提高經(jīng)濟性、盡早建立示范工程是發(fā)展太陽能海水淡化的重要途徑。
圖片來源：中國制造網(wǎng)
日前，我國首個太陽能光熱海水淡化示范基地在海南省建設(shè)完工，上海驕英成為國內(nèi)率先開發(fā)太陽能光熱海水淡化技術(shù)的能源科技有限公司。
很多人或許會有疑問，天津的超市，貨架上擺滿海水淡化后的瓶裝水，價格與普通礦泉水差不多。舟山、大連等地也都建有海水淡化的市政工程，居民家的水龍頭里流出的是淡化后的海水，海南的“首個示范基地”從何而來？
殊不知，但凡市場上出售的淡化海水，無一例外都是用膜反滲透法制取的。
“傳統(tǒng)的海水淡化需要的技術(shù)大體分為兩類——膜法和熱法。”北京理工大學(xué)教授、熱能工程研究所所長鄭宏飛向《中國科學(xué)報》記者解釋說。
在太陽能海水淡化領(lǐng)域鉆研近20年的鄭宏飛，對太陽能海水淡化技術(shù)情有獨鐘，而現(xiàn)實是“市場上大家喝到的淡化海水全部是利用膜滲透方法制取的，利用太陽能加熱蒸餾的熱法始終難以推向市場”。
究其原因，鄭宏飛認為，盡管太陽能海水淡化技術(shù)本身已不是難題，但由于材料價格昂貴，利用熱法制取的淡水價格成本偏高，阻礙了研究進展和市場接受度。他同時指出，作為更適合分布式發(fā)展的熱法，提高經(jīng)濟性、盡早建立示范工程是發(fā)展太陽能海水淡化的重要途徑。
自身優(yōu)勢難取代
反滲透膜海水淡化是一種現(xiàn)代的海水淡化技術(shù)。反滲透膜生產(chǎn)者萊特萊德環(huán)境工程有限公司負責(zé)人向記者介紹，在反滲透膜技術(shù)中，海水在高壓下穿過過濾膜，受到過濾膜孔大小的限制，一些不需要的物質(zhì)將被留在高壓的一邊。這種技術(shù)所需能量僅僅是給海水加壓。
盡管如此，鄭宏飛告訴記者，為了獲得較高的產(chǎn)出率，反滲透膜技術(shù)依然是高耗能并且昂貴的。
“滲透膜需要1到2年更換一次，由于自主技術(shù)不過關(guān)，我國使用的滲透膜全部由國外進口，因電能消耗巨大而造成運營成本昂貴。”鄭宏飛認為，滲透法受電價影響較大。“如果沒有低電價的照顧，其淡化海水的成本并不低廉。”
反滲透法對海水的利用率也低于太陽能淡化方式，滲透法只能將廢棄海水濃度由3.5%提高到最多8.5%左右，“再提高一點都很困難，因為反滲透壓過大會造成能耗過高。但是利用太陽能淡化技術(shù)則可以使出水含鹽率達到20%，鹽水結(jié)晶率為25%。”也就是說，經(jīng)過太陽能淡化技術(shù)產(chǎn)生的廢棄海水，不需要經(jīng)過太多晾曬就可以產(chǎn)出鹽。
反滲透方法的不足之處還在于海水不能直接滲透，需要進行嚴格的預(yù)處理，添加一些化學(xué)處理劑。萊特萊德負責(zé)人表示，過濾膜的孔非常細小，海水必須經(jīng)過沉淀、有機物去除等環(huán)節(jié)的預(yù)處理，才能通過滲透壓來提純。
而利用蒸發(fā)冷凝原理的太陽能淡化技術(shù)，則對海水的濃度、溫度要求不高，控制管理也非常簡單，特別適合中小型分布式系統(tǒng)采用。
“太陽能是清潔能源，可持續(xù)、可再生，太陽能海水淡化技術(shù)不但節(jié)能環(huán)保、運行成本比較低，太陽能集熱器的效率也很高，用太陽能給海水淡化供熱技術(shù)成熟。”在2015太陽能海水淡化專題研討會上，大連理工大學(xué)教授郭亞麗說。
成本太高成瓶頸
既然太陽能海水淡化優(yōu)勢明顯，為何我國的此項技術(shù)仍沒有獲得商業(yè)化？太陽能豐富、苦咸水聚集的地區(qū)為何沒有享受到此項技術(shù)的好處？
“與滲透膜的投入比起來，太陽能淡化方法中用到的器件成本更加昂貴。”萊特萊德負責(zé)人說，這也是許多企業(yè)未曾涉足太陽能淡化技術(shù)的原因之一。
