Jebel Ali Desalination/zh
水资源短缺
地球表面 75% 是由水构成的。其中 97% 的废物存在于海洋，也就是咸水中。这样一来，只有 3% 的淡水可供人类饮用，这些淡水存在于地下水、河流和湖泊中。实际上，人类能够获取的淡水不到 1%。这意味着可用的淡水资源有限，并且正在快速消耗殆尽。地球表面之下确实蕴藏着淡水，但由于地下水太深，无法以经济高效的方式获取。水资源短缺是一个世界性问题。2005 年，有 28 亿人生活在缺水严重的地区。经合组织《环境展望》估计，到 2030 年，这一数字将增加约 10 亿，这意味着约有 39 亿人将难以获得水资源。这将占总人口的 47%（Khawaji，2008 年）。
许多半干旱和干旱地区面临水资源短缺的问题。另一个问题是，如果取水量超过自然更新速度，就会造成破坏，导致水资源枯竭、盐碱化和土地荒漠化。
随着人口增长和生活水平的提高，未来对淡水的需求将不断增加。因此，海水淡化等技术对许多国家（例如阿联酋）来说日益重要。看看刚刚启用M站的迪拜杰贝阿里水厂，就能明白可持续海水淡化的重要性。
迪拜的历史
与西方城市不同，迪拜仅用了50年时间，而不是一个多世纪，就从前工业化到工业化再到后工业化。它从阿拉伯湾的一个渔村发展成为一座21世纪的主导城市。以经济增长和房地产活动衡量，它被视为20世纪90年代最成功的城市之一。目前失业率低至5%左右。人均GDP是其最大邻国的五倍多，远高于该地区的其他国家。迪拜每年接待的游客数量高达约500万人次，超过埃及或印度。珍珠产业是19世纪大部分时间的经济基础（Pacione，2005）。
1902年，波斯向在其港口经营的商人征收高额关税，迪拜的经济因此蓬勃发展。这导致印度贸易以及商人、工匠及其家属纷纷转移到迪拜港口。20世纪初，迪拜不仅是与内陆地区贸易的主要集散地，也成为印度货物转口至波斯及周边国家的主要港口。
1966年近海发现石油后，矿业的发展彻底改变了迪拜的经济和社会。石油收入使政府得以承建大型基础设施和工业项目，例如拉希德港、干船坞、铝冶炼厂以及杰贝阿里港和工业区的建设。此外，当地商人群体也发挥着重要作用，因为许多人与国际人士都有联系（Pacione，2005）。
迪拜的城市发展经历了四个主要阶段：1900-1955年、1956-1970年、1971-1980年、1980年至今。人口快速增长：1833年：1,500人；1900年：10,000人；1968年：59,000人；1985年：370,788人；1995年：689,420人；2000年：862,387人（其中53%出生在国外）；2002年：961,000人。数据来源：Pacione，2005年
迪拜如此快速增长的主要原因有两个。首先是移民。以石油工业为基础的经济扩张产生了对劳动力和专业知识的需求，而这些需求只能从海外获得。其次是自然增长。迪拜的生育率开始上升，婴儿死亡率下降，此外，由于现代医疗保健的普及，预期寿命也得到了延长。目前，迪拜面临着为快速发展的城市提供充足的基础设施和服务的挑战。（Pacione，2005）
海水淡化
过去一个世纪，全球水资源消耗量急剧上升。中东和北非等许多地区正面临着可再生水资源即将耗尽的挑战。幸运的是，过去几十年来，海水淡化的成本及其能源强度已经降低。淡化水是中东地区饮用水的主要来源。
目前，全球海水淡化能力约为3200万立方米，拥有超过15000座海水淡化厂，足以满足约1.6亿人的需求（Schiffler，2004）。阿拉伯湾一直是海水淡化的热点地区，但已蔓延至地中海、红海、加利福尼亚、中国和澳大利亚。77%的海水淡化厂位于中东和北非。其次是欧洲（10%）、美洲（7%）和亚太地区（6%）。阿拉伯湾的海水淡化能力为1100万立方米/天。海湾地区的主要海水淡化生产国是阿拉伯联合酋长国、沙特阿拉伯和科威特。在地中海地区，西班牙是该地区最大的海水淡化国，占全球海水淡化能力的7%。红海的海水淡化能力占全球海水淡化能力的14%，为340万立方米/天。展望未来，全球海水淡化将快速增长（Lattemann，2008）。
