海水淡化純水處理技術(shù)發(fā)展史回顧 |
人類關(guān)于海水淡化的夢(mèng)想持續(xù)了數(shù)千年之久。正是在這個(gè)夢(mèng)想的驅(qū)動(dòng)下，海水淡化技術(shù)得以持續(xù)發(fā)展。過(guò)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(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。
第一部分 海水淡化的夢(mèng)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(jìn)入人體會(huì)引起細(xì)胞嚴(yán)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(rèn)識(shí)到海水不能喝的事實(shí)，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(mèng)想。
有學(xué)者認(rèn)為，有關(guān)海水淡化最早的文字描述來(lái)自西方的《圣經(jīng)》。相傳公元前1512年，摩西執(zhí)筆寫(xiě)出了《出埃及記》。其中第15章記載，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備摩西帶領(lǐng)以色列人從紅海前行，走了三天找不著水，來(lái)到一個(gè)叫瑪拉的地方，那里的水因?yàn)榭嗖荒芎龋ㄏ氡厥呛}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(shù)丟進(jìn)水里，水就變甜了。
這個(gè)有點(diǎn)魔幻的圣經(jīng)故事揭示了人類淡化海水的最初夢(mèng)想。類似的夢(mèng)想在此后三千多年的時(shí)間里，不斷出現(xiàn)在西方和中國(guó)的各種文字記錄中，其中不乏科學(xué)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(shū)中，描述了鹽水的蒸發(fā)冷凝過(guò)程。他認(rèn)為，鹽水變成蒸汽后就變甜了，蒸汽冷凝后不會(huì)再變成鹽水。這是對(duì)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(shū)中，還設(shè)想了一種被無(wú)數(shù)后人引用和傳誦的海水淡化神器——“蠟罐”（jar of wax）。他說(shuō)，用蠟（有學(xué)者認(rèn)為他的本意是指泥土）制作一個(gè)罐子，蓋好蓋子扔進(jìn)海里，就會(huì)發(fā)現(xiàn)透過(guò)罐壁滲進(jìn)罐子的水變淡了。
即使以今天的技術(shù)水平來(lái)看，制造和使用這么一個(gè)“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(shí)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(xué)家普林尼（Pliny）以大量古代著作為基礎(chǔ)，編寫(xiě)了《自然志》（natural history）一書(shū)。除了復(fù)述“蠟罐”的設(shè)想，他還為船員提供了一個(gè)解決海上缺水問(wèn)題的具體方法，即將羊毛沿著船分散放置，羊毛就會(huì)吸收蒸發(fā)的海水而變得濕潤(rùn)，擠出羊毛中的水份就會(huì)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(guò)濾等方法，反復(fù)出現(xiàn)在一些西方文獻(xiàn)中。而在中國(guó)古代典籍中，也不乏關(guān)于海水淡化的類似記載和傳說(shuō)。
公元前140年左右，我國(guó)西漢時(shí)期淮南王劉安編撰了《淮南萬(wàn)畢術(shù)》一書(shū)，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(shuō)，將竹器放進(jìn)鹵水中，可以除去其中的咸味。
公元200年前后，那個(gè)四歲就給哥哥讓梨的孔融寫(xiě)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(guó)古代還有兩件傳說(shuō)中的海水淡化神器：海井和定水帶。
1265年左右，我國(guó)宋代著名詞人周密編寫(xiě)了《志雅堂雜鈔》一書(shū)，其中描述了海井。這個(gè)海井很神乎，“如桶而無(wú)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?！?/span>
1697年左右，清初進(jìn)士董含寫(xiě)成筆記小說(shuō)集《三岡識(shí)略》一書(shū)，其中記錄了定水帶。這個(gè)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(dāng)時(shí)的認(rèn)識(shí)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(shuō)和想象的階段，但它們?yōu)楹Ｋ瘡膲?mèng)想走向現(xiàn)實(shí)提供了認(rèn)知上的重要準(zhǔn)備。
第二部分 早期海水淡化技術(shù)的出現(xiàn)
現(xiàn)實(shí)世界中的海水淡化大約起源于一千八百年前。公元2世紀(jì)晚期至3世紀(jì)早期，一個(gè)被稱為阿佛羅狄尼亞的亞歷山大（Alexander of Aphrodisias）的評(píng)論人，在評(píng)論《氣象通典》時(shí)，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(yuǎn)航水手開(kāi)始學(xué)會(huì)，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(lái)的一千三百多年實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備，這種簡(jiǎn)單的蒸餾式海水淡化技術(shù)幾乎沒(méi)有發(fā)展，其應(yīng)用也局限于零星地出現(xiàn)在遠(yuǎn)洋船只上。直到歐洲文藝復(fù)興之后，實(shí)驗(yàn)科學(xué)得到發(fā)展，才有人開(kāi)始通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究并改進(jìn)海水淡化過(guò)程。
1675年，沃爾科特（William Walcot）在英國(guó)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(guó)哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家萊布尼茨（Wilhelm Leibnitz）專門(mén)寫(xiě)了一篇關(guān)于海水淡化的文章，論述其重要性，特別是對(duì)于海員來(lái)說(shuō)。
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(jì)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(shuō)這個(gè)菲茨杰拉德的蒸餾器生意做得很不錯(cuò)，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(shí)，英國(guó)著名化學(xué)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(duì)天然海冰融化水的鹽度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)考察。