這得到了鄭宏飛的坦率認可：“太陽能海水淡化的主要器件包括集熱器、換熱器和淡化器，而集熱器中真空管的成本占系統(tǒng)總價的一半以上。”
通過太陽能淡化系統(tǒng)產(chǎn)出的淡水，每噸售價達到20元左右，這比人們?nèi)粘Ｊ褂玫淖詠硭畠r格高出兩至三倍，也大大高于膜滲透法制取的淡水價格。
為了降低各組件成本，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，鄭宏飛提出了多種方案，而最近的研究——聚光直接加熱式，似乎契合了對此項技術(shù)的所有訴求。
據(jù)介紹，聚光直接加熱式無需冗長管路，減少了管路投資與熱損失；用陶瓷粒子或其他方法功能化海水，使得海水直接吸收太陽光，利用強光直接蒸發(fā)海水，省略了換熱器，減少了傳熱環(huán)節(jié)，提高了聚熱效率，將有望成為未來具有重要前景的太陽能海水淡化技術(shù)。
此外，功能粒子在水中運動并相互碰撞，從而磨掉蒸騰器表面的結(jié)垢，徹底解決高溫加熱海水的結(jié)垢問題；聚光接收器的換熱部分，即與海水接觸的部件全部可以用非金屬材料制造，比如接受太陽光而使海水蒸發(fā)的加熱管可以用石英玻璃制造，從而提高整個系統(tǒng)的抗腐蝕性；末端海水處理裝置采用傳統(tǒng)的海水淡化系統(tǒng)，技術(shù)成熟，效率高，同時可以規(guī)模化。
“把太陽能集熱器和淡化器合二為一，直接將成本降低了一半。”因為此項技術(shù)的申報，鄭宏飛于近日得到國家自然科學(xué)基金支持，獲得數(shù)十萬元研究經(jīng)費。
示范工程盼建立
“太陽能海水淡化的研究發(fā)展不是要擠掉反滲透，而是作為技術(shù)補充，依據(jù)不同地域的特點，提供更多選擇。”鄭宏飛說。
如今，世界上利用太陽能海水淡化技術(shù)最多的地區(qū)集中在沙特等中東國家，大量的光照和充裕的資金是他們的優(yōu)勢。但在鄭宏飛看來，技術(shù)的先進不代表技術(shù)方案同樣先進：“國外多采用太陽能集熱器驅(qū)動多級閃蒸或低溫多效系統(tǒng)，把原有的工業(yè)技術(shù)和太陽能技術(shù)相結(jié)合，管理起來較復(fù)雜，系統(tǒng)檢測或控制的指標(biāo)過多，一項失誤都可能導(dǎo)致系統(tǒng)停運。”
鄭宏飛團隊要解決的也正是太陽能海水淡化系統(tǒng)的普遍要求：控制簡單、運行平穩(wěn)、適應(yīng)太陽光照強度的不穩(wěn)定性。
目前我國并不缺乏自主研發(fā)的太陽能海水淡化技術(shù)，“只有建立更多大型的示范工程，發(fā)現(xiàn)更多問題，系統(tǒng)才能得到完善，才能加快商業(yè)化。”鄭宏飛說。
但做示范工程需要資金支持，找到感興趣的企業(yè)投資，是技術(shù)商品化最快的辦法。就在記者采訪當(dāng)天，鄭宏飛接到河北天朗環(huán)保工程有限公司的邀約，公司盛情邀請其前往當(dāng)?shù)乜疾煳鬯幚砉に嚕⒈硎驹概c校方合作，支持鄭宏飛團隊示范工程的建立。
企業(yè)參與、政府支持才能達到產(chǎn)業(yè)規(guī)模化，示范工程的建設(shè)將使新技術(shù)更有展示性，吸引更多的資金進入這個領(lǐng)域。
“將太陽能利用技術(shù)與海水淡化技術(shù)有機結(jié)合將是今后海水淡化發(fā)展的一個熱點。”郭亞麗強調(diào)，需要注意的是，在發(fā)展中應(yīng)避免形成以能源換水源，從而加重能源緊缺和環(huán)境污染，進一步使水源更加緊缺的惡性循環(huán)。將太陽能海水淡化系統(tǒng)運行過程真正優(yōu)化為大自然水循環(huán)過程，成為最經(jīng)濟環(huán)保的生態(tài)新技術(shù)才是太陽能海水淡化技術(shù)的永恒追求。