海水淡化不仅适用于海水。目前的趋势表明，海水淡化工艺的源水通常为海水，占产量的58%。咸水占淡化源水的22%，废水占5%。对于需要高质量水的工业过程而言，淡化水是极佳的水源。用于灌溉的淡化水并不常见，但未来可能会大幅增加。目前，只有种植高价值作物才有可能实现（Schiffler，2004）。
海水淡化成本是最重要的因素之一。海水淡化成本的80%来自能源消耗和投资成本。能源消耗取决于工艺设计、膜类型、能量回收系统、淡化水水质、废水处理系统以及泵送系统（Lapuente，2012）。理论上，从海水中获取淡水所需的最低能耗约为0.7千瓦时/立方米。实际上，该能耗在3至15千瓦时/立方米之间。许多使用海水淡化技术的国家拥有丰富的国内化石能源，因此能源供应并非问题（Schiffler，2004）。
投资成本是指启动成本，包括工厂运营所需的土地、建筑和基础设施成本。海水淡化的平均财务成本为每立方米0.45至0.70美元。在干旱国家，从水坝等偏远地区获取传统水源的成本通常接近或高于海水淡化。海水淡化的另一个成本改进是工厂寿命。工厂寿命有所延长。以前，工厂寿命不到15年。现在约为20-25年（Schiffler，2004）。
过去几十年来，许多海水淡化技术得到了发展，以帮助供应淡水。海水淡化过程将含盐海水分离成两股：一股含有低浓度溶解盐的淡水流，以及一股浓缩的盐水流。海水不适合人类饮用，也不适合工业和农业用途。通过从无限供应的海水中去除盐分，海水淡化是重要的淡水来源。一些国家依靠海水淡化技术来满足其淡水需求。在中东，海水淡化是沙特阿拉伯、阿联酋和科威特等国重要且可靠的淡水资源（Khawaji，2008）。
海水淡化工艺包括热法、蒸馏法和膜法。其中最重要的技术包括多级闪蒸、反渗透和多效蒸馏。大多数新建工厂都采用膜技术，尤其是反渗透技术。
海水淡化有助于减轻传统水资源的压力，并缓解过度开发水体的压力。此外，淡化水不含病原体，这可能对一些发展中国家有所帮助。实际上，淡化水在饮用前需要进行再矿化处理（Schiffler，2004）。
争议
海水淡化是一项颇具争议的技术。它曾引发过环境和健康问题。这些问题已通过技术进步得到缓解。但许多影响仍然存在，尤其是在工厂运营阶段。最大的环境问题之一是盐水的排放，它是海水淡化的副产品。盐水是一种浓盐溶液，温度较高，含有化学物质。这些盐水通常会被排放回海洋，从而影响沿海或海洋生态系统。温暖的盐水实际上会改变水温，使栖息地不再适合某些物种的生存。这可能会改变生物多样性的构成（Schiffler，2004）。
对环境的另一个主要影响是发电厂生产电力和蒸汽过程中产生的温室气体排放。这是一个能源密集型的过程，会污染空气。
另一个问题是水源取水。基本上，大型管道被铺设在海洋中以引入海水。一些水生生物与取水滤网相撞或被水吸入工厂，这些生物的损失是一个问题（Lattemann，2008）。此外，噪音、视觉干扰、对公共通道和娱乐活动的干扰以及潜在的意外漏油也令人担忧（Schiffler，2004）。
重金属是另一个问题。铜镍合金通常用作蒸馏装置的热交换器材料。废水中的铜浓度为15-100微克/升。美国环保署建议，短期暴露的铜浓度为4.8微克/升，长期暴露的铜浓度为3.1微克/升。阻垢剂可防止废水结垢。废水中的结垢会导致水体富营养化问题。絮凝剂用于混凝和介质过滤。废水呈强烈的红色，这可能会增加浊度并降低光线穿透力。此外，废水中还含有：消泡剂、清洁剂（Lattemann，2008）。
