虽然目前世界经济增长受到金融危机的影响，但是海水淡化以其节约资源和水资源可持续管理的特性呈现出不断发展的趋势。本文内容针对海水淡化的发展以及目前全球范围内海水淡化技术的项目而展开，为读者展示前沿的技术思路和应用案例。

干旱以及不断飙升的能源价格所导致的能源开发变化的不可预测性，加剧了对海水淡化的需求。在中东地区，反渗透（RO）技术已经变得越来越普及了，阿特金斯集团（Atkins Group）海水淡化专家Ian Stout称，“从历史角度来看，热蒸馏虽然技术含量较低，但该技术确实非常环保，也切实可行。在中东地区这些技术以可持续的能源为基础（蒸馏过程利用相关发电站产生的废热对水进行加热），从而进行海水淡化。”

“然而对于中东地区的新开发区而言，已经没有大型发电站可以协助其发展了，所以人们关注的焦点也就转向了反渗透技术，这就需要做大量的研发工作，以降低能耗需求以及实现对CO2排放量限制。在此之前，这些系统的运转都需要大量的能源，运行成本非常高，随着诸如阿布扎比的马斯达‘绿色’城市的开发，人们关注的焦点成了‘挑战常规’，这是一个令人振奋的挑战，”他又补充道，“尤其是在面临全球能源危机和人口危机的同时，我们更需要寻求新的技术来制造淡水。”

图1 T-Rack参考图，有64个dizzer模块

可持续发展

可持续能源技术包括反电渗析（RED）和聚光太阳能。在阿特金斯中东办公室里，公司向顾客宣扬如何维护有利于环保且可持续的能源，并与从事电力生产的专家建立了一个知识网络。Stout先生表示，“解决问题的最好方法不是一个简单的工艺设备，还需要考虑在获得电力的同时，如何为客户降低碳的排放量。”

正如“海水温室”这项技术将低端技术解决方案和高科技解决方案结合起来，使用海水冷却技术来给空气加湿，这样，这些海水在蒸汽中就能凝结成淡水。早期应用该项技术的案例是撒哈拉森林项目，它将“海水温室”原理通聚光太阳能（CSP）结合起来，这种可再生能源的形式被认为是非常成功的。在澳大利亚的一个项目中，采用了大型的太阳能电池板为反渗透系统提供能量，这个过程生产出的盐可用以销售。阿特斯金还参与了英国的贝克顿项目，这是泰晤士水务的第一个颇有挑战性的海水淡化工厂。

水资源储备压力

CDM公司副总裁Ken Klinko说，“地球变得越来越拥挤，海水淡化市场也会因此而不断发展，这取决于如何定义海水淡化这一概念，很多人只考虑到海水，其实淡化也包括对苦咸水的淡化。与海水淡化相比，苦咸水淡化在美国更为普及”，Klinko先生解释道，“问题的关键是优先等级，德克萨斯正在经历着干旱时期（很多西方国家都再重新审视雨、雪等自然因素）。水务机构的海水淡化计划则取决于内华达山脉的积雪厚度、其他一些需求以及优先等级。很多水务机构一直在试着平衡预算，以寻求获得信任。然而，海水淡化所要解决的管道问题是一项艰巨的挑战”。

最近CDM还参与了一个项目，就是在加利福尼亚蒙特雷湾地区的一个小镇上建立一个示范发电站，该地区敏感的生态系统对发电站提出了极高的要求。“沙城就是淡化咸水和海水的工厂之一。”Klinko先生解释说，“按重量计算，海水中约有3.5%的盐，沙城海水的盐分百分比则在1.7%~2.8%之间。他们处理的水是从接近海水的蓄水层中抽取来的。蒙特雷湾对沙城有一些影响，因为没有很多雨水补给而导致原水的盐度增加，一年中这样的情况总会出现几次。所以工厂必须要能对多种含有盐分不同的海水进行淡化（从17~28 000mg不等）。”

为了获得许可，必须使高浓度的海水残流释放时的浓度跟海湾盐度相一致。然后，残留的水会排放到海湾下面，并通过沙子向上渗透，以便进一步减轻其带来的影响。CDM还设计了楼房和处理设施，并提供满足常规排放要求和源水盐度变化的解决方案。

为了达到这个目的，工厂采用了低水位回收，他解释说，“这样做首先在经济上会有所受益，较低的回收也就意味着较低的运行压力以及更低的能源成本；回收水位越低，工厂能接受到的来水范围就会越广；产生的剩余海水就能够满足许可要求，而不需要再对其进行稀释，这对环境和蓄水层都是有利的；渗透工厂也需要有能量回收涡轮，这可以回收更多的能量。”

