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水處理技術(shù)簡史 | 海水淡化

人類關(guān)于海水淡化的夢想持續(xù)了數(shù)千年之久。正是在這個夢想的驅(qū)動下,海水淡化技術(shù)得以持續(xù)發(fā)展。過去七十年間,海水淡化技術(shù)更是不斷取得突破,大規(guī)模海水淡化也從夢想變成了現(xiàn)實。

第一部分 海水淡化的夢想起源

海水含鹽量約為3.5%,大約是生理鹽水含鹽量的4倍,進入人體會引起細胞嚴重脫水,所以不適合飲用。相信那些生活在海邊的古人很早就認識到海水不能喝的事實,盡管他們未必能理解其中的原因,但卻自然而然地催生了海水淡水的夢想。

有學者認為,有關(guān)海水淡化最早的文字描述來自西方的《圣經(jīng)》。相傳公元前1512年,摩西執(zhí)筆寫出了《出埃及記》。其中第15章記載,摩西帶領(lǐng)以色列人從紅海前行,走了三天找不著水,來到一個叫瑪拉的地方,那里的水因為苦不能喝(想必是含鹽量很高的海水或苦咸水),摩西就按照耶和華的指示,把一棵樹丟進水里,水就變甜了。

這個有點魔幻的圣經(jīng)故事揭示了人類淡化海水的最初夢想。類似的夢想在此后三千多年的時間里,不斷出現(xiàn)在西方和中國的各種文字記錄中,其中不乏科學和智慧之光。

公元前340年左右,亞里斯多德在其所著的《氣象通典》(meteorologica)一書中,描述了鹽水的蒸發(fā)冷凝過程。他認為,鹽水變成蒸汽后就變甜了,蒸汽冷凝后不會再變成鹽水。這是對蒸發(fā)冷凝海水淡化原理的最早描述。

天才的亞里斯多德在同一本書中,還設(shè)想了一種被無數(shù)后人引用和傳誦的海水淡化神器——“蠟罐”(jar of wax)。他說,用蠟(有學者認為他的本意是指泥土)制作一個罐子,蓋好蓋子扔進海里,就會發(fā)現(xiàn)透過罐壁滲進罐子的水變淡了。

即使以今天的技術(shù)水平來看,制造和使用這么一個“蠟罐”也并不容易。不僅罐子本身要能承受高壓,罐壁也得是半透性陶瓷材料,使用的時候還得送到五百米以下的海水中。

公元77年,古羅馬重要的博物學家普林尼(Pliny)以大量古代著作為基礎(chǔ),編寫了《自然志》(natural history)一書。除了復述“蠟罐”的設(shè)想,他還為船員提供了一個解決海上缺水問題的具體方法,即將羊毛沿著船分散放置,羊毛就會吸收蒸發(fā)的海水而變得濕潤,擠出羊毛中的水份就會得到淡水。

此后1000多年,類似的淡化海水方法,包括采用砂子或粘土過濾等方法,反復出現(xiàn)在一些西方文獻中。而在中國古代典籍中,也不乏關(guān)于海水淡化的類似記載和傳說。

公元前140年左右,我國西漢時期淮南王劉安編撰了《淮南萬畢術(shù)》一書,記錄各種人為和自然變化。其中就有“敝箕止咸”的記載:“取箕以內(nèi)醬中,咸著箕矣”。大意是說,將竹器放進鹵水中,可以除去其中的咸味。

公元200年前后,那個四歲就給哥哥讓梨的孔融寫了篇《同歲論》的論文。其中沿用了“敝箕止咸”的描述:“敝箄徑尺,不足以救鹽池之咸”,引申為杯水車薪之義。

除此以外,中國古代還有兩件傳說中的海水淡化神器:海井和定水帶。

1265年左右,我國宋代著名詞人周密編寫了《志雅堂雜鈔》一書,其中描述了海井。這個海井很神乎,“如桶而無底,非木非竹,非鐵非石……以大器滿貯海水,置此井於中,汲之皆甘泉也。”

