膜技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)低碳海水淡化

水資源短缺問(wèn)題日益突出，不少科學(xué)家希望從海水資源中尋求解決方案，海水淡化技術(shù)也在部分沿海地區(qū)得到推廣應(yīng)用。

海水淡化是將海水中的多余鹽分和礦物質(zhì)去除，從而得到可以使用的淡水。海水淡化需要技術(shù)的支持，目前在全球的海水淡化技術(shù)超過(guò)二十種，這二十種技術(shù)主要可以分為兩大類，一是以多效蒸餾和多級(jí)閃蒸為代表的熱達(dá)脫鹽技術(shù)，二是以反滲透為代表的膜技術(shù)。

膜技術(shù)是一種新興高效的分離技術(shù)，無(wú)論是在日常生活還是工業(yè)生產(chǎn)中，我們總能看到膜的蹤跡，凈水器中的濾芯、醫(yī)院透析等都會(huì)用到這一材料，膜技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、新能源以及生物醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域。在生物醫(yī)藥方面，人工腎臟、人工肝臟的核心部分會(huì)用到膜；在制藥過(guò)程中，過(guò)濾、分離、純化等環(huán)節(jié)也需要膜分離技術(shù)的支撐。同時(shí)，膜還被更廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，膜法水處理為我國(guó)解決水資源短缺和水環(huán)境惡化提供了重要的技術(shù)支撐。

目前膜法反滲透技術(shù)已成為全球裝機(jī)容量最大（約占69%）、應(yīng)用最為廣泛的脫鹽技術(shù)。反滲透法也叫膜過(guò)濾，是一個(gè)物理過(guò)程，核心技術(shù)是脫鹽膜。用高功率的水泵讓海水沖向脫鹽膜，脫鹽膜能截留大于0.0001微米的物質(zhì)，同時(shí)允許水分子通過(guò)，在海水被淡化的同時(shí)，細(xì)菌還有水中的微量元素也基本被濾掉。但這種方法要求水進(jìn)入反滲透膜之前，必須經(jīng)過(guò)活性炭和濾芯的過(guò)濾，來(lái)除掉水中的余氯和大顆粒物質(zhì)，以避免對(duì)反滲透膜造成損害——因?yàn)檫@種反滲透膜的售價(jià)很高。這也敦促我們研發(fā)出更加低成本和環(huán)保的技術(shù)。

近年來(lái)興起了一類新的脫鹽技術(shù)，即熱—膜耦合脫鹽技術(shù)，如滲透蒸發(fā)。滲透蒸發(fā)脫鹽的原理是海水在膜兩側(cè)蒸汽壓差的推動(dòng)下，水分子在膜中經(jīng)過(guò)液體流動(dòng)，發(fā)生相變，最終以氣態(tài)形式透過(guò)膜，而后冷凝收集。

滲透蒸發(fā)相對(duì)于別的膜法脫鹽技術(shù)，具有低能耗的優(yōu)勢(shì)，其能耗估算約為5—7kWh/m3，電能消耗低于反滲透技術(shù)，因此其產(chǎn)水成本預(yù)計(jì)為4.5—12.9元/立方米，有望成為最為經(jīng)濟(jì)的脫鹽技術(shù)之一。

中國(guó)科協(xié)科普部

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