到了18世紀(jì)，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(guó)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(kāi)展了冰凍法海水淡化的實(shí)驗(yàn)研究。
在其中一次實(shí)驗(yàn)中，羅戈納通過(guò)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(rèn)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(gè)大型太陽(yáng)能海水淡化裝置。在晴天條件下，這個(gè)裝置每天生產(chǎn)23噸淡水，以供當(dāng)?shù)氐南跏V和銀礦的工人使用。它運(yùn)行了近40年。
19世紀(jì)以來(lái)，歐洲制糖工業(yè)迅速發(fā)展，促進(jìn)了多效蒸發(fā)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。1898年，俄國(guó)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(dá)到1230噸。1912年，埃及建成一個(gè)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(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)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(jí)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(jì)裝機(jī)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(guò)去七十年間。
第二次世界大戰(zhàn)后，國(guó)際資本大舉進(jìn)入中東地區(qū)開(kāi)發(fā)石油資源，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和人口迅速增長(zhǎng)。由于該地區(qū)嚴(yán)重缺乏淡水資源，但瀕臨海岸且能源價(jià)格低廉，海水淡化迅速成為現(xiàn)實(shí)選擇。
與此同時(shí)，美國(guó)的一些干旱地區(qū)也面臨較為嚴(yán)重的水資源短缺問(wèn)題，而且出現(xiàn)了全國(guó)性過(guò)度使用地下水的問(wèn)題，肯尼迪政府也開(kāi)始寄希望于海水淡化。
1952年，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)鹽水轉(zhuǎn)化法案（Saline Water Conversion Act），并于次年開(kāi)始資助脫鹽技術(shù)研究。
1955年，美國(guó)內(nèi)務(wù)部專門(mén)設(shè)立鹽水辦公室（Office of Saline Water，OSW），以統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對(duì)海水淡化技術(shù)的研究。
第一個(gè)突破的是多級(jí)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(huì)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(dá)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(guò)程由于蒸發(fā)面與加熱面分離，蒸發(fā)過(guò)程引起的局部過(guò)飽和遠(yuǎn)離傳熱表面，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)得到極大緩解。
1957年，美國(guó)西屋（Westing House）公司在科威特建造了一個(gè)四級(jí)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(jì)思想，造水比較低。
同年，英國(guó)偉爾（Weir）公司的機(jī)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(jí)數(shù)、整體式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)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(zhǔn)備。希爾弗后來(lái)去英國(guó)格拉斯哥（Glasgow）大學(xué)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(gè)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(jí)設(shè)計(jì)，造水比達(dá)到5.7。位于根西島的MSF工廠日產(chǎn)淡水2,773噸，采用40級(jí)設(shè)計(jì)，造水比達(dá)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(kāi)?？仆匾渤蔀槭澜缟系谝粋€(gè)采用海水淡化水作為大規(guī)模市政供水的國(guó)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(lái)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(guó)海軍在OSW的統(tǒng)籌下，也在加州洛瑪角（Point Loma）建造了一個(gè)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(guó)在古巴關(guān)塔那摩（Guantanamo）的海軍基地。因?yàn)?/span>1962年古巴導(dǎo)彈危機(jī)之后，古巴決定停止向這個(gè)基地供應(yīng)淡水。據(jù)說(shuō)這個(gè)MSF裝置在關(guān)塔那摩基地運(yùn)行了近20年。
MSF技術(shù)的不斷應(yīng)用也促進(jìn)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(dá)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(dá)到36,000噸/天。
1980年，全球MSF的總裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到500萬(wàn)噸/天。作為全球海水淡化裝機(jī)的絕對(duì)主力，MSF技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用的鼎盛時(shí)期。
1987年，全球MSF裝機(jī)容量約增長(zhǎng)至750萬(wàn)噸/天。此后，隨著反滲透技術(shù)的不斷成熟，MSF增長(zhǎng)速度整體上有所放緩。
但沙特等中東產(chǎn)油大國(guó)，對(duì)MSF技術(shù)的可靠性十分認(rèn)同，在建設(shè)超大規(guī)模海水淡化廠時(shí)，仍然對(duì)MSF情有獨(dú)鐘。
