海水淡化技术的分类及成本分析

张胜梅

（矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

目前，常见的海水淡化技术主要有7 种，即蒸馏法、电渗析法、多级闪蒸法、低温多效法、反渗透法、冷冻法和露点蒸发法。不同类型的海水淡化技术具有不同的特点，具体应用要求存在一定差异。因此，要结合多种条件，合理选用海水淡化技术。

1 海水淡化技术类型

1.1 蒸馏法

蒸馏法将海水加热到105 ℃得到蒸汽，之后将蒸汽冷凝，从而获取蒸馏水。其优点为设备构造简单、便于操作，所得的淡水质量优异，缺点是能耗较大。

1.2 电渗析法

电渗析法借助离子交换技术，利用直流电场的作用，借助阴离子交换膜（阴膜）和阳离子交换膜（阳膜）的选择性，对海水中的阴阳离子进行选择性渗透，从而分离出淡水与浓盐水。在外部直流电场的作用下，海水中阳离子透过阳膜，而无法透过的阴离子被截留下来；阴离子可以透过阴膜，而无法透过的阳离子被截留下来。清除盐分后，海水就成为淡水。制约电渗析法应用的瓶颈是新型离子交换膜的研发和制造，其厚度一般为0.5 ～1.0mm。

1.3 多级闪蒸法

多级闪蒸系统引入一定量的海水，然后对其进行加热升温，水源预热至设定水温，而闪蒸室气压应小于该设定水温对应的饱和蒸汽压，部分热盐水进入闪蒸室后迅速地挥发汽化，温度迅速下降，同时蒸汽冷却，凝结成水，这就是淡水。其工艺流程如图1 所示。多级闪蒸法设备简单实用，水垢少，操作弹性较大，适用于大型和特大型海水淡化企业。多级闪蒸法不单单可以应用在海水淡化中，还可以应用在火力发电厂、石油化工厂的锅炉水供给领域。

图1 多级闪蒸法的工艺流程

1.4 低温多效法

低温多效法是在最大蒸发水温小于70 ℃的条件下进行海水淡化，其把大量的水平管降膜蒸发器连在一起并分成多个组别，然后将一定量的水蒸气送入蒸发器，经过多次蒸发和冷却凝结，从而得到相当数量的蒸馏水。低温多效法的工艺流程如图2所示。

图2 低温多效法的工艺流程

1.5 反渗透法

反渗透法能够高效去除海水中90%以上的可溶性盐、99%以上的胶体微生物与有机物，能够缓解日常生活用水问题。现阶段，相比电渗析法，反渗透法非常经济。反渗透法的主要驱动力是压力差，这就大大降低了海水淡化的能源消耗。反渗透法使用的是半透膜，通常，淡水通过半透膜渗透到海水一侧，这样海水一侧的水面就会升高，而半透膜另一侧的水面就会降低，当水面高的一侧施加超过海水渗透压的外力时，海水中的纯水就会逆向渗透到淡水侧，进而从水面较低的一侧获得淡水，另一侧则为盐水。反渗透法的工艺流程如图3所示。

图3 反渗透法的工艺流程

1.6 冷冻法

冷冻法就是冻结海水，使其完全结冰，当液体海水变为固体冰时，盐类被分离出来，从而得到淡水。传统的冷冻法包括直接接触法、真空冷冻法和间接冷冻法。直接接触法使用的冷冻剂通常是正丁烷、异丁烷等，它们不溶于海水且沸点接近海水，在整个气化过程中，冷冻室内气温稳定保持在-3 ℃，上下可稍有波动，冷冻剂和冰直接接触，产生了一种水、冷冻剂彼此不溶的体系，而水和冷冻剂的密度不同，这种差异使二者分离。淡水流出后，冷冻剂可继续使用。真空冷冻法首先利用海水的三相点，使海水蒸发和结冰过程同步完成，随后使冰晶融化和水蒸气凝结分开进行，由此获得淡水。间接冷冻法是指采用界面渐进原理，连续进行海水淡化，该方法主要用于大规模生产，费用较低，所得淡水的盐量基本可控。

1.7 露点蒸发法

露点蒸发法是一项新型的海水淡化技术。它采用载气增湿和去湿的原理，并利用凝结去湿的热量，传热效率受气水混合物侧的传热影响。露点蒸发法以大气为主要载体，用海水对其增湿和去湿来生成淡水，并利用热传导原理使去湿过程和增湿过程耦合，将冷凝潜热送入蒸发室，为蒸发盐水提供汽化潜热，以提高其热效能。

2 影响海水淡化成本的因素

海水淡化成本与居民日常生活成本关联较大，只有接近日常用水价格，人们才会普遍接受。海水淡化成本主要由项目建设成本和运行管理费用组成，受多种因素影响，如工艺类型和拟建规模等。海水淡化成本主要涉及设备、材料和能源消耗，其中能源消耗占比较大。受应用技术影响，不同海水淡化项目采用的设备具有较大差异。当前，国内海水淡化行业发展强劲，海水淡化设备已实现国产化，较少进口。但海水存在一定的腐蚀性，海水淡化设备的关键零部件必须耐腐蚀，我国依然需要进口部分特殊零部件，其资金投入较大。此外，薄膜材质也是影响材料成本的重要因素，反渗透膜价格高昂，使用过程中易污染和损坏，一般3 ～5年需要更新一次。

海水淡化资金投入普遍较大，制约其大范围推广。历经半个多世纪的探索，反渗透法的诞生才极大地降低了海水淡化成本。通常，选用的海水淡化技术会直接影响海水淡化成本。例如，蒸馏法一般应用于压力较低的环境，可以有效减少热量需求，但这种方法对装置材料的耐腐蚀能力要求很高，要想降低能源成本，必须切实提高造水比，优化系统设计。

3 结语

当前，我国淡水资源分布不均，可用水资源较少。近年来，我国开始推行阶梯水价，同时持续提升海水淡化技术研发强度。海水淡化技术日臻成熟，随着海水淡化规模的持续扩大，其应用成本逐渐降低，未来，海水淡化行业将获得稳定快速的发展。