大家知道，地球表面覆盖着大量的水,但遗憾的是, 96%以上都是不能饮用的海水，只有一小部分江河湖泊里的水和地下水才能供人类饮用。如果海水能被淡化，那么，跟人类命运息息相关的淡水资源就不存在枯竭的问题了。

大海蕴藏着极其丰富的淡水资源,开发海洋资源，向海水要淡水是发展的必然趋势,是人类的必然选择。

根据世界气象组织和联合国教科文组织有关水资源的定义，水资源是指可以被利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和合适的质量,并满足某一地方在一段时间内具体利用的需求。

什么是海水淡化？简单地说，脱除海水中的盐分，可供工业生产和居民生活用水。自20世纪五十年代开始，世界上许多国家都开始进行海水淡化技术研究。经过半个多世纪的发展,到目前为止，海水淡化技术经历了起步、积累和快速发展阶段。海水淡化技术日趋成熟，相关研究主题和内容在不断深化或调整。

新材料新技术的研发较为活跃。反渗透技术、以多级闪蒸为代表的蒸馏法和超滤、微滤等预处理技术，经过较长时间的发展已逐渐成熟，并得到了广泛的应用。正渗透、纳米颗粒、石墨烯等海水淡化领域的新材料新技术尚处于探索阶段。

人类对海水淡化的追求可追溯到古代的一些故事或传说，但直到16世纪,欧洲的探险家们摸索出在炉火上煮沸海水的方法来获取淡水，以解决长时间海上航行的淡水需求。这是人类第一次从海水中获得可饮用的淡水。这种海水淡化方法简单原始，效率低下。

海水淡化技术的一个重要进展源自于制糖业，为了产生结晶糖，需要大量的燃料来加热糖浆,蒸发掉其中所含的水分。大约在1850年，一位名叫诺伯特·瑞利克斯(Norbert Rillieux)的美国工程师在高效炼糖技术方面获得了好几项专利，后来，他当初的设想演化成实用的“低温多效蒸馏海水淡化技术”。瑞利克斯的发明使得炼糖工艺的能源消耗降低了20%，但直到半个世纪之后，他的方法才被推广到其他行业中。19世纪后期，淡化海水的多效蒸发器开始出现在轮船上和一些干旱缺水的国家里，如也门和苏丹。

20世纪上半叶，有几家应用多效蒸馏海水淡化技术的海水淡化厂问世。世界上首个海水淡化工厂1954年建于美国德克萨斯州。但当时的淡化技术还存在许多缺陷，譬如，海水中的沉淀物往往会在热交换器的表面积聚起来，影响海水淡化的效率。20 世纪 50 年代出现了一种新型的热脱盐工艺，叫做多级闪蒸海水淡化技术( MSF)，可有效减少杂质沉淀。在这一工艺中，高压下加热处理的海水依次流过一系列处理容器室，每经过一道处理容器室，都有一部分海水蒸发，每一个处理容器室的压力都低于前一个，浓缩的海水留在了容器底部，上升的蒸汽则液化成淡水。由于蒸发过程不在热交换器表面进行， 因此，也就很少会有矿物质积淀在其表面了。

从20世纪50年代开始，美国另辟海水淡化的新路径。政府专门建立了海水淡化办公室，支持海水淡化技术的研究。佛罗里达大学和加州大学的科学家们对半透膜进行了研究，因为它可以阻止融化了的盐分流过，而让水渗透进来。这种半透膜(如细胞壁) 在大自然中普遍存在，在它的一边是含有盐分的溶液，而在另一边则是含盐极少的溶液，水透过半透膜从含盐浓度低的一边向含盐浓度较高的一边渗透，这样做的目的是为了平衡膜两边溶液的含盐量，这一过程称为渗透性。研究人员琢磨，这种渗透性是否能够反其道而行之，对浓度较高一边的溶液施以压力，使得水分透过半透膜流向含盐浓度较低的一面，而高浓度的盐分则被挡在浓度较高的一面。

