海水淡化節能新設想

時間：2011-03-24 來源：水世界-中國城鎮水網 作者：

作為新技術，雖然離大規模廣泛應用還有距離，但它們都是當前的科研熱點，各種新興材料的涌現更是推動了這些技術的發展。對咸水脫鹽或廢水處理感興趣的朋友不妨把他們作為研究對象，我所在的課題組研究項目就包括了其中的兩項。

提到海水淡化（脫鹽），相信人們已經不再陌生。通過對海水、地表含鹽咸水或者處理過的污水進行脫鹽處理，人們能夠獲得可以飲用的淡水。這是目前解決水資源短缺的理想途徑之一。

海水淡化最簡單的方法是蒸餾法，把水煮沸使之蒸發，冷卻蒸汽就得到了可以飲用的蒸餾水。不過，蒸餾法的能耗高得驚人，每生產1升淡水需要消耗0.08千瓦時的電量。因此，蒸餾法主要局限在海灣地區，當地用來淡化海水的能源往往不是電能，而是來自附近發電廠產生的廢熱以及廉價的石油。目前，世界上最大的蒸發脫鹽海水淡化廠位于沙特阿拉伯，它建在紅海上，日產淡水8.8億升。

除了盛產石油的海灣地區外，其他地區主要采用反滲透法來淡化海水。該方法利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜將海水與淡水分隔開，對海水一側施加大于海水滲透壓的外壓，使海水中的純水通過半透膜進入淡水。通常，反滲透法用來淡化地表咸水，每生產1升淡水至少消耗0.0035千瓦時的電量，如果用來淡化海水就需要消耗更多的電量。美國最大的海水淡化廠正在籌建中，采用反滲透法來淡化海水，日產淡水將高達1.89億升，預計2012年投入使用。

不可否認，傳統的海水淡化方法都無法回避一個問題，那就是對海水進行脫鹽處理必須消耗大量的能源。這不僅會增加成本，還會加劇全球日益嚴重的能源危機。除了耗能高之外，脫鹽過程中還會產生一種有毒的殘留液，也就是濃縮后的高濃度廢液。如果把這些廢液直接排入海洋，它會殺死魚類和微生物，并通過食物鏈影響整個生態系統。那么，海水淡化的方法是不是意味著行不通了？其實不然。新興的海水淡化技術將有可能使這些問題迎刃而解。這些技術將大大降低脫鹽的能耗。在不久的未來，脫鹽所需要的能量有望依賴于脫鹽產生的殘留廢液，從而實現變廢為寶。

1. 電極法

工作原理：不需要滲透膜，而是通過正負兩個電極將水中的鹽離子吸附到兩極，從而得到淡水。被吸附到電極上的鹽離子最終會裹滿兩極，但這些鹽離子很容易清洗下來。只需要改變電流方向，鹽離子就會反向運動，脫離電極。

優點：清洗方便，耗能低。理論上，這個過程可以無限進行而不用更換正負電極。

缺點：僅適用于地表咸水。在實際操作中，電極可能被鹽離子堵住，從而導致脫鹽效率下降。該方法也會產生有毒廢液。

適用范圍：地表咸水。

能耗：幾乎不需要壓力，所以能耗很低。

應用前景：2010年，美國新墨西哥州將建立一個采用電極法的測試反應器。

(PS：目前的研究集中在導電材料的開發，例如：碳納米管、石墨稀等。)

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