1697年左右,清初進士董含寫成筆記小說集《三岡識略》一書,其中記錄了定水帶。這個定水帶也被描述得很有意思,“古鐵條,垂三尺許,闊二寸有奇,中虛而外銹澀,兩面鼓釘隱起,不甚可辨......每苦水咸,一投水帶,立化甘泉”。

受限于當時的認識水平和技術(shù)條件,古代的這些關(guān)于海水淡化的記載還大多停留在傳說和想象的階段,但它們?yōu)楹K瘡膲粝胱呦颥F(xiàn)實提供了認知上的重要準備。

第二部分 早期海水淡化技術(shù)的出現(xiàn)

現(xiàn)實世界中的海水淡化大約起源于一千八百年前。公元2世紀晚期至3世紀早期,一個被稱為阿佛羅狄尼亞的亞歷山大(Alexander of Aphrodisias)的評論人,在評論《氣象通典》時,第一次描述了有人采用蒸餾海水的方式獲得了淡水。

此后,一些遠航水手開始學會,將海水煮沸并收集其蒸汽冷凝液,就可以獲得救命的淡水。這就是最早的海水淡化應(yīng)用。

接下來的一千三百多年,這種簡單的蒸餾式海水淡化技術(shù)幾乎沒有發(fā)展,其應(yīng)用也局限于零星地出現(xiàn)在遠洋船只上。直到歐洲文藝復興之后,實驗科學得到發(fā)展,才有人開始通過實驗研究并改進海水淡化過程。

1675年,沃爾科特(William Walcot)在英國獲得了第一件關(guān)于海水淡化的專利。海水淡化逐步獲得更多關(guān)注。

1682年,著名的德國哲學家和數(shù)學家萊布尼茨(Wilhelm Leibnitz)專門寫了一篇關(guān)于海水淡化的文章,論述其重要性,特別是對于海員來說。

1683年,菲茨杰拉德(Robert Fitzgerald)也獲得了一件與沃爾科特類似的海水淡化專利,并設(shè)計和生產(chǎn)出直徑約84厘米、每天可產(chǎn)淡水240升的海水淡化蒸餾器。

據(jù)說這個菲茨杰拉德的蒸餾器生意做得很不錯,甚至還引發(fā)了跟沃爾科特的專利糾紛。這應(yīng)該是水處理歷史上最早的專利糾紛了。

與此同時,英國著名化學家波義耳(Robert Boyle)等人注意到海水結(jié)冰后能被淡化的現(xiàn)象,一些人還對天然海冰融化水的鹽度進行了實驗考察。

到了18世紀,隨著世界海軍的發(fā)展,艦船用海水淡化技術(shù)受到極大關(guān)注。1717年,法國醫(yī)生戈蒂埃(Jean Gautier)發(fā)明了一種船用旋轉(zhuǎn)式海水蒸發(fā)器,引起軍方的巨大興趣。

1786年至1790年間,威尼斯一所軍校的教授羅戈納(Anton Maria Lorgna)開展了冰凍法海水淡化的實驗研究。

在其中一次實驗中,羅戈納通過三次冷凍操作,將含鹽量為36,200ppm的海水分別淡化至15,000ppm、3,250ppm和800ppm。他還親自品嘗了淡化水,并認為味道很好。

1874年,智利北部的拉斯薩利納斯(Las Salinas)地區(qū)建造了世界上第一個大型太陽能海水淡化裝置。在晴天條件下,這個裝置每天生產(chǎn)23噸淡水,以供當?shù)氐南跏V和銀礦的工人使用。它運行了近40年。

19世紀以來,歐洲制糖工業(yè)迅速發(fā)展,促進了多效蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。1898年,俄國投產(chǎn)了第一家基于多效蒸發(fā)原理的陸基海水淡化廠,日產(chǎn)淡水達到1230噸。1912年,埃及建成一個六效海水淡化蒸發(fā)裝置,淡水產(chǎn)量為75噸/天。