最初的尝试获得了一些有限的成功，只能产生极少量的淡水。到了1960年这种情况才有所突破。当时美国加州大学洛杉矶分校的西德尼·利奥伯( Sidney Loeb)和他的同事从醋酸纤维素（一种用于照相胶卷的聚合体）中获得了他们想要的理想渗透膜，这种新渗透膜大大提高了水分子渗透的速度。

         图 美国加州海水淡化工厂

1965年，美国加州科林佳一个“反渗透工艺”海水淡化工厂随之诞生。热力蒸汽压缩式海水淡化系统的能量需求与海水含盐浓度没有多大关系，而反渗透 海水淡化系统的能量需求则与海水含盐浓度成正比。海水含盐浓度越高, 所需施加的压力也越大，意味着需要更多的能量来给海水施压，使水分子透过渗透膜，盐分则被留下。一般来说，每升海水含有33-37克溶解固体海盐，要将海水变成饮用水，将近99%的盐分必须去除。浓度低于海水高于淡水的半咸水被称为苦盐水( brackishwater)，其含盐量少于海水，需要消耗的能量也较少，处理成本当然也更低, 一开始反渗透海水处理工艺主要应用于地下咸水等微咸水。

另一个重要的不同是，反渗透法海水淡化工艺需要对海水进行大量的预处理, 采用反渗透脱盐处理工艺的海水淡化厂先要经过过滤和化学处理等方法除去海水中的一些颗粒，以免杂质堵塞，影响渗透性，而渗透膜本身也需要定期清洗，以去除水垢和污垢。

上世纪70年代后期，美国中西部研究所和胶卷技术公司合作研发了经过改良的渗透膜，可进一步提高海水处理的流量，同时，这种渗透膜对于PH值和温 度变化的适应性也更强。在这段时期,第一批反渗透处理工艺海水淡化厂纷纷建立起来，这些早期的海水淡化厂对能源需求极大，第一个大型城市海水淡化厂于 1980年在沙特阿拉伯西部吉达开始投产，从海水中每生产1吨饮用水需用电8 度( 8千瓦/小时) 。

后来，由于在反渗透海水淡化工艺的高压系统中采用了压力交换式能量回收器，大大降低了海水淡化的能耗。高压泵迫使海水穿过渗透膜，其中一半以淡水形式出现在另一侧，剩下的盐水则在高压下被排出系统。这股被废弃的高压水流通过涡轮或转子时，能量得以回收, 再次用于对进入的海水进行加压处理。

反渗透海水淡化工艺的能耗逐步降低。采用了能量回收技术的美国一家海水淡化厂，从海水中每生产1吨淡水的耗电量仅有3.7度，热力蒸汽压缩式海水淡化工艺的用电量也大致相同，但却还需要大量的蒸汽。热力蒸汽压缩式海水淡化工艺只有利用其成本优势，并将废热加以利用，才有其实际应用价值。

因规模经济而导致的单位生产成本降低、更有效率的渗透膜工艺技术以及能量回收技术的进一步改进，有望大大降低反渗透法海水淡化处理的成本。虽然海水淡化厂的经营成本因地域差别而稍有不同，但总的来说，海水淡化的成本已从上世纪90年代的每吨约1.5美元降低到了2003年的每吨约50美分。因此,反渗透海水淡化法已成为大多数现代化海水淡化厂的首选工艺。有关专家估计，进一步提高能源效率，降低生产成本，其难度会越来越大。

为了进一步降低海水淡化成本，研究人员努力开发效率更佳的渗透膜，目的是令海水通过更为畅通，更少堵塞现象。例如，美国加州大学洛杉矶分校的埃里克·霍克( Eric Hoek)和他的同事们开发了一种渗透膜，上面植有含有极细液流通路的微粒,可使海水以更大的效率通过。该渗透膜光滑的表面使得细菌等杂物也更难附着其上。霍克博士估计，根据海水淡化厂的具体设计，这种新的渗透膜可降低能耗高达20%。加州大学的NanoH2O 公司正在将这项新技术推向市场。

与此同时，生产碳纳米管技术渗透膜的设想也引起了广泛关注。2006 年发表在美国《科学》杂志上的一项研究指出，纳米管渗透膜的水流通量之高将会令人惊异，但业内人士认为，这一技术方案还有一些关键问题需要解决方能付诸实施。