2014年，沙特在哈伊爾角（Ras Al Khair）工業(yè)區(qū)建造了一個(gè)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(dá)770,000噸/天。這個(gè)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(gè)550,000噸/天的MSF裝置。這些項(xiàng)目表明，MSF依然在特定項(xiàng)目中保持著很好的競(jìng)爭(zhēng)力。
2020年初，全球MSF海水淡化裝置的總規(guī)模約為1,500萬(wàn)噸/天，在全球海水淡化總裝機(jī)容量中的比重已經(jīng)降至30%以下。
第二個(gè)突破的是反滲透技術(shù)。
1949年，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的哈斯勒（Gerald Hassler）等人最早啟動(dòng)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(kāi)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(duì)稱結(jié)構(gòu)的合成反滲透膜。實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備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(dǎo)下，世界上第一臺(tái)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(qǐng)了世界上第一個(gè)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(qǐng)了第一個(gè)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(gè)50噸/天的反滲透海水淡化裝置上試用。
1979年，FilmTec公司的卡多特（John E. Cadotte）申請(qǐng)了世界上第一個(gè)界面聚合法制備反滲透膜的專利（US4,277,344）。薄層復(fù)合膜（TFC）由此誕生，進(jìn)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(jìn)了反滲透海水淡化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
由于此時(shí)的中東地區(qū)對(duì)多級(jí)閃蒸情有獨(dú)鐘，反滲透海水淡化最先在歐洲得到應(yīng)用，隨后才進(jìn)入中東地區(qū)。
1982年，馬爾他建造了一個(gè)20,000噸/天反滲透海水淡化工廠，成為當(dāng)時(shí)世界上最大的反滲透海水淡化廠之一。
與此同時(shí)，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(dòng)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(gè)624,000噸/天的反滲透海水淡化廠。這也是世界上已投運(yùn)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(xiàng)目簽署合同，規(guī)模達(dá)到 909,200噸/天，預(yù)計(jì)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(bào)道，沙特正在計(jì)劃建設(shè)一個(gè)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(jì)錄將再一次被改寫(xiě)。
2020年初，全球RO海水淡化的累計(jì)規(guī)模約為30,600,000噸/天，占全球海水淡化總裝機(jī)容量的近60%。
第三個(gè)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(lái)，最重要的特點(diǎn)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(wèn)題和結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，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，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備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(jī)容量達(dá)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(jī)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(dá)到驚人的800,000噸/天。該工廠包含二十七個(gè)單機(jī)容量為30,000噸/天的LT-MED單元，每個(gè)單元由八效構(gòu)成，采用蒸汽熱壓縮（TVC）后造水比達(dá)到9.8。
2012年，單機(jī)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(jī)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(guó)
我國(guó)現(xiàn)代海水淡化技術(shù)研究從電滲析起步，進(jìn)而發(fā)展到反滲透、多級(jí)閃蒸、多效蒸發(fā)等主流海水淡化技術(shù)。
1958年，中科院化學(xué)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(shí)離美國(guó)科學(xué)家首次制備出離子交換膜僅過(guò)去九年。
1965年，我國(guó)科學(xué)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(chǎng)試驗(yàn)。
1966年，山東海洋學(xué)院化學(xué)系、國(guó)家海洋局一所、中科院青島海洋所、中科院化學(xué)所等單位開(kāi)始研究反滲透技術(shù)，開(kāi)發(fā)非對(duì)稱醋酸纖維素膜。此時(shí)離美國(guó)科學(xué)家首次制備出非對(duì)稱醋酸纖維素膜僅過(guò)去七年。
1967年，國(guó)家科委和國(guó)家海洋局組織了全國(guó)性的海水淡化會(huì)戰(zhàn)。上海主要負(fù)責(zé)電滲析技術(shù)研發(fā)，青島和北京主要開(kāi)展反滲透技術(shù)研究。同年，國(guó)產(chǎn)異相離子交換膜在上?；S正式投產(chǎn)。
1970年，參加海水淡化會(huì)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(yán)重缺水問(wèn)題，國(guó)家科學(xué)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)小組在北京組織召開(kāi)了全國(guó)海水淡化科技工作會(huì)議，并制訂了《1975-1985年全國(guó)海水淡化科學(xué)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(pán)板式醋酸纖維素反滲透裝置，并于隨后進(jìn)行了中空纖維和卷式反滲透元件的研究。
與此同時(shí)，天津、大連等地開(kāi)始了蒸餾法海水淡化技術(shù)的研究。1980年前后，天津大學(xué)等單位研制成功我國(guó)第一臺(tái)日產(chǎn)百噸級(jí)多級(jí)閃蒸海水淡化中試裝置，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)與當(dāng)時(shí)的國(guó)際水平相當(dāng)。