1929-1937年,隨著油氣行業(yè)的崛起,海水淡化的需求不斷增加。1935-1960年,盡管總量還處在較低水平,以高溫多效蒸發(fā)為主的海水淡化產(chǎn)能的年復合增長率達到了17%。

第三部分 主流海水淡化技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)在我們知道,獲得大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的主流海水淡化技術(shù)有三種,即多級閃蒸(MSF)技術(shù)、反滲透(RO)技術(shù)和低溫多效蒸餾(LT-MED)技術(shù)。

2020年,全球海水淡化累計裝機容量中的95%以上都是采用這三種技術(shù),而它們的發(fā)展演變也主要發(fā)生在過去七十年間。

第二次世界大戰(zhàn)后,國際資本大舉進入中東地區(qū)開發(fā)石油資源,當?shù)亟?jīng)濟和人口迅速增長。由于該地區(qū)嚴重缺乏淡水資源,但瀕臨海岸且能源價格低廉,海水淡化迅速成為現(xiàn)實選擇。

與此同時,美國的一些干旱地區(qū)也面臨較為嚴重的水資源短缺問題,而且出現(xiàn)了全國性過度使用地下水的問題,肯尼迪政府也開始寄希望于海水淡化。

1952年,美國國會通過鹽水轉(zhuǎn)化法案(Saline Water Conversion Act),并于次年開始資助脫鹽技術(shù)研究。

1955年,美國內(nèi)務(wù)部專門設(shè)立鹽水辦公室(Office of Saline Water,OSW),以統(tǒng)籌國內(nèi)研究機構(gòu)對海水淡化技術(shù)的研究。

第一個突破的是多級閃蒸技術(shù)。

將加熱至一定溫度和壓力的液體突然減壓,部分液體會瞬間蒸發(fā)變?yōu)檎羝?,剩余液體的溫度隨之降低并與新的壓力達到平衡,這就是閃蒸。

閃蒸也是蒸餾技術(shù)的一種,相較于沸騰蒸發(fā)而言,閃蒸過程由于蒸發(fā)面與加熱面分離,蒸發(fā)過程引起的局部過飽和遠離傳熱表面,結(jié)垢風險得到極大緩解。

1957年,美國西屋(Westing House)公司在科威特建造了一個四級閃蒸海水淡化工廠,日產(chǎn)淡水2,273噸。該系統(tǒng)仍然沿用了傳統(tǒng)高溫多效蒸發(fā)工藝大溫差傳熱等設(shè)計思想,造水比較低。

同年,英國偉爾(Weir)公司的機械工程師希爾弗(Robert Silver)發(fā)明了現(xiàn)代意義上的MSF工藝。希爾弗采用小溫差、大級數(shù)、整體式的系統(tǒng)設(shè)計思想,大幅增加了造水比,有效降低了系統(tǒng)投資。

希爾弗發(fā)明MSF工藝是蒸餾法海水淡化歷史上的一個重要里程碑。它為海水淡化的大規(guī)模應(yīng)用提供了最早的技術(shù)準備。希爾弗后來去英國格拉斯哥(Glasgow)大學做了教授。

1960年,偉爾公司分別為科威特和英屬根西島(Guernsey)建設(shè)了世界上最早的兩個現(xiàn)代意義上的MSF海水淡化工廠。

位于科威特舒瓦克(Shuwaikh)港的MSF工廠日產(chǎn)淡水4,546噸,采用19級設(shè)計,造水比達到5.7。位于根西島的MSF工廠日產(chǎn)淡水2,773噸,采用40級設(shè)計,造水比達到10.5。

現(xiàn)代海水淡化技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的序幕由此正式拉開??仆匾渤蔀槭澜缟系谝粋€采用海水淡化水作為大規(guī)模市政供水的國家。