太陽能海水淡化“有價無市”
因水污染越來越嚴重，缺水現(xiàn)象也日趨明顯，海水轉(zhuǎn)化等技術(shù)漸漸進入人們的視線。那么，關(guān)于海水轉(zhuǎn)化具體有哪些技術(shù)？水行業(yè)中所說的海水淡化、海水軟化、脫鹽三者之間又有什么區(qū)別？
因人們飲用的水鹽度遠遠低于海水，海水鹽度過高，所以無法直接飲用。那么，什么是海水鹽度？海水鹽度是指海水中全部溶解固體與海水重量之比，通常以每千克海水中所含的克數(shù)表示。人們用鹽度來表示海水中鹽類物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)。世界大洋的平均鹽度為35‰，而人們飲用水或工業(yè)生活用水的鹽度要遠遠低于海水的鹽度。另外，天然海水的碳酸鹽硬度介于70到90dH之間，但我們的用的地表水的硬度則不得超過25dH，所以海水要經(jīng)過軟化和淡化后才可被我們利用。
那么它們之間到底有什么區(qū)別呢？
海水淡化最直觀的表象是降低了水質(zhì)的電導(dǎo)率，針對的是除水以外的說有物質(zhì)，包括陰陽離子和一些非電解質(zhì)的物質(zhì)（海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水，是實現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質(zhì)好、價格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補水等穩(wěn)定供水。主要技術(shù)方法有蒸餾法、電滲析法、反滲透法等。）。
海水軟化跟電導(dǎo)率沒有直接的關(guān)系，主要是為了降低水的硬度，如鈣鎂離子，可以直接用離子交換，如鈉離子，氫離子將其值換掉，所以對電導(dǎo)的影響不明顯。
下面是有關(guān)于海水淡化、海水軟化、脫鹽三者間區(qū)別的進一步分析：
海水淡化
海水淡化簡單來說即咸水淡化，最直觀的表象是降低了水質(zhì)的電導(dǎo)率，主要是為了降低水的鹽度。
海水淡化即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水。是實現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補水等穩(wěn)定供水。從海水中取得淡水的過程謂海水淡化。現(xiàn)在所用的海水淡化方法有海水凍結(jié)法、電滲析法、蒸餾法、反滲透法，目前應(yīng)用反滲透膜的反滲透法以其設(shè)備簡單、易于維護和設(shè)備模塊化的優(yōu)點迅速占領(lǐng)市場，逐步取代蒸餾法成為應(yīng)用最廣泛的方法。
全球海水淡化技術(shù)超過20余種，包括反滲透法、低多效、多級閃蒸、電滲析法、壓汽蒸餾、露點蒸發(fā)法、水電聯(lián)產(chǎn)、熱膜聯(lián)產(chǎn)以及利用核能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能海水淡化技術(shù)等等，以及微濾、超濾、納濾等多項預(yù)處理和后處理工藝。
從大的分類來看，主要分為蒸餾法（熱法）和膜法兩大類，其中低多效蒸餾法、多級閃蒸法和反滲透膜法是全球主流技術(shù)。一般而言，低多效具有節(jié)能、海水預(yù)處理要求低、淡化水品質(zhì)高等優(yōu)點；反滲透膜法具有投資低、能耗低等優(yōu)點，但海水預(yù)處理要求高；多級閃蒸法具有技術(shù)成熟、運行可靠、裝置產(chǎn)量大等優(yōu)點，但能耗偏高。一般認為，低多效蒸餾法和反滲透膜法是未來方向。
