水资源是与人类生活息息相关的资源之一，近年来全球水资源总量在减少，严重影响了经济发展和社会和谐，突显出世界经济和社会脆弱的一面。例如，2011年加利福尼亚的干旱，是其历史记录中最严重的一次，导致农业损失可能高达18亿美元；南非开普敦2018年实行了供水定量配给；美国各州的水资源管理机构中有80%预计未来10 a内本州将出现淡水短缺。我国也不例外，不断增加的水资源需求与有限的水资源矛盾一直存在，尤其是北方沿海地区，随着人口继续向沿海聚集，经济继续向沿海城市发展，北方沿海和华北平原地区不得不过度地使用地表水和地下水，造成地面沉降、河流湖泊干涸、水体污染严重。2020年底以来，我国江南、华南大部分地区、西南南部等地降雨量较常年同期偏少40%~70%，部分市、县、城镇出现供水紧张的状况，直接经济损失高达1.75亿元。

面对上述情况，应从可持续发展的角度出发解决上述水资源短缺的问题，而发展海水淡化是最为有效的措施之一。海水淡化是增加淡水供给的开源技术，海水淡化后不仅可作为市政供水，也可用作冷却、锅炉补给等各种工业用水，且海水淡化的生产不受气候条件的制约。笔者重点介绍了国内外海水淡化技术产业的现状，以及我国现有技术与国外技术相比存在的差距，并对海水淡化技术产业今后的发展趋势进行了探讨和展望。

国外海水淡化技术日趋成熟，新技术研发活跃。国外海水淡化技术的研究始于20世纪50年代，其发展重点主要集中在膜法（反渗透）和热法（多级闪蒸和低温多效）海水淡化。在膜法海水淡化方面，超滤膜、微滤膜的应用提升了预处理的技术水平，海水反渗透膜脱盐率达到99.85%、水通量增加了50%以上^〔1〕，能量回收装置效率高达95%以上，膜技术和能量回收的进步使得海水淡化的耗电量由开始的10~15 kW·h/m³下降到目前的1.6 kW·h/m³，已接近理论值（0.8 kW·h/m³）^〔2〕；单机最大规模已达到2.7万t/d；在热法海水淡化方面，海水淡化和燃气轮机发电机组联合生产已经成为主要建设模式，造水比设计值已由8提高到9.5~15。

目前，海水淡化技术已在160多个国家应用。全球海水淡化产能从2000年的不足0.3亿t/d已发展到2020年的1亿t/d，年均增幅超过7%。据文献统计，全球62%的淡化水用于市政供水（图 1），解决了3亿多人的饮水问题，其余满足工业、农业、旅游业及军事等方面的需求。沙特作为国际上海水淡化产能最大的国家，占世界海水淡化量的20%，海水淡化总规模已约890万t/d，全国70%的饮用水来自海水淡化；以色列自2003年先后在地中海沿线建设了5个大型海水淡化厂，每年可提供约6亿t的淡化水，相当于全国用水总量的30%，可饮用水供应量的70%。

海水淡化工程规模呈现大型化趋势，自2018年，中东和北非在建工程总规模超过300万t/d，且单体规模多数在30万t/d以上，如卡塔尔54.52万t/d的海水淡化工程、科威特22.73万t/d的反渗透海水淡化工程。在海水淡化的发展历程中，已逐渐形成了以多级闪蒸（MSF）、低温多效（LT-MED）和反渗透（RO）为代表的三大主流技术。由于造水成本方面的优势和供水应用的灵活性，应用最多的是反渗透法，约占64%（图 2）。目前全球运行的最大MSF、MED、RO海水淡化工程分别是沙特Shoaibah Ⅲ（88万t/d）、沙特Al Jubail（80万t/d）、以色列Sorek（62万t/d）。2019年10月启动的阿联酋90万t/d淡化厂，是全球在建最大的反渗透海水淡化项目，2021年3月阿联酋又启动了阿布扎比Mirfa的大型反渗透海水淡化项目，规模约68.2万t/d。随着海水淡化技术的进步和应用规模的扩大，投资和运行费用显著下降，40年前制水成本高于10美元/m³，如今淡化成本已下降到0.32美元/m³，但下降趋势逐渐变缓。

长期以来，欧洲很多发达国家以及亚洲的日本、韩国等在海水淡化基础理论研究、关键技术研发、核心装备开发、材料研制、工程运行等方面处于领先地位。以全系列反渗透膜为例，因其具有通量大、寿命长、脱盐率高等优势，全球高达90%以上的市场份额被美国杜邦（陶氏）、美国通用、日本东丽、日本东洋纺等公司占有；美国、瑞士研发的能量回收装置以95%以上的高回收率和高稳定性占据绝对优势；德国、丹麦研发的高效海水高压泵（运行效率为80%左右）占据全球市场；法国、以色列等在热法海水淡化传热材料、蒸汽喷射泵和压缩机等方面具有显著优势；法国、以色列、韩国、西班牙等国家的工程公司在国际市场上占据较大份额。