图2 海水淡化膜组件

在海湾周围有很多海水淡化项目正在被考虑之中，美国加利福尼亚州正在考虑其中一个，圣克鲁斯水区和Sotel溪水区也参与其中，CDM正在美国加利福尼亚州的圣克鲁斯大学为这些机构进行一项实验。这个实验研究多种不同类型的预处理和海水淡化的选择方案，以确定最佳配置。

CDM还参与了众多蓄水层补给和存储（ASR）项目，如加利福尼亚州的橘子郡，该郡有一个价值300万美元以上的系统，可提供75MGD的充足电量。公司还参加了一个类似的项目，在佛罗里达州的迈阿密—戴德郡设计和构建一个充电系统。

对环境的影响

海水淡化技术存在很多问题，这取决于世界各地甚至是地区的不同状况。Klinko先生说，“如加利福尼亚这样的沿海地区，公众力量使保护沿海环境成为一种必要。我们在海水淡化项目中所做的一切事情，开发商、工程师和其他关系人都需要完全了解，我们要向公众彻底解释清楚对海岸和环境的潜在影响。因为你不能仅仅是建立一个工厂，你还要意识到它所产生的影响。”

在中东引发了太多的环境问题，如对阿拉伯湾珊瑚礁产生的潜在影响。这些区域以及沿海的各个水生态区域都需要得到保护。Klinko先生说，“我觉得不会产生很大的冲击问题，在这些项目的推广活动中，只需要公众能够了解，并需要对公众做出解释。”

主要问题是如何安全有效第使大型海水淡化工厂与环境相融合，把对环境的影响降到最低程度。

另一个问题是对能源的需求，膜系统需要系统中提供的压力超过渗透压，这样才能保证正常运行。过去10年，膜生产商通过设计出更有效、能源消耗更低的海水膜，已经解决了这一问题。目前的问题是预处理，由于海水淡化膜阻止了来水中的所有东西，而且系统制造商需要提供更稳定有效的预处理，以便把污染成分降到所需要的程度，从而保证膜在最高效率下运行。缺少预处理意味着在制造商提供的说明书中的用盐量通常高于实际所得到的值。“从根本上来讲，这是一个经济问题，工厂必须要在预处理上投入更多的资金，以便在运行成本中获得长远利益”， Klinko先生说，“这是资本支出与运营成本的老问题。多数地方的客户仍然会要求在硬投标建设的基础上建立海水淡化工厂，这就意味着承包商试图通过低成本来建立海水淡化工厂。但有些顾客已经向前迈出了一步，他们以设计建造为基础，来平衡资本支出和长期运行成本之间的关系。这是一种趋势，将来客户和相关利益者将逐渐接受从整体上解决问题的方法。”

经济衰退的影响

“经济危机放慢了项目进度，但并没有把项目取消”，Klinko先生说，“在美国的刺激方案中，针对海水淡化的规定总体来说并不多，但人们对此还是很渴望。经济衰退减少了从密歇根州到迈阿密市的人口迁移的数量，所以佛罗里达州的公共设施或许不必再额外扩建。人们在进行研究和规划，反思在目前的形势下该如何节水。公司的一些客户正在努力向前推动项目进度，为水和废水处理提供设施，在提供设施的同时还要不断改进。”

Malcolm Pirnie公司正参与的最大项目位于美国佛罗里达州，在东北海岸将对一组公共设施进行第一阶段的研究，来检查包括水质标准在内的多方面内容。Coquina海岸工程在初始阶段将涉及大量的研究工作，海水淡化工厂（如果继续的话）将为11方提供服务。该公司正同澳大利亚海水淡化专业公司Sinclair Knight Merz合作，后者正在参与墨尔本海水淡化合同的竞标活动。

Malcolm Pirnie还参与了美国众多较小的项目，特别是在加利福尼亚州。它与Carlsbad工厂开展了水质研究，尤其是管道回路腐蚀控制研究、确定海水淡化水对管道的影响以及制定控制策略以防止腐蚀。“该系统还为多家客户提供服务，这就牵涉到水质这一重要问题了，要确保从海水淡化厂产生的水与将流入网络的水质兼容”，Malcolm Pirnie公司海水淡化技术团队的负责人Brent Alspach先生说，“不可能让所有人都得到想要的结果。你必须调查清楚每一方的需求，这样才能改变水的状况。在网络中每个接收方都将得到不同水质的水，而且由于海水淡化工厂只生产一种类型的水，所以每个客户就需要想办法解决如何将海水淡化工厂产生的水与他们自己的供水相结合的方法。这牵涉到很多问题，比如水质的稳定性和腐蚀性，水资源机构意识到了这些问题，并将努力解决。”