MSF應(yīng)用之初,采用聚磷酸鹽作為阻垢劑,頂溫被限制在90度左右。后來逐漸嘗試采用硫酸和聚電解質(zhì)作為阻垢劑,頂溫被提高至110-120度。

1962年,美國海軍在OSW的統(tǒng)籌下,也在加州洛瑪角(Point Loma)建造了一個產(chǎn)量為3,785噸/天的MSF海水淡化裝置。

1964年,洛瑪角MSF裝置被送往美國在古巴關(guān)塔那摩(Guantanamo)的海軍基地。因為1962年古巴導彈危機之后,古巴決定停止向這個基地供應(yīng)淡水。據(jù)說這個MSF裝置在關(guān)塔那摩基地運行了近20年。

MSF技術(shù)的不斷應(yīng)用也促進了其大型化。1969年,荷蘭泰爾訥曾(Terneuzen)港建成的MSF裝置規(guī)模達到14,500噸/天。1973年,意大利托雷斯港(Porto Torres)建成的MSF裝置規(guī)模已經(jīng)達到36,000噸/天。

1980年,全球MSF的總裝機容量已經(jīng)達到500萬噸/天。作為全球海水淡化裝機的絕對主力,MSF技術(shù)進入大規(guī)模應(yīng)用的鼎盛時期。

1987年,全球MSF裝機容量約增長至750萬噸/天。此后,隨著反滲透技術(shù)的不斷成熟,MSF增長速度整體上有所放緩。

但沙特等中東產(chǎn)油大國,對MSF技術(shù)的可靠性十分認同,在建設(shè)超大規(guī)模海水淡化廠時,仍然對MSF情有獨鐘。

2014年,沙特在哈伊爾角(Ras Al Khair)工業(yè)區(qū)建造了一個1,025,000噸/天的現(xiàn)代化海水淡化工廠,其中MSF裝置規(guī)模高達770,000噸/天。這個工廠也是世界上最大的海水淡化廠。

2016年,沙特在延布(Yanbu)3期海水淡化廠還建造了一個550,000噸/天的MSF裝置。這些項目表明,MSF依然在特定項目中保持著很好的競爭力。

2020年初,全球MSF海水淡化裝置的總規(guī)模約為1,500萬噸/天,在全球海水淡化總裝機容量中的比重已經(jīng)降至30%以下。

第二個突破的是反滲透技術(shù)。

1949年,美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)的哈斯勒(Gerald Hassler)等人最早啟動了膜脫鹽研究。

1956年,哈斯勒創(chuàng)造了反滲透(Reverse Osmosis)一詞。同年,UCLA的尤斯特(Samuel Yuster)教授課題組也在OSW的資助下開展膜脫鹽研究。

1959年,尤斯特教授課題組的洛布(Sidney Loeb)和索里拉金(Srinivasa Sourirajan)首次制備出具有不對稱結(jié)構(gòu)的合成反滲透膜。這一成果為反滲透海水淡化技術(shù)最終走向大規(guī)模應(yīng)用提供了最重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

1965年,在洛布參與指導下,世界上第一臺商業(yè)反滲透裝置在加利福尼亞州科林加(Coalinga)小鎮(zhèn)建成,產(chǎn)水量為18.9噸/天。該裝置采用的是管式反滲透膜。

同年,通用原子(General Atomics)公司的二戰(zhàn)退伍老兵布雷(Donald T. Bray)申請了世界上第一個多膜片卷式反滲透膜組件專利(US3,417,870)。這一發(fā)明奠定了現(xiàn)代反滲透膜元件的基本結(jié)構(gòu)。

還是在1965年,Chen-Yen Cheng等人申請了第一個反滲透能量回收相關(guān)的專利(US3,489,159)。1975年,能量回收裝置第一次在百慕大群島一個50噸/天的反滲透海水淡化裝置上試用。

1979年,F(xiàn)ilmTec公司的卡多特(John E. Cadotte)申請了世界上第一個界面聚合法制備反滲透膜的專利(US4,277,344)。薄層復合膜(TFC)由此誕生,進一步提升了反滲透膜片的性能。

反滲透膜元件卷式結(jié)構(gòu)和界面聚合制膜工藝的發(fā)明,大大促進了反滲透海水淡化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