1981年，海洋局二所設(shè)計(jì)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(jìn)美國(guó)2x3000噸/天多級(jí)閃蒸海水淡化裝置。該裝置設(shè)計(jì)頂溫110度，包括36個(gè)熱回收段閃蒸級(jí)和3個(gè)熱放出段閃蒸級(jí)。
此時(shí)國(guó)內(nèi)反滲透技術(shù)的研發(fā)進(jìn)入到了復(fù)合膜開(kāi)發(fā)階段，經(jīng)七五、八五攻關(guān)后中試放大成功。我國(guó)反滲透膜技術(shù)開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)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(guó)內(nèi)第一套反滲透海水淡化裝置，規(guī)模為200噸/天。
1992年，“國(guó)產(chǎn)反滲透裝置及工程技術(shù)開(kāi)發(fā)”獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
1997年，我國(guó)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(xué)率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展閥控正位移式能量回收技術(shù)和裝置的研究和開(kāi)發(fā)。
2003年，山東榮成建成萬(wàn)噸級(jí)反滲透海水淡化裝置，河北黃驊電廠引進(jìn)20,000噸/天多效蒸發(fā)裝置。
2004年，我國(guó)首套自主知識(shí)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(guó)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(guó)內(nèi)首套100,000噸/天的低溫多效海水淡化裝置。
2010年底，我國(guó)累計(jì)建成海水淡化裝置70多套，設(shè)計(jì)產(chǎn)能達(dá)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(guó)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(guó)海水淡化工程規(guī)模計(jì)劃達(dá)到220萬(wàn)噸/天。但十二五期間，國(guó)內(nèi)海水淡化建設(shè)規(guī)模并未達(dá)到預(yù)期，截至2015年底，全國(guó)實(shí)際海水淡化建成產(chǎn)能約為100萬(wàn)噸/天。
2016年，國(guó)家海洋局發(fā)布《海水利用十三五規(guī)劃》，再次將2020年全國(guó)海水淡化工程的規(guī)模目標(biāo)設(shè)定為220萬(wàn)噸/天。
據(jù)2020年9月發(fā)布《國(guó)家海水利用報(bào)告》顯示，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備截至2019年底我國(guó)現(xiàn)有海水淡化工程115個(gè)，工程規(guī)模達(dá)到157萬(wàn)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(kāi)源手段，是解決大規(guī)模水資源短缺問(wèn)題最有效的方式之一。過(guò)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(dāng)?shù)厝嗣竦纳钚枰?，支撐了?dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)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(mèng)想驅(qū)動(dòng)下的產(chǎn)物。過(guò)去七十年間，海水淡化技術(shù)經(jīng)歷了無(wú)數(shù)探索，得到了飛速發(fā)展，最終形成了多級(jí)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(jí)閃蒸和低溫多效的發(fā)明體現(xiàn)了對(duì)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(yùn)用巧妙的工程設(shè)計(jì)，極大地提升了蒸發(fā)冷凝過(guò)程的能量回用效率和運(yùn)行可靠性，加上現(xiàn)代金屬材料和加工技術(shù)的進(jìn)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(shí)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(lái)人類對(duì)自然科學(xué)認(rèn)識(shí)的深化，是更高層次的進(jìn)步。它不依賴相變，在本質(zhì)上更加高效，市場(chǎng)應(yīng)用也后來(lái)居上，代表了海水淡化技術(shù)發(fā)展的最高成就。
展望未來(lái)，反滲透技術(shù)仍將繼續(xù)鞏固它在海水淡化市場(chǎng)份額上的優(yōu)勢(shì)，其自身效率也將隨著材料等技術(shù)的進(jìn)步而繼續(xù)提升。
熱法淡化技術(shù)，特別是低溫多效，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備仍將在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)與反滲透技術(shù)并存，并通過(guò)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(shì)。
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(shì)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(shì)所趨。
就我國(guó)而言，現(xiàn)有的海水淡化產(chǎn)能不到全球總裝機(jī)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(guó)北方沿海地區(qū)缺水問(wèn)題的主要途徑。
我國(guó)在發(fā)展海水淡化技術(shù)方面也大有可為。一是可以適時(shí)謀劃大型可再生能源發(fā)電與海水淡化聯(lián)產(chǎn)示范項(xiàng)目；二是可以進(jìn)一步提升國(guó)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(yàn)，早日進(jìn)入國(guó)際大型海水淡化市場(chǎng)；三是可以加強(qiáng)前瞻性技術(shù)研究，力爭(zhēng)在未來(lái)引領(lǐng)海水淡化技術(shù)的發(fā)展方向。純水設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備，無(wú)錫純水設(shè)備,無(wú)錫水處理設(shè)備，無(wú)錫去離子水設(shè)備, 醫(yī)用GMP純化水設(shè)備。
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