在加利福尼亚州的圣克鲁斯，有另一个200万gal的小型淡化厂计划，两个水区都参加了该项目。一位来自美国加州大学圣克鲁斯分校的专家正在确定共享协议的经济性，Alspach先生说，“Malcolm Pirnie公司会提供技术支持。如果一方需要的水资源比另一方所需的水资源多，那就要看经营成本如何进行运作，”他补充说，“确保费用分担协议的公平性是很有必要的。几个地区共同建造一个淡化厂的趋势是可行的，而且是有意义的。不是每个需要水资源的水务机构都位于沿海，因此，让一个拥有较大处理能力的设施尽可能多的服务于客户是很有必要的。”

小结

海水淡化是一个正在发展的行业，澳大利亚接受的这项技术就是一个很好的证明。10年前，澳大利亚根本没有考虑海水淡化的技术，但现在它有两个拥有特大容量的淡化工厂，其中一个正在筹建，有三家在计划之中。在短时间内，海水淡化技术已经取得了很大的发展。

美国大部分地区的水资源状况并不乐观，所以水务机构正在调查那些从长远角度看人口会超过水资源供应的地区。Alspach先生说，“在全球范围内，我们已经意识到这样的情况会继续发生。电力的成本已经达到运行成本的一半，所以也要考虑到生命周期这个重要的因素。从长远的发展来看，我认为其他饮用水资源的成本将增加，从而使海水淡化变得相对经济”，他补充说，“如果在加利福尼亚这样的地区，有2000万人口，并且没有其他未开发过的水资源，海水淡化的经济问题将会非常重要。人类在环境保护、再利用和减少渗漏方面还有很长的路要走，但最终你必须要使用海水淡化技术。”

预处理的发展

Inge公司的业务发展和行销执行副总裁Bruno Steis先生解释说，“公司提供的产品组件都是以超滤（UF）技术为基础的，这种构造特殊的膜结构将7个毛细管组装在一根纤维上，而不是按照标准做法将一个毛细管安装到纤维上。在此结构的基础上，这种膜具有非常特殊的机械强度，并且因为这种材料的特殊性，它会更具有特殊的化学强度。它的抗磨损性能也很独特。”

一般的水处理会使用超滤技术，该技术越来越多的为一种预处理系统来运行，Steis先生说，“新技术把超滤和反渗透两者结合起来。超滤是一种多孔膜，孔的尺寸决定了什么东西可以穿过。你可以阻挡所有较大的颗粒，以及各种细菌和病毒。反渗透是一种非常敏感的膜，你需要使用预处理技术把所有细菌和病毒清理掉，这样反渗透膜的使用寿命就会延长。采用超滤膜作为预处理系统的过滤膜可以延长反渗透膜的寿命，虽然它是多孔膜，无法去除盐分，但是它对反渗透膜依然起到了很好的保护作用。这是一种明显的技术趋势。”

超滤技术也可以用于废水处理以及工业用水处理。Steis先生说，“我们认为这种技术是将来水处理的关键技术之一。”超滤的一个很大的优势是不管源水的条件如何，它都能永久性地提供质量稳定的水，这使其成为反渗透膜的一个“理想伙伴”。这样结合而成的技术已经应用于北京机场的新候机大楼。

另外，该公司参与了阿布扎比一个大型的海水淡化工程，为一个发电厂提供锅炉用水。现在，该工程已经投入运行（类似的流程还在意大利的另一项工程采用）。

反渗透技术正逐渐在中东扎根，此前那里一直由传统的热能系统占主导地位。他表示，“他们需要使用这种新技术。客户要求提供参考，现在我们就为全球范围的顾客提供这样的参考。”

Steis先生还表示，“经济危机并没有对这种新技术带来严重的打击，虽然有些项目延迟了，但我们还没有见到投标过程中有项目停止的现象发生，如预处理技术在中国的发展就生气勃勃，政府在基础设施建设中投入了大量的资金。”