由于此時的中東地區(qū)對多級閃蒸情有獨鐘,反滲透海水淡化最先在歐洲得到應(yīng)用,隨后才進入中東地區(qū)。

1982年,馬爾他建造了一個20,000噸/天反滲透海水淡化工廠,成為當時世界上最大的反滲透海水淡化廠之一。

與此同時,反滲透海水淡化膜元件、預(yù)處理、能量回收、系統(tǒng)集成等技術(shù)也在不斷成熟。它們推動著反滲透海水淡化技術(shù)不斷走向大型化。

2000年,世界上最大規(guī)模的反滲透海水淡化工廠的規(guī)模已經(jīng)突破100,000噸/天,2003年突破200,000噸/天,2009年突破500,000噸/天。

2013年,以色列在特拉維夫以南的索里克(Sorek)建造了一個624,000噸/天的反滲透海水淡化廠。這也是世界上已投運的最大的反滲透海水淡化工廠。

2019年,阿聯(lián)酋塔維拉(Taweelah)反滲透海水淡化項目簽署合同,規(guī)模達到 909,200噸/天,預(yù)計2022年建成投產(chǎn),并將成為新的世界上最大的反滲透海水淡化工廠。

據(jù)最新報道,沙特正在計劃建設(shè)一個1,000,000噸/天的反滲透海水淡化廠,以取代逐漸老化的朱拜勒(Jubail)熱法淡化廠。建成后反滲透海水淡化廠規(guī)模的世界紀錄將再一次被改寫。

2020年初,全球RO海水淡化的累計規(guī)模約為30,600,000噸/天,占全球海水淡化總裝機容量的近60%。

第三個突破的是低溫多效蒸餾技術(shù)。

1970年代末,低溫多效蒸餾技術(shù)起源于以色列。它從傳統(tǒng)多效蒸發(fā)發(fā)展而來,最重要的特點是將操作溫度控制在70攝氏度以下,且采用水平管降膜蒸發(fā)模式。

LT-MED的低溫操作模式大大減輕了腐蝕問題和結(jié)垢風險,水平管換熱模式則獲得了更高的傳熱系數(shù),降低了空間高度,增加了有效傳熱溫差,并且可以更方便地使用低品位熱源。

1980年代,日產(chǎn)數(shù)千噸的LT-MED淡化裝置逐漸在中東地區(qū)應(yīng)用。到了1990年代,LT-MED裝置不斷地被大型化。

1995年,意大利特拉帕尼(Trapani)建成淡水產(chǎn)量為18,000噸/天的LT-MED裝置,單機容量達到9,000噸/天。

2008年,巴林建成淡水產(chǎn)量為272,760噸/天的LT-MED裝置,單機容量為27,000噸/天。

2009年,沙特在朱拜勒工業(yè)城建成了世界上最大的LT-MED淡化廠,淡水產(chǎn)量達到驚人的800,000噸/天。該工廠包含二十七個單機容量為30,000噸/天的LT-MED單元,每個單元由八效構(gòu)成,采用蒸汽熱壓縮(TVC)后造水比達到9.8。

2012年,單機規(guī)模為68,000噸/天的LT-MED淡化裝置在沙特建成。

盡管如此,LT-MED的應(yīng)用還是明顯受到了反滲透技術(shù)快速發(fā)展的限制。2020年初,全球LT-MED海水淡化的總規(guī)模約為3,300,000噸/天,只占全球海水淡化總裝機容量的6.4%,約為MSF的1/5、RO的1/10。

第四部分 海水淡化技術(shù)在中國

我國現(xiàn)代海水淡化技術(shù)研究從電滲析起步,進而發(fā)展到反滲透、多級閃蒸、多效蒸發(fā)等主流海水淡化技術(shù)。

1958年,中科院化學所朱秀昌先生在《高分子通訊》雜志上,發(fā)表題為《離子交換膜的制造及電滲析法溶液脫鹽與濃縮》的第一篇論文。此時離美國科學家首次制備出離子交換膜僅過去九年。