即使上述国家的技术和装备在全球已占据垄断地位，但依然积极开展海水淡化科技创新战略布局，加大新技术、新工艺、新材料等的研发投入。如：美国、日本已开展碳纳米管、石墨烯、生物合成等新材料的研发，引领了国际分离膜的研发方向；中东、北非地区积极推动大型海水淡化与可再生能源结合，并推动以膜法淡化替代20世纪70年代建设的热法淡化工程；国际一流研发机构正在探索新技术并陆续取得原创性成果，麻省理工学院、耶鲁大学、加州大学等相关研究尤其活跃。

国内海水淡化技术从最早的引进关键设备、集成共性技术和建设示范工程，发展到可以突破多项决定海水淡化能耗的关键技术、材料和装备，工程建设投资和造水成本也基本与国际水平持平。目前，国内海水淡化技术水平已有所提升、产业发展已初具规模，已掌握低温多效和反渗透海水淡化技术，具备系统集成和工程成套的能力。截至2019年底，已建海水淡化工程规模达157.38万t/d，其中2019年新增规模约39.91万t/d，为历史增长速度最快的年份，主要满足沿海城市石化、钢铁、核电、火电等行业的用水需求，但市政供水用途只有29%（图 3），且因各种因素制约几乎未真正进入管网。目前，我国自主技术建成单机3.5万t/d规模的多效蒸馏、2万t/d规模的反渗透示范工程；超滤、微滤膜和压力膜壳已出口国外，并具备一定的竞争力；国产反渗透膜建成规模化的生产线并得到一定范围的推广；海水高压泵的研制成功，实现了万t级工程的示范应用；能量回收装置的样机得到了工程验证；海水淡化与资源利用逐步形成产业链，与盐化工相结合的零排放工艺已成为我国的发展特色。

虽然我国自主技术已取得较大进展，并得到了一定规模的应用，但与国际先进水平的技术相比，我国海水淡化技术的技术引领性不强、产品稳定性不足、装备质量成熟度不够，约80%左右的万t级及以上的大型工程均采用国外的技术装备，反渗透膜、能量回收装置和高压泵等关键核心装备材料仍主要依赖进口，且缺乏大型工程化验证与产业化的应用经验，产业规模远不及国际水平，需要在以下方面实现突破：

（1）节能工艺、关键设备和材料方面。开发节能工艺技术，进一步优化高压泵、能量回收装置和反渗透膜等的性能。通过工艺、阻垢技术的创新，降低造水成本；解决高压泵大型化、效率低、流量扬程衰减的问题；突破能量回收装置效率低、设备笨重、稳定性差等技术难题；改变反渗透高端膜材料和制膜装备主要依赖进口的现状。通过自主创新技术的研发，摆脱关键设备材料受制于人的被动局面，促进和支撑大型或超大型海水淡化工程的实施。

（2）超大型海水淡化集成示范方面。开展超大型反渗透法、蒸馏法淡化的科技创新，性能指标达到国际先进水平。实现超大型海水淡化工程的自主技术和工程零突破；打通海水淡化浓盐水排海路径，优化排海方式，进行排放监测，防止和减少对海洋环境的污染；深入研究淡化水进入管网后的处理工艺，尝试将淡化水掺混进入市政管网或直接进行市政供水。

（3）海水淡化政策标准体系方面。健全标准体系、强化激励措施，推动完善政策标准体系。优化饮用水卫生标准相关指标，完善入网监测体系建设；鼓励采用政府购买服务或补贴等方式推动海水淡化水用于城市公共市政供水；建立合理的定价机制；鼓励社会资本采用PPP等多元化方式积极参与；增加海水淡化在水资源统一配置体系中的比例。

近年来，随着膜生产技术提高、成本降低，以及排放标准的提高和民众环保意识的加强，膜技术在我国污水处理领域的应用越来越多，特别是2010年来，膜生物处理技术（MBR）市场正在快速成长，项目数量和处理规模不断增加。据文献统计，2019年，中国的反渗透膜膜产业总产值达到2 773亿元，预计2022年将超过3 600亿元（图 4）。

在工业污水再生领域，反渗透膜应用规模于2019年底超过5 000万t/d（图 5），截至2019年底，我国万t以上MBR工程（含在建）规模超过1 900万t/d，最大的是2016年建成的北京槐房地下再生水厂，处理规模为60万t/d。现阶段应用主要分布在华北和华东地区，分别占总MBR项目的40%和20%以上，北京、天津、内蒙古等属严重结构性缺水的地区，华东人口密集，水资源紧缺严重，污水回用需求是MBR大规模应用的关键原因。