经济衰退对欧洲的影响更大，有一些项目推迟了，但并没有像其他工业领域那么严重。成立于2000年的Inge公司仍然在大幅度成长，并挡住了这场经济风暴的袭击。“全球的疑问是超滤真能成为将来的关键技术吗？我们相信，的确如此，诸多市场研究也证明了这一点”， Steis先生指出，“据市场研究预测，膜技术每年的增长幅度为15%~20%，这是一个发展非常迅速的市场。基本上，我认为膜技术、反渗透和超滤膜技术会实现这样的增长速度。对我们来说，这是拓展业务的大好时机。”

海水淡化的进展

Royal Haskoning公司的市场和业务发展总监Marc van Eekeren先生以及资深海水淡化专家Aleksandar Vlaski对海水淡化领域技术的迅速发展给出了他们的观点。预处理是一个关键问题，Vlaski先生指出，“有效的海水淡化反渗透技术需要有好的预处理，这对成本高效性和水质来说至关重要。这是最近10年以来一个倍受关注的焦点。超滤是一种重要的新型预处理方法，而且正在逐步取代传统的快速砂滤处理工艺”，他表示,“它正迅速成为全球最先进的预处理工艺，尤其是在海湾地区。”

图3 Aquaflex实验工厂

纳滤技术也正处在开发过程中，尤其是与热能海水淡化技术相结合。纳滤膜用来去除缩放离子，这些离子可能会产生严重的热问题和反渗透膜处理过程问题。据报告称，在海湾地区，现有的用这些膜做预处理的多级闪蒸工厂处理潜力可增加40%。在一些情况下，该技术可以避免或减少安装额外海水淡化工的需要。

在海湾地区，特别是在过去的两年中，出现了严重的蓝藻水化问题。考虑到供水安全仍然是最重要的，因此出现了建造大型蓄水水库的想法。如果发生水化，由于储存有足够多的优质水源，海水淡化工厂就可以最终关闭海水入口。“这意味着水在水库的停留时间更长，微生物污染的风险也就增加了。因此，需要对其进行消毒处理，以防止微生物活动产生任何问题，这可能为设备制造商们提供一个非常重要的机会。”

过去10年来，减少能源消耗已经成为海水淡化的一个主要问题。在过去的一年里，不断飙升的燃料价格促使世界各地的运营者研究其他方法来优化能源。现代涡轮机或压力交换能量回收设备的应用已成为海水淡化实施中的标准设备。这些设备能节省相当大的能源和运营成本。“在海湾地区，没有能量回收的反渗透膜需要的能量可由7.5kWh/m3降至5kWh/m3；在盐分较低的区域，例如地中海和北大西洋，有能量回收的海水淡化厂操作的标准为4kWh/m3以下。”van Eekeren先生补充说，“在以色列的Ashkelon大型海水淡化厂，对海水流产生的大量能量进行回用，这大大节省了运行成本。”

随着能量回收优化，人们关注的焦点正在转向替代和可再生能源问题。Vlaski先生说，“我们最近提出了一个新概念，即把海水淡化设施和聚光太阳能发电厂相结合，这个想法已经开始实施，并在西班牙和美国加利福尼亚展开了大规模的创建。”这里建造的太阳能热收集装置结构很特殊，用装置来生成热能，然后通过汽轮机把热能转换成电能。与热海水淡化技术相结合，工艺整体的热效率能够显著增加。从理论上讲，通过结合使用这些技术，在干旱地区每平方公里可产生250GWh/年电力和6000万m3/a海水淡化水。

核能作为一种能量来源，海湾地区也在考虑要与海水淡化相结合。Royal Haskoning公司正同合作伙伴荷兰KEMA公司合作进行关于能源和海水淡化联动的研究和项目。

同样，面对高昂的燃料价格，膜技术也正用来发电，Vlaski先生指出，“所谓蓝色能源是应用反向电渗析，从不同含盐量的水中产生电能，例如在荷兰莱茵河的入口转弯处可以获得丰富的资源。平均每秒有13000m3莱茵河淡水和北海的海水混合。在这种情况下，原则上会有大量的势能损失。”van Eekeren解释说，“反向电渗析工艺基本上将两个不同含盐量水流的势能转换成电能。电能则是通过应用电渗析薄膜分离的离子产生的。这个概念目前尚处于研究阶段。Eneco是荷兰主要的电力公司之一，已成为蓝色能源集团中领先的合作伙伴，正在与Wetsus技术研究所、参与实验工厂设计的Royal Haskoning公司进行合作，致力于新建工厂的设计。

另一个有竞争性的发电技术是压力减缓反渗透膜，在这种技术中，含盐量不同的两种水流的势能转化成动能，从而驱动涡轮发电机发电。荷兰在这两种膜发电技术的发展和调研工作上颇有研究。

