在全球人口增長和經濟發展的背景下，淡水需求在未來幾十年呈增長趨勢，氣候變化進一步加劇了淡水的供需矛盾，制約了各地經濟和生態環境發展。

據統計，自2010年至2019年底，全球已安裝的海水淡化容量以每年約7%的速度穩步增長，特大型工廠數量雖然很少，但是容量卻占到了全球海水淡化總容量的一大部分。對于過去未真正開展海水淡化技術的地區，其海水淡化容量亦呈現出急劇上升的趨勢，包括歐洲和非洲在內。了解這些趨勢有助于對未來海水淡化項目和研究發展做出明智的選擇。

1.1  全球海水淡化發展

由于全球對性價比高的清潔水生產的需求，導致了海水淡化產業化的快速發展。1990年至2020年2月中旬，全球脫鹽水生產安裝容量為9 720萬m³·d^-1，其中以海水為給水水源的淡化容量為5540m³·d^-1，占比約為57%。

圖1顯示了過去三十年的全球海水淡化的增長趨勢，其中以海水為給水的海水淡化廠的全球累計裝機容量增加了813%。

圖1  不同給水水源的全球脫鹽安裝產能

在全球范圍內，越來越多的政府機構開始參與并主導海水淡化項目，尤其是市政應用項目。

根據現有數據，沙特阿拉伯的海水淡化公司（SWCC）是一家半國營性質的機構，其擁有世界上最大的海水淡化能力，可生產超過550萬m³·d^-1淡水。

緊隨其后的是阿布扎比水電部（ADWEA，現為能源部）和科威特水電部，裝機容量分別超過了390萬m³·d^-1和290萬m³·d^-1。

阿拉伯聯合酋長國迪拜水電部（DEWA）的裝機容量分別超過了230萬m³·d^-1，其它擁有大規模海水淡化能力的機構有以色列的Mekorot和阿曼水電采購公司（SAOC）。

大規模商業化海水淡化技術分為兩類：膜法海水淡化（主要是RO）和熱法海水淡化（MED和MSF）。

新興的海水淡化技術仍然處于研發階段，主要包括膜蒸餾（MD）、正滲透（FO）等。除了主要的單一型海水淡化技術以外，包括MSF-MED、MED-AD和RO-MSF在內的組合型技術目前正被考慮，通過結合每種技術的優勢來提高海水淡化裝置的效率，從而使組合型技術能夠克服單一技術存在的不足。

迄今為止，RO技術是最廣泛的海水淡化技術，累計裝機容量為3 060萬m³·d^-1。

MSF是工程容量排名第二的技術，約為1530萬m³·d^-1。

使用MED及其他技術的海水淡化能力為330萬m³·d^-1。

圖2顯示了不同技術（用于處理不同的給水來源）對全球脫鹽能力的貢獻情況。

圖2  海水淡化廠用于處理不同給水來源的主要技術

1.2   海水（苦咸水）項目成本

圖3顯示了1990年至2019年使用海水和微咸水淡化法生產淡水的成本趨勢。據報道，2012年和2004年海水淡化的最高和最低平均價格分別為$1.87 m^-3和$0.35 m^-3。這些價格可能取決于當時供應給大多數現有工廠的海水的鹽度范圍。

圖3  淡化水生產價格

（a）所示的海水和苦咸水淡化的平均成本趨勢

（b）基于技術和工廠規模的淡化水價格

據中國水利企業協會脫鹽分會不完全統計，截至2020年底，國內已建成日產淡化水百噸以上海水淡化項目176個，產能達到180.34萬立方米/日（圖5）。

圖5 2010-2020年全國已建成海水淡化工程累積產能

其中，2020年全國新建成海水淡化項目4個（表1），新增產能5.05 萬立方米/日。依據《全國海水利用“十三五”規劃》目標，“十三五”末，全國海水淡化總規模達到220 萬噸/日以上，現有的海水淡化產能規模距離目標值還有一定的差距。

表1  2020年全國新建成的海水淡化項目

國內已建成的海水淡化工程主要以反滲透和低溫多效蒸餾技術為主。

截至2020年底，已建成的海水淡化工程中，采用反滲透技術的工程項目有152個，產能為121.64萬立方米/日，占全國總產能的67.45%；采用低溫多效的工程項目有20個，產能為58.02萬m³/d，占全國總產能的32.17%（圖6）。