从保护生态环境的立场出发，海水淡化技术的实用和推广，还需要考虑如何减少对生态环境的破坏和影响。海水淡化对环境所产生的影响，包括进水和排水系统的设计，正在受到日益严格的审查。比如，降低进水的速度可使进水系统附近的鱼类和其他海洋生物及时躲避，尽管浮游生物或者鱼卵等也许仍然无法逃避被困在入水口拦网上或者被吸进淡水厂内的命运。

还有一个较大的问题就是海水淡化处理后的盐水。这些被重新排入大海的盐水含盐量是普通海水的两倍以上。迄今为止，还没有关于其长期影响的科学报道。过去大多数海水淡化厂都建立在没有经过环境评估的地方，但如今的海水淡化厂都建立在一些有着更为严格环境限制的地区。盐水排放的问题可以通过更好的工艺设计得到解决。

另外一个问题就是要解决金属和化学物质渗入盐水的问题。热力蒸汽压缩式海水淡化厂容易产生腐蚀现象,如铜等重金属的碎屑会从表面脱落，进入水流中，而反渗透海水淡化系统在其预处理和渗透膜清洗过程中，还会用到一些化学物质，其中一些就有可能混入盐水中。

不过，现代的海水淡化厂，在将废弃盐水排入大海之前，都已对其中大部分化学物质进行了处理，而新建的海水淡化预处理工艺也有可能减少或者完全取消化学物质的使用。

迄今为止的数据资料表明，与其他供水选择比较起来，海水淡化对环境的有害影响要小得多。比如从河里取用大量淡水，有可能导致当地鱼类资源减少，但是由于海水淡化的长期环境影响目前还无法确定，现在还很难作出最后定论。

据2013年统计，世界上已有120多个国家应用海水淡化技术，建立了16000多座海水淡化厂。已建成的海水淡化装机容量占比，沙特占22%、美国占13%、欧洲占15%，中国占1%左右。

截至2015年底，全球海水淡化日产水规模大约为 8655万立方米，其中80%用于饮用水，解决了世界上大约3%亦即2亿多人口的供水问题。

世界上海水淡化最多的地方是中东地区，那里淡水资源缺乏，水比油贵。因为能源供应充足，那里的海水淡化产业发展很迅速。中东地区的富油国淡水供应80%都是来自海水淡化。沙特阿拉伯、阿拉伯联合酋长国、以色列、地中海中部的马耳他，都建有规模巨大的海水淡化厂。

以色列拥有世界最大规模的海水淡化设施，有31个海水淡化厂，其中最著名的海水淡化企业IDE技术有限公司，是世界上唯一一家能同时提供热法和膜法两种海水淡化工艺技术及设备的供应商。IDE公司在世界各地的海水和苦咸水淡化项目有370多个。

澳大利亚海水淡化能力约为123万立方米/天，跃居世界第四大海水淡化国家，并建有世界最大的反渗透海水淡化工程——维多利亚44.4万m3/d工程。澳大利亚海水淡化水主要用于市政用途，占总装机规模的 92.8%，其次为工业、旅游和军用。

中国是一个海洋大国，拥有18000km长的海岸线，海洋资源丰富,沿线有大小城市50多个及诸多的中小岛屿。中国的海水淡化技术起步于20世纪60年代。目前已经掌握低温多效和反渗透两大主流海水淡化技术，建成多个具有自主知识产权的千吨级和万吨级示范工程，技术经济日趋合理。海水淡化设备国产化率稳步提升，低温多效法设备国产化率达到90%以上，反渗透法设备国产化率达到60%以上。但从近几年开工项目看，低温多效法和反渗透法基本平分秋色。

国家陆续出台全国《海水利用专项规划》、《国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见》等专项政策。截至2011年底，国内海水淡化装机规模已由10年前的不足3.0×104m3/d增加到近6.0×105 m3/d，海水淡化事业呈现出良好的发展前景。

总之，海水淡化技术可以有效的开发海洋资源、维持淡水供应，具有广阔的发展前景。随着科技的发展，生产工艺不断成熟，海水淡化技术正不断向低成本、低能耗、高效率和小污染的方向发展。