海水淡化厂应采取措施减轻对环境的影响。水源取水口采用不同网状滤网组合，并降低取水流速，以防止动物被吸入。能源使用具有可再生能源的潜力。厂址选择也很重要。应避开独特、受保护、濒危或对当地食物或繁殖至关重要的生态系统和栖息地。厂址应靠近大海、供水管网和用户，以避免在输水过程中进行建设和占用土地，并减少管道和泵送作业。允许将能源连接到其他基础设施，例如道路和电网（Lattemann，2008）。
杰贝阿里海水淡化厂
杰贝阿里M电站于2013年4月8日正式启用，是阿联酋最大的发电和海水淡化厂。这座耗资100亿迪拉姆的燃气M电站与迪拜水电局（Dewa）在杰贝阿里运营的其他电厂并驾齐驱。该电站效率更高，这意味着生产相同电量所需的燃料更少。电费和水费的附加费与迪拜水电局支付给电厂的燃料价格挂钩。这些电厂的效率高达82%，而欧洲的效率仅为45%。
该电厂发电量达2060兆瓦，日产水量达1.4亿加仑。电厂拥有六台燃气轮机发电，高温废气通过锅炉加热海水产生蒸汽。蒸汽既可以用来驱动汽轮机，产生更多电力，也可以通过八台海水淡化装置生产饮用水。该电厂设计灵活，可以根据不同用途调整用量。其海水淡化装置是世界上同类装置中最大的。电厂利用废热生产水或电。先进的技术减少了温室气体排放，在生产水电的同时，将碳足迹降至最低。迪拜副酋长、财政部长兼迪拜水电局局长谢赫·哈姆丹·本·拉希德出席了电厂的揭幕仪式。
M水电站耗资27.2亿美元，由六台234兆瓦的燃气轮机和八台多级闪蒸海水淡化装置组成，每台装置日产水量为8万立方米。燃气轮机可以燃烧柴油，即使主要的天然气管道发生故障，工厂内储存的柴油也足以维持十天的运行。承包的海水淡化厂是意大利的FISIA公司。
M水电站的目标是提高电力和供水产能，以满足经济增长的需求。巨大的管道每天从阿拉伯湾引入多达10亿加仑的淡水。为杰贝阿里其他水电站供水的管道延伸至海面一公里，而M水电站的管道则位于近海。这是一项预防措施，旨在防止运营受到阿拉伯湾油轮泄漏的影响。一旦发生泄漏，将在进水口周围设置围油栏，以保护进水口免受浮油的影响，并确保M水电站继续运行，而其他水电站则必须关闭。（杰贝阿里M水电站正式启用，2013年；迪拜水电局）
与其他海水淡化方法的比较
多级闪蒸（MSF）
杰贝阿里工厂采用多级闪蒸（MSF）海水淡化技术。该技术是应用最广泛的热法海水淡化技术，占所有热法海水淡化产量的90%。它也是所有海水淡化技术中最耐用的，能够以极高的速率处理水，且维护成本极低。该技术能够生产大量的淡化水。该技术使用四到四十个腔室或阶段，每个阶段的温度和压力依次降低，以快速蒸发水，然后冷凝形成淡水。该技术在最高盐水温度下运行，温度为90-120摄氏度。其资本和能源成本是所有海水淡化技术中最高的。它还需要更大的占地面积和材料，因此其占地面积也最大（Thye，2010）。
由于脱盐水储存容量有限，大型工厂即使短时间被迫停机也会造成严重问题。MSF系统因其高可用性而受到青睐。与其他系统相比，MSF能耗较高，但在中东地区，MSF机组的订购和签约量仍然较大，尤其是大容量机组 (Darwish, 2002)。
反渗透（RO）
另一种海水淡化技术是反渗透 (RO)。RO 是一种膜法海水淡化技术。在全球范围内，它是应用最广泛的海水淡化技术。它是最主要的膜法海水淡化技术，占所有膜法海水淡化的 88%。在 RO 过程中，盐水被高压泵送通过由合成材料制成的半透膜，该膜只允许水通过，而盐和污染物则留在盐水中。它由四个子系统组成：预处理、高压泵、膜组件和后处理。有两种不同类型的膜可供使用：螺旋卷式膜或中空纤维膜。RO 的产能范围很广，目前最大的工厂产能为 320,000 立方米/天。RO 的资本成本较低，但由于膜更换成本高昂，维护成本也很高。膜的预期寿命可能只有五到七年。大部分能量用于驱动高压给水泵系统。RO 系统易受给水水质变化的影响。还存在由于高压操作而导致机械故障的问题（Darwish，2002）。
