海水淡化工艺中的热法

    以较低的投入，从海水中大规模换取高质量的淡水，还要从20世纪50年代算起。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。

    这是因为当时在中东国家发现了石油。这些富得冒油的土地，却打不出一口淡水井。他们花费一些石油和金钱，大规模淡化海水，供应人们的生活，浇灌树木花草，美化环境。他们觉得水比油贵是很值得的。

    正因为如此，20世纪50年代以后，海水淡化作为一门现实的应用技术，发展很快。预计2010年至2016年，全球海水淡化市场将达290亿欧元。

    目前国际通用的海水淡化工艺路线有热法和膜法两种。这两种工艺都有可能应用到大型的海水淡化中。

    海水淡化工艺中的热法

    热法的原理很简单，就是我们在实验室里制备蒸馏水的原理。把海水烧到沸腾，淡水蒸发为蒸汽，盐留在锅底，蒸汽冷凝为蒸馏水，即是淡水。这种古老的海水淡化方法，消耗大量能源，产生大量锅垢，很难大量生产淡水。

    多级闪蒸和多效蒸发使古老的热法焕发了青春。水在常规气压下，加热到100℃才沸腾成为蒸汽。但是一定温度的海水在压力突然降低的条件下，部分海水会急骤蒸发。利用这个原理，多级闪蒸将经过加热的海水，依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。这种淡化工厂，可以与热电厂建在一起，利用热电厂的余热加热海水。水电联产，可以大大降低生产成本。现行大型海水淡化厂，大多采用此法。如果太阳能蒸发淡化法能够投入使用，其淡化技术又可以上一个节能的新台阶。

    而多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。这是热法中最节能的方法之一。

    “膜”术让水往高处流

    膜法中的反渗透法诞生于1953年，最大的优点是节能。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了反渗透法。目前热法在中东各国应用较多，欧美各国则多采用反渗透法。

    “水往低处流”。1748年，一个叫莱诺的法国物理学家无意中发现，包裹在猪膀胱里的水会自行扩散到膀胱外侧的酒中，因而首次发现了“渗透”现象。在自然界中，低浓度溶液中的水会往高浓度的溶液中流动，以此达到一种稳定的、低能量的状态。如果要让水从高浓度的海水中透过一张类似猪膀胱的半透膜流到低浓度的一端，就需要对海水施加一个压力。这张半透膜就是反渗透膜。

    通俗地说，反渗透膜好比就是一个筛子，在海水通过时只有体积小的水分子可以过，而体积更大的盐分就不能通过。现在一般反渗透膜的孔径只有十分之一纳米。在这个孔径下，水中的盐分、比细菌更小的病毒，以及作为离子态存在的重金属都不能通过。

    反渗透海水淡化工厂所需的能量比多级闪蒸之类的热法海水淡化工艺低得多，因此成本更低。目前反渗透膜进行海水淡化的综合成本在每吨0.7-0.8美元之间，而热法的成本比它要高10%-20%。别小瞧了这十个百分点，每天十几万吨的量积攒在一起，就存在巨大的经济效益差。