海水軟化
海水軟化顧名思義即硬水軟化，跟電導(dǎo)率沒有直接的關(guān)系，主要是為了降低水的硬度。
海水中含有大量的鈣、鎂、碳酸氫根和硫酸根離子，這使得海水淡化過程中在淡化裝置的換熱管壁或膜表面會有硬垢CaSO4和軟垢（CaCO3及Mg（OH2）形成，造成傳熱效率或膜通量降低，影響設(shè)備的正常操作。因此在海水預(yù)處理階段對海水進行軟化，除去其中的鈣鎂離子，這對于設(shè)備長期穩(wěn)定操作，節(jié)省能量和降低經(jīng)濟成本都有重要意義。
脫鹽
脫鹽就是將“化學(xué)鹽”脫除的方法或過程。脫鹽粗范地說就是將“鹽”脫除的方法或過程，這個“鹽”是更寬泛的“化學(xué)鹽”不止常用的食用“鹽”，簡單地說就是去除水中的陰陽離子。海水脫鹽產(chǎn)生淡水，實際上指的就是海水淡化
來源：慧聰水工業(yè)網(wǎng) 中國水業(yè)網(wǎng)
| 永純潔海水淡化技術(shù)打破國際技術(shù)壟斷 | |
| 新華網(wǎng)河北頻道 ( 2015-09-09 ) 稿件來源： 新華網(wǎng)河北頻道綜合 | |
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秦皇島永純潔海水淡化技術(shù)工程有限公司目前正在積極籌建位于漁島的海水淡化試驗基地，項目將采用公司最新技術(shù)，計劃日產(chǎn)500噸淡水，水質(zhì)可以達到直飲標(biāo)準(zhǔn)。 據(jù)了解，海水淡化領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成熟，業(yè)內(nèi)普遍采用的膜法淡化裝置，除去膜組之外，主要由高壓海水泵、增壓泵、能量回收裝置3部分組成，設(shè)備需要進口，一次性投入高，推廣受到限制。秦皇島永純潔海水淡化技術(shù)工程有限公司研發(fā)的加壓與能量回收一體化裝置打破國外技術(shù)壟斷，大大減低生產(chǎn)成本。公司技術(shù)經(jīng)理王國剛介紹，這套裝置的關(guān)鍵在于集高壓海水泵、增壓泵與能量回收裝置于一體，液壓加壓技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離心加壓技術(shù)，雙缸加壓與壓力跟隨補償技術(shù)，這些使得裝置能耗低，供水平穩(wěn)不易損壞設(shè)備。“咱們的這項技術(shù)即使在國際市場也是遙遙領(lǐng)先。”與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該項技術(shù)機械成本投入降低20%，系統(tǒng)能耗降低10%，而且噸水能耗由2.3度降低到1.8度，這意味著，對于一個日產(chǎn)10萬噸淡水的海水淡化工廠，每年可以節(jié)省費用1200萬元。 秦皇島永純潔海水淡化技術(shù)工程有限公司注冊于2015年2月，是一家綜合性水處理技術(shù)工程公司，主要從事海水淡化、中水回用和污水處理等項目，水處理能力可以根據(jù)項目需要進行機組設(shè)備并聯(lián)，滿足不同數(shù)量的用水需求。公司與燕山大學(xué)、國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所等高校和科研院所合作，目前公司4項國內(nèi)專利正在申報中，1項技術(shù)準(zhǔn)備申請國際專利。未來，公司計劃研究應(yīng)用風(fēng)能、太陽能等清潔能源取電，進行海水淡化聯(lián)產(chǎn)，對淡化所剩的海水開展?jié)恹}水利用，形成立體、環(huán)保、高效的綜合體系。（秦皇島開發(fā)區(qū)供稿） |
