海水淡化 | 分散式海水淡化解决方案
编者按：在沿海缺水地区，海水淡化是一种前景广阔的解决办法。然而，海水淡化也面临着众多技术挑战。对此，分散式原位海水淡化能不失一种解决方案。相对于传统水源，海水淡化成本通常较为昂贵，这就使得许多地方对其心余力绌。传统认为，海水淡化工艺属于能源密集型工艺，膜过滤系统需要消耗大量电能。如今当下，技术进步和基础设施革新已经使得海水淡化成本与能耗大为降低，持续的技术创新对其普及应用至关重要。最新研究显示，分散式型原位海水淡化解决方案似乎与日俱增。这些方案如何因地制宜？在小容量情况下，它们能否能够扩大规模？让我们来看看各类公司和初创企业是如何做的。
什么是分散式海水淡化？
分散式海水淡化是指将海水淡化厂放在离水源较近的地方，通常位于海边。分散式海水淡化并非集中供水系统，而是供应当地社区或商业需求的小型淡化厂。
这些淡化厂所处理的海水仅为当地居民或少数企业提供充足用水，其目标用户并不是整个城镇/城市。这种设计具有众多优点：可降低生产成本、减少运输成本、满足沿海缺水地区或偏远岛屿社区特定用水需求、并扩大供水范围。
分散式海水淡化或将革故鼎新，尤其是对无电网且使用传统供水系统的离网型自给自足地区。
为什么需要分散式海水淡化解决方案？
随着世界人口持续增加和全球气候变暖，对淡水需求程度前所未有。获取淡水的传统手段，如，河流取水和地下储备正变得日渐式微，不可持续。
分散式海水淡化是一种更为节能、更容易扩大规模且可持续的解决方案；在交通不便地区，这是一种有利于确保水安全的方案。例如，作为国家发展计划的一部分，牙买加制定了2030年前全国饮用水100%供应目标，且该国已将目光投向国家海水淡化建设，而传统大型水厂向现有储存设施供水并不在其计划内。该国现已开始在特定地区建设小型分散式海水淡化厂。
分散式海水淡化公司Desolenator联合创始人Alexei Levene告诉水技术在线：“海水淡化是水行业中发展最快的行业之一。以往来看，海水淡化基础设施过大、能耗高，倾向于把海水淡化厂迁移出去，而不宜建在当地。确实，大型集中式工厂存在一些弊端。例如，印度大型煤电厂所生产的电能被传输至全国各地，其中，有50%~70%的能源在传输过程中被损失。同时，生活在城市中的大多数人之用水均来源于化石燃料运水车，这将同时损害道路和环境”。
“在世界大多数地方，特别是对于那些偏僻小型社区，分散式供水系统更有意义。由于水需要能源，在保证其自身水安全的同时，也实现了能源安全。此外，在确保水安全和能源安全后，就可以种植粮食，实现粮食安全。这就是海水淡化方兴未艾的缘由所在”。
分散式海水淡化方案如何因地制宜？
分散式海水淡化解决方案的一个显著优势是灵活性。这些系统可以根据不同需求进行设计，并部署在不同的地点。例如，在供水基础设施薄弱的城市，分散式海水淡化厂有助于缓解饮用水短缺。
同样，在分散式海水淡化方案帮助下，受限于碱性水（苦盐水）的沿海社区，可以迅速实现水的自给自足。这些系统可以设计成各种规模，从面向社区的小型工厂到面向工业部门的大型工厂。
此外，分散式设计减轻了对基础设施的需求，这使得小型工厂能建设在靠近人口中心的水源地，以满足用水需求。分散式设计在全球许多地区和国家正在迅速取代集中式设计。
有哪些分散式海水淡化方案？
1. 水下海水淡化
挪威初创公司Waterise开发了一种新型分散式海水淡化方法，与位于海洋附近的传统海水淡化厂不同，Waterise计划将海水淡化带到海底，在海底400 m处运行。
图1 Waterise开发的新型分散式海水淡化方法
（图片来自Aquatech）
该公司称，这种方法可以大大节省能源和占地面积，通过在水下部署集装箱式海水淡化系统，利用天然静水预膜压力实现海水淡化。
在挪威，其位于博克纳峡湾的试点项目已经证明，与传统反渗透技术相比，能源使用量减少了40%。此外，该公司认为，该方案所需土地比陆地工厂少80%。
由挪威股东私人拥有的Waterise公司正在推进其在沙特阿拉伯的首个商业应用。该公司还在西班牙、埃及、加那利群岛等国家商谈，以推广该技术。
2. 太阳能海水淡化
Desolenator是一种太阳能/热能分散式海水淡化方案，利用太阳能将海水可持续地转化为饮用水或超纯水；其专利技术从太阳中获取的能量是传统光伏电池板的4倍，可实现零有害化学品、零膜和零能量间断。循环技术与零液体排放相结合，能够在不产生有毒盐水的情况下生产出高质量的水和盐，这是颠覆行业的海水淡化循环方案。
图2 Desolenator海水淡化方案示意图
图片来自Aquatech
2022年，Desolenator为迪拜水电局（DEWA）交付了旗舰工厂。目前，Desolenator正在扩大模块化装置的规模，每个装置每小时可生产40 m3淡水，其平均制水成本低于1美元/(m3·d)。最近，该公司与阿布扎比食品、农业和技术公司——Silal合作了试点项目，利用太阳能海水淡化技术生产淡水用于灌溉，并为温室提供可持续冷却水。
3. 海浪海水淡化
Oneka技术公司开发了利用海浪可再生、可持续海水淡化装置。它在智利Algarrobo码头部署的系统在实现可持续发展目标，且不损害该国天然淡水资源情况下，帮助矿业公司获取所需大量用水。
图3 Oneka技术公司开发的海水淡化装置
（图片来自Aquatech）
此外，Oneka在佛罗里达州（美国）建立了一个示范点，首个Iceberg装置每天能够生产多达50 m3的淡水。不仅如此，Oneka还与加利福尼亚州布拉格堡市（美国）和新斯科舍省巴林顿市（加拿大）建立了合作关系，为社区提供可持续海水淡水方案。该公司最近宣布，它正在与AF Theriault、H2O Innovation和新斯科舍省巴灵顿镇（加拿大）合作开展Canada's Ocean Supercluster（OCC）项目。
Oneka技术公司首席执行官和联合创始人Dragan Tutic在接受水技术在线采访时说：“对海水淡化需求与日俱增，但海水淡化往往依赖化石燃料。为了解开这一桎梏，人们正在开发可持续方法。然而，保守的水务部门往往对未经测试的技术持怀疑态度。为了解决这一问题，公司正在调整商业模式。解决方案之一是将水作为服务提供，从而将财务和环境风险转移给供应商。法规是海水淡化项目的另一个挑战，当局支持对环境影响最小化的方案。强调诸如没有碳排放、不占土地、取水安全和盐水负责处理这样的具有环境效益的新海水淡化方法”。
