太阳能海水淡化技术

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第679页（2419字）

应用集热技术或将太阳能转变成电能，供给海水淡化中所需的全部或部分能量制取淡水的方法。

如蒸馏法中海水加热需要的热能，电渗析法中渗析及泵的动力所需的电能，反渗透法中加压和运输泵所需的电能等都可以利用太阳能供给。

太阳能海水淡化方法可分直接法和间接法两大类。直接法是将集能部(主要是集热器)和除盐部(蒸馏器)集于一体的方法；而间接法是将集能部(集热器、太阳电池等)和除盐部(各种淡化装置)分开，即通过集热器收集能量、用以驱动除盐装置的方法。

直接法 应用集热器将太阳光照变成热能直接加热海水、蒸馏制得淡水的方法，它分浅盘型(也称顶棚型、水平型)、倾斜型和多效型3种蒸馏装置。

(1)浅盘型：它由盛水的浅盘(20～40mm)和透明罩组成。太阳光透过透明罩照到盘内的黑色物质上，使其产热，使盘内的海水升温，产生蒸气，蒸气碰到透明罩被外界的空气冷却，凝结成水滴，流到淡水收集槽中，浓缩的海水在析出水垢之前排出。

这种方法产水量比较低，通常日照量145．4～290．8W／m²时，产水量约为2～4kg／(m²·d)。日本在屏风岛实验工厂试用此法后发现：采取保温措施可以提高产水量20%～30%；浅盘内海水浅时产水量高，但过浅易生成水垢；通过过滤、沉淀、酸洗及氯杀菌等方法可以预防或除去浅盘内的水垢。

此法已在科威特、希腊、印度和日本等国推广应用。

(2)倾斜型：倾斜型分倾斜浅盘型和倾斜吸水毛型两种。

倾斜浅盘型是将水盘由水平改成倾斜形，使海水沿着斜面流动，以提高集光效率和促进蒸发。其工作原理和浅盘型一样，但水层更浅。

采用此法产水量可提高30%～60%，但技术难点比较多。它要根据蒸发量调节海水的流量，而且由于水层浅很容易析出水垢。倾斜毛型是通过在倾斜型的水盘面上设置吸水毛储存海水，使海水层更浅，以减少热容量提高造水量。

(3)多效型：浅盘型和倾斜型都将蒸气凝结成水滴时的热量白白浪费掉了，为了提高热能的利用效率，利用这部分热量反复加热海水提高产水量，研制了多效型蒸馏器。

其工作原理：集热板被太阳光加热，在集热板的反面有吸水毛，浸存有海水，海水遇热蒸发，水蒸气遇到了下面冷的隔板凝结成水滴，凝结时产生的热量加热隔板反面吸水毛上的海水，使之蒸发。这样反复蒸发－浓缩－蒸发，最后通过最下层的散热板将余热排出。

还可装上反光镜增加集热量以提高海水的产量。采用这种方法，在日照量257．0W／m²时淡水产量为30kg／(m²·d)，大约是浅盘型的7．5～10倍。

间接法 用集热器将光能变成热能，或用太阳电池将光能变成电能，并以此作为海水淡化装置的能源制取淡水的方法。

此法又分以下几种：

(1)蒸馏法：在常压下，海水的沸点约100．5℃。海水蒸发约需2261kJ／kg的热量，蒸气在凝结成水时可放出同样的热量。根据这一原理，人们设法反复利用水凝时的热量以节省能源。

根据不同的利用方法，蒸馏法又分多级闪蒸法、多效蒸馏法和蒸气压缩蒸馏法。

(2)反渗透法：此法是利用压力差分离淡水，通过太阳能发电供给驱动高压泵所需的电能。沙特阿拉伯在吉沙建造的一个海水淡化工厂就是用此法进行海水淡化，1981年投入运转，产水量为0．2m³／d(1d运转12h)，太阳电池的电力容量为8kW(高峰时)，反渗透装置采用2级除盐方式。后又在阿拉伯湾卡塔尔建造了一个产水量为0．4m³／d的海水淡化厂，太阳电池的电力容量为11．2kW，1983年投入运转。

意大利在亚得里亚海的尼科拉岛建造了一个太阳电池的电力容量为65kW，产水量为30m³／d的海水淡化工厂，从1984年投入运行。1982年日本在冲绳泡濑地区建造了一个产水能力为15m³／d的太阳能反渗透海水淡化工厂，白天1／2电力使用太阳能电池。1987年在广岛因岛市的细岛建造的海水淡化工厂，太阳电池容量为30．4kW，产水能力为13．2m³／d。

(3)电渗析法：海水温度升高时，海水的粘度减少，因此在该系统中既可利用太阳电池供给电渗析法所需的能量，又可利用太阳热能提高海水的温度，从而降低耗电量。

此法目前还未推广应用。日本在香川县高见岛建造了一个产水能力为10m³／d的平板型集热器和高温电渗析槽相组合的实验工厂，主要是利用太阳热能提高海水温度，降低耗电量。

后在长崎福江市的黄岛建了一个太阳电池容量为25kW、电渗析槽容量为10m³／d的实验工厂，1986年投产，到1987年2月平均产水量为3．4m³／d。

中国应用太阳能淡化技术始于20世纪70年代中期。

最初用于甘肃的苦咸水地区，以后中科院能源研究所分别在南海岐州岛和西沙建立了两台顶棚式直接蒸馏装置，产水能力分别为1t／d和0．2t／d。1982年，该所又在浙江嵊泗建成1台设备完善、性能良好的装置，产水能力为2．3t／d。

中国南海诸岛地处热带，日照长，有充足的太阳能可以利用，开发太阳能海水淡化装置对这些地区有着重要的意义。由于这些岛屿远离大陆，要求设备简单，易操作、管理和保养。

从目前国内外研究情况看，采用直接蒸馏法最为有利。目前，浅盘型蒸馏器已推广应用，倾斜型蒸馏器正在研究，而多效型还未见研究的报道。

该法虽然难度比较大，但有发展前途，值得研究和探索。

(海军医学研究所朱世华、秦思昌撰)