海水与苦咸水淡化

利用物理和化学的方法，去除海水与苦咸水中的溶解性盐类，使其含盐量达到饮用水标准，称为海水淡化或苦咸水淡化。按饮用水质的卫生要求，水中的含盐量应低于1000mg/L。海水因含有大量的氯化钠、钙、镁、硫酸盐等，总含盐量为35,000mg/L，通常不能饮用。苦咸水由于地区地质情况不同，差异很大，往往含有较多的氯化物和硫酸盐等，一般含盐量为1000～5000mg/L，也有高达10,000mg/L以上的，不仅水味苦咸不适饮用，而且对没有适应的人，可影响胃肠功能和引起腹泻。中国海岸线长，岛屿较多，海水资源丰富，在沿海和西北干旱地区，也较普遍地存在着苦咸水问题。战时和长期驻守海岛、边防部队，在淡水水源缺乏和供应困难，可以采用海水淡化或苦咸水淡化的方法获得饮用水，常用的淡化方法有：
蒸馏法 将海水或苦咸水加热汽化，再使蒸汽冷凝可得淡水。蒸馏淡化的优点是不受原水含盐量的影响，制得淡水纯度高，但需要热源，蒸馏器易腐蚀和产生锅垢。常用的蒸馏形式有竖管蒸馏，蒸气压缩蒸馏，多级闪急蒸馏和太阳能蒸馏等。其中竖管蒸馏热利用效率高，多级闪急蒸馏适合于大规模生产，军事移动式装置常用蒸汽压缩蒸馏，较便于船载车拖。小分队久驻海岛、边防的条件下，为了节省热能，可以利用太阳能蒸馏(见图1)，但占地面积大，受地理气候条件的影响，每平方米设置每小时产淡水不到2L。也可以用塑料薄膜制成球状小型太阳能淡化器，做海上救生用。

图1 太阳能蒸馏示意图

电渗析法 利用直流电场作用，使海水或苦咸水中的阳、阴离子，分别选择性的透过阳、阴离子交换膜，从而达到淡化水的目的(见图2)。电渗析法除盐的耗电量与原水的含盐浓度成正比，海水含盐量高，耗电量大，经济效果较差，对含盐量5000mg/L以下的苦咸水淡化比较适宜。此法要有选择透过性能和导电性能良好的离子交换膜，并要求有足够的机械强度及化学稳定性。膜的种类很多，按化学结构分，常用的为异相（非均质）离子交换膜，以离子交换树脂粉，加粘合剂(如聚乙烯、聚乙烯醇等)调匀，压制成膜，其中交换基团分布不匀，有的涂布在塑料丝网上，可增强机械强度；还可以直接将离子交换树脂制成均相（均质）膜，其中交换基团分布均匀。目前研究的高温电渗析，淡化耗能量较小，但要求耐高温的离子交换膜。应用电渗析法淡化海水或苦咸水，还要进行水的预处理，选择适宜的电流密度，防止膜面极化和垢的形成。目前，驻某岛部队已有200m³/d的电渗析海水淡化装置。

图2 电渗析淡化水示意图
+阳膜 -阴膜 (+)阳极（一）阴极 ○阳离子 △阴离子

反渗透法 利用半透膜，在海水或苦咸水的一侧，施加大于海水或苦咸水渗透压的压力，迫使水透过半透膜，而把盐分阻留，达到淡化的目的(见图3)。反渗透和电渗析一样，没有相的变化，是目前几种淡化方法中耗能量最少的方法，所以近十年来发展很快，不仅可以除盐，而且能去除各种有机杂质和放射性物质。反渗透需要高压水泵，随着原水含盐量的不同，需要施加压力也不同，海水含盐量高，渗透压大，淡化时工作压力一般为56～70kg/cm2；苦咸水含盐量3000～5000mg/L时，操作压力一般为28～42kg/cm2。此法也是要求有优良的半透膜，开始研制成的是醋酸纤维素膜，以后又研制成除盐、透水性能更好的芳香族聚酰胺膜，醋酸纤维素混合膜，聚苯并咪唑膜，复合聚砜超薄膜等，除盐率可达99%以上，通水量可达0.5～1.0m³/m²·d。还研制成水合氧化锆-聚丙烯酸动力形成膜，用于淡化含盐量3000mg/L的苦咸水，除盐率约90%，透水量约为4～5m³/m²·d。膜的类型有板式、管式和中空纤维式。淡化装置有框板式、管式、卷式、中空纤维式和棒槽式，前两种结构简单；卷式和中空纤维式单位容积中膜的充填面积大，产水量较高；后一种组装容易，充填面积也较大。反渗透法淡化海水和苦咸水，也必须进行水的预处理，防止膜面极化和定期进行膜面清洗。

图3 反渗透原理示意图

离子交换法 利用离子交换树脂的活性交换基团，与含盐水中的阳、阴离子进行交换而获得淡水。通常是用阳、阴离子交换树脂柱串联除盐，使含盐水先经过阳离子交换树脂柱，再流经阴离子交换树脂柱除盐，如以含NaCl的盐水为例，其除盐反应式为：

因为离子交换反应是可逆的，当柱中离子交换树脂吸附盐离子达到饱和状态后，可用酸再生阳离子交换树脂，用碱再生阴离子交换树脂，即可重复使用。由于树脂的交换容量尚较低，所以离子交换法仅适用于淡化含盐量低的苦咸水。野战条件下，战士个人可采用离子交换树脂在行军水壶中进行苦咸水淡化。用苯乙烯强酸阳离子交换树脂，交换容量约4.5mEq/g（干），配合苯乙烯强碱阴离子交换树脂，交换容量约4.27mEq/g（干），制成苦咸水处理剂，每军用水壶加30g，可使含盐量5000mg/L的苦咸水，除盐到2500mg/L以下。使用时将苦咸水处理剂倒入行军水壶中，振摇15min，即可安全饮用。为了解决海、空军人员被迫落海时救生饮水，可以采用无机离子交换剂——银泡沸石，配制成海水脱盐块，每块重63～65g，可淡化海水约400ml，水质符合紧急饮用水的卫生要求，但成本较贵，只适于特殊情况下应用。
此外，尚有冷冻法、溶剂萃取法等，均在研究发展中。