水电联产主要指海水淡化水和电力联产联供，可以利用电厂低品位蒸汽和电力为海水淡化提供动力，实现能源高效利用，降低海水淡化成本，是国际上大型海水淡化工程的主要建设模式。热膜耦合主要是采用热法和膜法海水淡化相联合的方式（即MED-RO或MSF-RO方式），满足不同用水需求，降低海水淡化成本，目前，世界上最大的热膜耦合海水淡化厂是阿联酋富查伊拉热膜耦合海水淡化厂，一期于2003年建成，淡化规模为45万t/d，热法产水量为28.4万t/d（产水比例为63%），膜法产水量为17万t/d（产水比例为37%）；二期于2011年建成，淡化规模为60万t/d。

海水淡化是能量密集型产业，传统的海水淡化以消耗化石燃料为能源，不仅成本较高而且存在CO₂气体排放等问题。目前，全球已有120多个国家设立了“碳中和”时间节点，因此，开发、利用以工业废热、核能、可再生能源为主的新能源海水淡化技术是必然趋势^〔3-5〕。采用工业废弃排放的低品位余热是降低蒸馏海水淡化成本的有效途径，发展能量回用技术和设备，充分利用余热、废热等二次能源已成为研究热点^〔6-7〕。我国2018年—2019年建成的浙江舟山绿色石化基地10.5万t/d的MED海水淡化工程、恒力石化（大连）4.5万t/d的MED海水淡化工程和河北纵横集团丰南钢铁2.5万t/d的MED海水淡化工程均采用了此项技术。不仅实现了余热、废热“零排”，解决环境问题；还提高了能源利用率和经济效益，做到“低碳增效”；同时为企业提供高品质淡水，“变废为宝”，减少了企业对传统淡水资源的依赖。

目前与海水淡化结合的新能源技术主要包括核能、太阳能和风能。核能海水淡化技术得到了国际原子能机构（IAEA）和世界许多国家的广泛重视，核电成本燃料约占总成本的25%，而燃煤机组燃料占总成本的50%左右，耦合方式主要有利用反应堆直接产生的蒸汽和核电站汽轮机抽汽进行的蒸馏淡化，以及利用核电进行的膜法淡化等。太阳能和风能等可再生能源淡化技术可离网运行、清洁程度高、成本低，适用于孤立海岛、偏远山区。海水淡化与可再生能源直接耦合仍然是一个具有潜力的新兴研究领域，需要深入研究耦合技术，扩大应用规模。

为了确保生计和生活不受水资源短缺的威胁，世界上不同国家和地区都不得开发新的海水淡化技术，加强技术合作，以提高水危机应对能力，促进全球水安全。美国农业部（USDA）通过“美国-以色列农业研究与发展双边基金”资助与海水淡化有关的研发，美国还通过提供技术支持启动中东淡化研究中心小型手持式淡化系统大奖赛。我国也积极参与国际海水淡化技术交流与合作，组建了环印联盟海水淡化技术转移协调中心、亚太脱盐协会秘书处等机构；针对非洲、西南亚及阿拉伯地区发展中国家，承办“发展中国家海水淡化与综合利用研修班”、“海上丝绸之路国家海水利用技术培训班”等。

我国企业积极开拓国外市场，承包海外大型海水淡化工程。2017年山东电建三公司与沙特海水淡化公司（SWCC）正式签署沙特延布三期5×660 MW燃油电站项目EPC总承包合同，海水淡化厂规模为55万t/d；2018年上海电气电站集团承制了恒逸（文莱）PMB石油化工项目配套3×1.25万t/d低温多效海水淡化工程主设备蒸发器；2019年中国能建葛洲坝国际公司将与法国SIDEM公司组成联营体负责项目EPC建设，反渗透海水淡化厂规模为68万t/d，为阿联酋百万居民供水；2020年山东电建三公司与ACWA Power签订沙特朱拜勒3A独立反渗透海水淡化项目EPC合同，规模为60万t/d，同年又连续签订了朱拜勒二期反渗透海水淡化项目，规模为40万t/d。可见，中东地区海水淡化设备市场潜力巨大，借助国家“一带一路”的发展战略，创造了我国海水淡化技术“走出去”的契机。

海水资源作为海洋资源的载体是自然资源的重要组成部分，海水中储存着地球上96.54%的水资源，面对水资源短缺的挑战，不少国家都进行了海水淡化的成功实践，拥有先进海水淡化技术和装备的国家已在全球淡化市场中获益，也惠及了当地人民。为推动我国海水淡化产业发展，2021年6月，由国家发展改革委、自然资源部印发的《海水淡化利用发展行动计划》（2021年—2025年）中提出了海水淡化发展目标和措施。在新的纲领性文件指导下，相信我国在未来的5~10 a能实现关键核心技术装备的自主可控，加快建成超大型国产化海水淡化工程，完成2025年全国海水淡化总规模达到290万t/d以上的目标，海水淡化标准体系基本健全，政策机制更加完善。