1965年,我國科學家以尼龍網(wǎng)聚氯乙烯隔板和聚乙烯醇異相離子交換膜為主要部件,研制成第一代電滲析海水淡化器,并投入現(xiàn)場試驗。

1966年,山東海洋學院化學系、國家海洋局一所、中科院青島海洋所、中科院化學所等單位開始研究反滲透技術(shù),開發(fā)非對稱醋酸纖維素膜。此時離美國科學家首次制備出非對稱醋酸纖維素膜僅過去七年。

1967年,國家科委和國家海洋局組織了全國性的海水淡化會戰(zhàn)。上海主要負責電滲析技術(shù)研發(fā),青島和北京主要開展反滲透技術(shù)研究。同年,國產(chǎn)異相離子交換膜在上海化工廠正式投產(chǎn)。

1970年,參加海水淡化會戰(zhàn)的一部分人匯集到海洋局二所,并成立了海水淡化研究室。

1974年,為了解決天津等地的嚴重缺水問題,國家科學技術(shù)領(lǐng)導小組在北京組織召開了全國海水淡化科技工作會議,并制訂了《1975-1985年全國海水淡化科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》,第一次全面布局反滲透、電滲析和熱法海水淡化技術(shù)的研究工作。

1975年,《海水淡化》期刊在杭州創(chuàng)刊,后改名為《水處理技術(shù)》。同年,海洋局二所等單位研制了日產(chǎn)淡水1.7噸的圓盤板式醋酸纖維素反滲透裝置,并于隨后進行了中空纖維和卷式反滲透元件的研究。

與此同時,天津、大連等地開始了蒸餾法海水淡化技術(shù)的研究。1980年前后,天津大學等單位研制成功我國第一臺日產(chǎn)百噸級多級閃蒸海水淡化中試裝置,主要技術(shù)指標與當時的國際水平相當。

1981年,海洋局二所設(shè)計建造的200噸/天電滲析海水淡化裝置正式落戶西沙永興島,成為世界上最大的電滲析海水淡化站。

1987年,天津大港發(fā)電廠引進美國2x3000噸/天多級閃蒸海水淡化裝置。該裝置設(shè)計頂溫110度,包括36個熱回收段閃蒸級和3個熱放出段閃蒸級。

此時國內(nèi)反滲透技術(shù)的研發(fā)進入到了復合膜開發(fā)階段,經(jīng)七五、八五攻關(guān)后中試放大成功。我國反滲透膜技術(shù)開始從實驗室研究走向工業(yè)規(guī)模應(yīng)用。

1990年,大亞灣核電站建設(shè)了國內(nèi)第一套反滲透海水淡化裝置,規(guī)模為200噸/天。

1992年,“國產(chǎn)反滲透裝置及工程技術(shù)開發(fā)”獲國家科技進步一等獎。

1997年,我國第一套500噸/天反滲透海水淡化裝置在浙江舟山投產(chǎn)建成。

1999年,大連市建成第一套1000噸/天的反滲透海水淡化裝置。

2000年,天津大學率先在國內(nèi)開展閥控正位移式能量回收技術(shù)和裝置的研究和開發(fā)。

2003年,山東榮成建成萬噸級反滲透海水淡化裝置,河北黃驊電廠引進20,000噸/天多效蒸發(fā)裝置。

2004年,我國首套自主知識產(chǎn)權(quán)的3,000噸/天低溫多效蒸餾海水淡化裝置在山東黃島建成。

2009年,天津大港建成國內(nèi)第一套100,000噸/天的反滲透海水淡化裝置。次年,天津北疆電廠又建成國內(nèi)首套100,000噸/天的低溫多效海水淡化裝置。