海水淡化的另一个热点是含盐水管理，在这样的环境下，零液体排放的概念越来越吸引人。Vlaski先生解释说，“‘荷兰式’的方法旨在通过软化（除去钙）和减少超滤膜的污染（通过壁面天然有机物和钙污染相互作用），以及降低反渗透膜的缩放和增加超滤/反渗透厂的总产量，来缓解反渗透膜的负担。通过离子互换，这一过程可以得到进一步补充，进一步减少了反渗透膜上的离子负担，从理论上讲回复的几率很高（95%以上）。由颗粒柔软剂产生的副产品可以应用于工业中，如玻璃制造业。这些概念正在发展阶段，仍然有待证实。在将来他们有着有巨大的潜力。”

其他零液体排放的方法来源于工业应用，而且在很大程度上取决于结晶和蒸发技术。也可以这样认为，蒸发技术是干燥高浓度海水变成盐晶体产品的过程。潜在零液体排放办法是一个很有趣的例子，它结合了3种专利技术，包括荷兰的Aquastill（高性能膜海水淡化）、美国AquaTec公司的AquaTrate和AquaVap技术。在该组合过程中，总的蒸馏水回收超过95%，而该过程产生的产品是干盐。“这很有意思，”Vlaski先生说，“2009年底Aquastill的膜组件已经在市场上出现了。”

van Eekeren先生表示还有许多其他的发展计划。新加坡的PUB公司正在尝试一种渗透膜生物反应器，旨在减少运行费用并且水的回用率可达到20%。新加坡目前正与Waternet公司合作，阿姆斯特丹水循环公司以及荷兰合作伙伴开发这一概念。荷兰最大的供水公司提出的AiRO是另一个正在测试的概念，目的在于通过空气冲洗的方法达到改善纳滤膜的目的。该公司还在几个地点应用了它们的Optiflux反渗透膜概念，来实现更高的膜通量和更高的成本效益。

另一项研究的重点是带电的膜—细菌带负电荷，这样，此带负电荷的膜就会排斥污染物，并有可能限制生物污染。反缩放剂是防止膜缩放的关键武器。人们越来越认识到，这样的品牌和类型非常重要。van Eekern先生说：“反缩放剂中的任何有机污染物都将集中在膜的表面上，造成生物污染。因此，需要非常纯的反缩放剂来避免这样的问题。”

Vlaski先生总结说，“海水淡化市场仍然蓬勃发展，产出也很高。这些新技术的发展，必将持续推进海水淡化技术，并为可持续的水资源供应和管理带来新机遇，创造新的可能。”

中东海水淡化研究中心

中东海水淡化研究中心是一个非营利性的研究中心，成立于13年前，有一个多国研究项目覆盖了多种海水淡化的主题。主要研究领域之一便是反渗透膜技术和混合技术，以及小型系统的可再生能源的研究。此外，研究中心还关注环境问题，如盐水处理以及抗腐蚀等材料选择问题等。中东海水淡化研究中心副主任Shannon McCarthy说，“顾客感兴趣的全部技术都与海水淡化行业有关，最终报告会公布在网站上，现在共列出了78个项目，其中有一半已经完成。”

该研究中心由政府资助成立了执行委员会（在中东和平进程之外）。赞助商包括以色列、巴勒斯坦和约旦、卡塔尔、美国、日本、韩国和荷兰。中东海水淡化研究中心为项目提供50%的资金，其合作伙伴提供剩余部分。

在成立之初，研究中心对海水淡化技术的需求做了一项调查，并列出了10项主要的技术主题。每年也会接受一些提议，中心的顾问会考虑每一个提议，来确保每个项目都能对海水淡化的发展做出实际贡献。中心的研究咨询委员会由来自工业界、学术界的21个专家以及整个中东地区的多个部门组成。

中东海水淡化研究中心还与中东北非地区的各大学和政府机构合作，实施培训和能力建设计划。当前中心的另一个目标是与巴勒斯坦水务局合作建议一个中心，帮助成立一个关于今后在教育和培训方面的研究计划。

中东海水淡化研究中心还设立了水资源再利用的分支机构，来满足与中心合作的政府机构的迫切需求。目前，该中心正在研究红海—死海项目培训需要，该项目仍然处于书面阶段，如果项目继续开展，中心要对技术人员、操作人员以及工程管理人员合作实施实际的培训计划。这一造价50亿美元的大型水资源转换项目将涉及四大海水淡化处理工厂的建造，解决该地区对水资源的全部需求。