷凝器中。最终冷凝水由蒸馏水泵收集到淡化水储罐中。

海水和大部分苦咸水均含有腐蚀和结垢成分：当操作温度超过75 ℃，腐蚀和结垢现象会迅速产生，同时盐浓度会迅速升高，因此TCD 蒸发器适用于：（1）低温操作，即原水和浓盐水的温度始终低于70 ℃；（2）原水的浓缩率总是≤35%。

为使海水在低温下蒸发，设备运行前要运行真空系统，使设备内压力低于-93 kPa。经过多效蒸馏和蒸汽的循环利用使得蒸发海水的能耗大大降低，1 kg热源蒸汽能生产9.69 kg的蒸馏水，即GRO=9.69。因海水淡化浓缩率总是控制在35%，也就是说日产1 万t 的海水淡化工程，每天所需海水3 万t，消耗蒸汽0.1 万t。

天津开发区实施的万吨级低温多效海水淡化项目，其产品水作为区内热源厂的锅炉补充用水以及其他用途纯水，取代传统的自来水深度处理工艺流程，每年节约淡水近850 万t，具有显著的环境效益和社会效益。另外，该项目中一部分的淡化水作为高品质饮用水通过分质供水，进入高校园区、住宅小区，为海水淡化水进入城市管网进行了有意义的探索。天津市位于严重污染的渤海地区，其海岸带坡度较缓，海水泥沙含量很高，且温度和盐度随潮流的往复运动变化较大，该工程的成功实施将积累自然条件恶劣地区海水淡化的技术经验，对于在华北沿海地区推广具有重大的示范意义。也必将带动本区域的相关加工制造业的持续发展，为我国的海水淡化产业走向国际市场创造示范条件。

7、长春应化所成功研制海水淡化反渗透复合膜制备

由中科院长春应用化学研究所张所波研究员主持的中科院科研装备研制项目“海水淡化反渗透复合膜制备设备”通过了专家验收。

反渗透海水淡化是解决水资源短缺问题的重要战略手段。反渗透复合膜是膜法海水淡化的关键材料，它可以将海水、苦咸水、污水转化为纯净的淡水，在工农业生产中发挥重要作用。但目前我国绝大多数的反渗透膜依赖进口，主要原因是缺乏先进的膜材料及精密的生产设备。反渗透膜制备设备是研究和生产反渗透膜的核心技术装备，装备的缺乏严重限制了我国膜材料的研究应用进程。因此，研究发展具有国际先进水平的膜材料及制备设备具有重要意义。

在中国科学院科研装备专项的支持下，中科院长春应化所成立了由反渗透复合膜材料制备及设备制造的科研人员和工程技术人员组成的复合膜制备设备研究小组，于2009年开始了“海水淡化反渗透复合膜制备设备”的研究开发。经过两年多的研发，他们解决了设备的温度控制、张力控制、纠偏控制等关键技术问题，利用PCL实现对设备硬件系统和软件系统的协调优化，制备出集聚合、热交联、成膜、后处理等多种功能为一体的反渗透复合膜制备设备，填补了国内空白。目前，该设备已在相关单位进行了反渗透复合膜配方及工艺的研究，试用效果良好。

该设备的成功研制不仅可以系统研究各种制备条件对膜性能的影响规律，深入了解成膜原理及关键影响因素，更有助于打破垄断，提升我国在膜材料制备方面的研究水平，为反渗透膜的规模化生产提供技术支撑。

该项目研制期间申请发明专利3项，2项已获授权，培养博士研究生2名，硕士研究生2名。

8、海水淡化新技术：新型膜浓缩装置通过验收

中科院过程工程所万印华研究员主持的新型膜浓缩装置的研制项目顺利通过了中科院组织的科技成果鉴定和现场验收。

据了解，项目组研制的基于膜过滤—汲取集成技术的膜中试装置集产物分离、高效浓缩、在线分析、原位清洗和多参数可视化自动控制等诸多功能于一体，是一个典型的功能强化多技术集成系统。同时建立的基于膜过滤—汲取集成技术的生物大分子超滤浓缩新技术，可以实现生物大分子连续高倍浓缩。

鉴于该技术的应用潜力，项目承担单位同广东中科保生物技术有限公司合作，共同开发了用于海水淡化的反渗透—汲取集成技术与装备，并进行了为期近一年的中试研究，结果表明采用该技术进行海水淡化，吨水电耗仅为2.33千瓦时，浓水盐浓度可达12%，水回收率可达80%，为海水资源的经济利用提供了一种新的技术途径。