2010年底,我國累計建成海水淡化裝置70多套,設(shè)計產(chǎn)能達到600,000噸/天。其中反滲透約占66%,低溫多效蒸餾約占33%。

2011年,國家海洋局發(fā)布《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展十二五規(guī)劃》,提出到2015年全國海水淡化工程規(guī)模計劃達到220萬噸/天。但十二五期間,國內(nèi)海水淡化建設(shè)規(guī)模并未達到預(yù)期,截至2015年底,全國實際海水淡化建成產(chǎn)能約為100萬噸/天。

2016年,國家海洋局發(fā)布《海水利用十三五規(guī)劃》,再次將2020年全國海水淡化工程的規(guī)模目標設(shè)定為220萬噸/天。

據(jù)2020年9月發(fā)布《國家海水利用報告》顯示,截至2019年底我國現(xiàn)有海水淡化工程115個,工程規(guī)模達到157萬噸/天。其中63.6%的規(guī)模為反滲透法,35.9%為低溫多效技術(shù)。

第五部分 小結(jié)與展望

海水淡化作為一種開源手段,是解決大規(guī)模水資源短缺問題最有效的方式之一。過去六十年間,海水淡化已經(jīng)在以中東為典型的全世界許多缺水地區(qū)得到廣泛應(yīng)用,滿足了當?shù)厝嗣竦纳钚枰?,支撐了當?shù)亟?jīng)濟的快速發(fā)展。

海水淡化技術(shù)是人類“向大海要水”的千年夢想驅(qū)動下的產(chǎn)物。過去七十年間,海水淡化技術(shù)經(jīng)歷了無數(shù)探索,得到了飛速發(fā)展,最終形成了多級閃蒸、低溫多效和反滲透這三大現(xiàn)代主流技術(shù)。

從技術(shù)本質(zhì)上看,多級閃蒸和低溫多效的發(fā)明體現(xiàn)了對古代智慧的傳承。它們都是熱法淡化技術(shù),其蒸發(fā)冷凝的基本原理早在兩千三百多年前即已被古代先哲所闡明。

希爾弗等人運用巧妙的工程設(shè)計,極大地提升了蒸發(fā)冷凝過程的能量回用效率和運行可靠性,加上現(xiàn)代金屬材料和加工技術(shù)的進步,熱法淡化技術(shù)在中東地區(qū)急迫需求的牽引下,快速實現(xiàn)了大型化,造就了自己的輝煌。

反滲透技術(shù)的發(fā)明更多地基于近現(xiàn)代以來人類對自然科學認識的深化,是更高層次的進步。它不依賴相變,在本質(zhì)上更加高效,市場應(yīng)用也后來居上,代表了海水淡化技術(shù)發(fā)展的最高成就。

展望未來,反滲透技術(shù)仍將繼續(xù)鞏固它在海水淡化市場份額上的優(yōu)勢,其自身效率也將隨著材料等技術(shù)的進步而繼續(xù)提升。

熱法淡化技術(shù),特別是低溫多效,仍將在較長時期內(nèi)與反滲透技術(shù)并存,并通過與反滲透技術(shù)的耦合,繼續(xù)發(fā)揮有效利用低品位熱能的優(yōu)勢。

而隨著氣候變化在全球范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注,碳中和呼聲與日俱增,能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型勢在必行。在這一背景下,海水淡化與可再生能源的結(jié)合初現(xiàn)端倪,也必將是大勢所趨。

就我國而言,現(xiàn)有的海水淡化產(chǎn)能不到全球總裝機容量的4%,還有巨大的發(fā)展空間。海水淡化有潛力成為徹底解決我國北方沿海地區(qū)缺水問題的主要途徑。

我國在發(fā)展海水淡化技術(shù)方面也大有可為。一是可以適時謀劃大型可再生能源發(fā)電與海水淡化聯(lián)產(chǎn)示范項目;二是可以進一步提升國產(chǎn)反滲透膜等海水淡化關(guān)鍵產(chǎn)品的技術(shù)水平,積累應(yīng)用經(jīng)驗,早日進入國際大型海水淡化市場;三是可以加強前瞻性技術(shù)研究,力爭在未來引領(lǐng)海水淡化技術(shù)的發(fā)展方向。

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