反渗透 (RO) 是多级过滤 (MSF) 系统的主要竞争对手。它降低了成本和能耗，并且可靠。由于膜材料的不断改进，RO 变得更具吸引力。RO 相对于 MSF 的主要优势包括：能耗更低，无需与发电厂合并或干扰其运行，开关操作简单，采用模块式交付，无需因紧急情况或日常维护而关闭整个装置 (Darwish, 2002)。
多效蒸馏（MED）
多效蒸馏 (MED) 是一种类似 MSF 的热力脱盐技术。它利用 8 至 16 个腔室产生的蒸汽，随后通过降低环境压力，在后续腔室组中冷凝成馏出物。最高温度为 70 摄氏度。该技术实际上是由化工行业开发的。装置的产能通常为 600 至 30,000 立方米/天。与 MSF 类似，MED 技术的能源成本也很高 (Thye, 2010)。
比较
为了比较这三种海水淡化技术，我们考察了成本、能耗和可再生能源潜力。如下两张图表所示，全球和阿联酋境内的技术分布有所不同。全球主要采用反渗透 (RO) 技术，而在阿联酋，多级过滤 (MSF) 技术最为常用。
另一项比较也得出了类似的结果（Thye，2010）。RO 的成本在每立方米 0.92-3.56 美元之间，MED 的成本在 0.90-3.06 美元之间，MSF 的成本在 1.36-4.30 美元之间。MSF 的总成本最高，且无需投资，允许的投资成本也高于其他两者。
在决定哪种技术最佳时，能源也是一个因素。能源消耗大量热能和/或电能。MSF 工厂处理一立方米水需要 55-220 千瓦时的热能和 4-6 千瓦时电能。MSF 工厂的平均运行温度为 112 摄氏度。MED 工厂的运行温度较低，低于 70 摄氏度。处理一立方米水大约需要 40-220 千瓦时的热能和 1.5-2.5 千瓦时电能。RO 不需要热能，仅消耗约 2.8-12 千瓦时的电能。它的运行温度也较低，低于 40 摄氏度 (Lattemann, 2008)。
可再生能源在世界能源格局中的地位日益突出。由于化石燃料供应有限，寻找能够利用可再生能源的技术至关重要。许多国家不愿依赖外国石油来供应能源。一位研究人员研究了可再生能源在海水淡化技术中的应用潜力。反渗透 (RO) 技术是最具潜力的可再生能源，它可以与风能和太阳能协同工作。多级循环 (MSF) 和多级电离 (MED) 技术需要热能，而太阳能热能是从可再生能源中获取所需热量的唯一途径。
结论
在比较成本、能耗和可再生能源潜力后，最可持续的选择是使用反渗透海水淡化技术，而不是多级闪蒸技术。此外，值得注意的是，MSF技术在阿联酋占据主导地位，这很可能是因为他们的能源来源是国内化石燃料。与许多试图摆脱对外国燃料依赖的国家不同，阿联酋仍在继续使用化石燃料技术，因为它拥有大量的本土化石燃料储备。这可能是他们除了拥有庞大的生产能力外，还继续使用MSF技术的原因。
最可持续的选择是节约用水，而不是淡化新的水源。无论从经济还是环境角度来看，这都是最佳选择。
参考文献
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Thye, John. “海水淡化：能否实现零温室气体排放并具有成本竞争力？” 耶鲁大学林业与环境研究学院。2010年5月9日。
| 作者 | 库尔科00 |
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| 引用为 | Kurko00 (2013–2022)。“杰贝阿里海水淡化”。Appropedia 。检索日期：2025年9月12日。 |