圖6 采用不同技術的海水淡化項目產能比較

沿海9個省市的海水淡化產能見（圖7），淡化水主要用于電力、石化和鋼鐵等高耗水行業、工業園區及缺水地區的市政供水（圖8）。

圖7 全國沿海省市海水淡化工程分布

圖8 已建成海水淡化項目產水用途

2.2   國內海水淡化技術研究進展

云南大學萬艷芬、楊鵬等人設計并制備了一種新型的復合材料，包括具有等離子體效應的金(Au)納米錐、鉬酸鉍(Bi₂MoO₆)半導體和生物質碳點(CDs)三種組分，這種三元復合材料實現了有效電荷轉移，提高了材料光熱轉換效率，這為高效光熱轉換材料的研究提供了重要實驗依據，同時也為海水淡化和新能源器件及系統研發帶來新思路。

由澳大利亞、美國和中國科學家組成的研究團隊制備出一種金屬有機框架材料，這種特殊的材料能夠模仿生物細胞膜的過濾功能，高效地過濾海水中的鹽以及分離海水中金屬離子。相比目前廣泛采用的反滲透膜技術，新材料可以過濾特定離子，比傳統方法更加經濟節能。

深圳先進院喻學鋒研究員課題組以天然玄武巖為原料，設計并制備了一種便宜、穩定且耐腐蝕的玄武巖纖維光熱膜，用于光熱海水淡化以及水凈化領域。玄武巖纖維光熱膜在海水淡化方面中體現了出色的蒸發和分離性能，組裝的太陽光蒸發系統可以連續有效地進行海水淡化。

上海交大ITEWA創新團隊與麻省理工學院合作，研發的裝置在太陽輻照條件下，創紀錄地實現了385%的效率和5.78 L m^-2 h^-1的海水淡化產水率。除此之外，該裝置可以通過毛細作用進行被動補水，通過鹽分在夜間的反向擴散實現被動排鹽，保證長效穩定的被動式工作。

中科院化學所綠色印刷重點實驗室科研人員與美國麻省理工學院的Nicholas Fang教授課題組合作，利用3D打印技術構造了三維錐形不對稱結構蒸發體系，在高鹽度下實現了高效太陽能利用和高速水蒸發。

2.3   2020年發布的海水淡化相關政策和標準

2020年8月山東省人民政府辦公廳發布了《關于加快發展海水淡化與綜合利用產業的意見》。意見提出，計劃到2022年，全省海水淡化產能超過100萬噸/日?？傮w布局是：一區、兩園、多點、群星。全省整體創建全國海水淡化與綜合利用示范區；建設青島百發、煙臺海陽兩個具有輻射供水功能和全產業鏈的綜合性產業園；在東營、煙臺、濰坊、威海、日照、濱州6市沿海工業園區配套建設14個海水淡化基地，在濰坊建設2個海水淡化與綜合利用基地，實現水鹽聯產；根據需求在全省32處有居民海島建設海水淡化站，500余艘遠洋船舶配備海水淡化裝置。

2020年12月，由自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所牽頭編制的《海水淡化水后處理設計指南》（GB/T 39219-2020）、《海水淡化利用工業用水水質》（GB/T 39481-2020）、《多效蒸餾海水淡化系統設計指南》（GB/T 39222-2020）和《反滲透海水淡化阻垢劑阻垢性能試驗周期濃縮循環法》（GB/T 39221-2020）等4項國家標準，獲得國家標準化管理委員會批準并正式發布。標準的發布對于海水淡化工程的安全可靠設計及穩定運行提供了有力支撐，進一步健全了海水利用標準體系。

雖然我國的海水淡化工程規模和海水淡化技術發展都取得了很大的進展，但是總體利用規模還比較小，還存在一些卡脖子技術。今后應不斷完善政策標準，健全市場機制體制，繼續加大科技創新力度，突破關鍵核心技術，強化示范推廣和應用，大力推進海水淡化規?；瘧?，為推動國民經濟高質量發展最出貢獻。

（來源：《中國脫鹽》雜志，2021年01期《海水淡化最新進展》）