水資源短缺
水佔地球表面的75%。百分之九十七的廢棄物存在於海洋中，即鹹水。這樣一來，適合人類飲用的淡水就只剩下 3%，這些淡水存在於地下水、河流和湖泊中。實際上人類能夠達到的程度還不到1%。這意味著可用的淡水資源是有限的，並且正在快速耗盡。地球表面下確實有淡水儲備，但其深度太深，無法以經濟有效的方式取得。水資源短缺是世界性問題。 2005年，有28億人生活在嚴重缺水的地區。經合組織環境展望預計，到 2030 年，這一數字將增加約 10 億，這意味著約 39 億人將面臨取水困難。這將佔總人口的 47%（Khawaji，2008）。
許多半乾旱和乾旱地區都面臨水資源短缺的問題。另一個問題是，如果取水率超過自然更新率，就會造成損害，導致水源鹽鹼化和土地沙漠化。
隨著人口的成長和生活水準的提高，未來將需要越來越多的淡水。這就是為什麼海水淡化等技術對阿拉伯聯合大公國等許多國家變得越來越重要。看看剛啟用 M 站的杜拜傑貝阿里工廠，就會發現可持續海水淡化的重要性。
杜拜的歷史
與西方城市不同，杜拜從前工業化到工業化再到後工業化僅花了 50 年時間，而不是一個多世紀。它從阿拉伯灣的一個漁業定居點發展成為 21 世紀的主要城市。以經濟成長和房地產活動衡量，它被視為 20 世紀 90 年代最成功的城市之一。目前失業率較低，約 5%。人均GDP是其最大鄰國的五倍多。人均GDP遠遠超過該地區其他國家。每年遊客人數高達約 500 萬，比埃及或印度還要多。珍珠產業是 19 世紀大部分時間的經濟基礎（Pacione，2005）。
1902 年，波斯對在其港口經營的商人徵收高額關稅，這座城市的經濟得到了發展。這使得印度貿易以及商人、工匠及其家人轉移到杜拜港口。 20世紀初期，這裡是與內陸貿易的主要集散地，也成為印度貨物轉口到波斯及其鄰國的主要港口。
1966 年在海上發現石油後，礦石工業的發展徹底改變了杜拜的經濟和社會。石油收入使政府能夠開展重大基礎設施和工業項目，例如拉希德港、乾船塢、鋁冶煉廠以及傑貝阿里港口和工業區的建設。此外，當地商人社區非常重要，因為許多人與國際聯繫人有聯繫（Pacione，2005）。
杜拜的城市發展經歷了四個主要階段：1900-1955年、1956-1970年、1971-1980年、1980年至今。人口快速成長： 1833：1,500 1900：10,000 1968：59,000 1985：370,788 1995：689,420 2000：862,387 53% 689,420 2000：862,387 53% 在國外出生 2020202020202 資料在國外。
杜拜如此快速的成長有兩個主要原因。首先是移民。以石油工業為基礎的經濟擴張創造了對勞動力和專業知識的需求，而這些需求只能從國外滿足。二是自然增長。該市的生育率開始提高，嬰兒死亡率下降，此外，由於現代醫療保健，預期壽命也有所延長。目前，它面臨著為快速發展的城市提供充足的基礎設施和服務的挑戰。 （帕西奧內，2005）
海水淡化
在過去的一個世紀裡，全球水消耗水準急劇增加。許多地方，如中東和北非，都面臨超越再生水資源限制的挑戰。幸運的是，過去幾十年來，海水淡化的成本及其能源強度已降低。淡化水是中東地區飲用水的主要來源。
目前，全球產能約3,200萬立方公尺，海水淡化廠超過15,000座。這足以供應約 1.6 億人的生活（Schiffler，2004）。強烈海水淡化的熱點地區是阿拉伯灣，但現在已經蔓延到地中海、紅海、加州、中國和澳洲。百分之七十七的海水淡化廠位於中東和北非。其次是歐洲（佔 10%）、美洲（佔 7%）和亞太地區（佔 6%）。阿拉伯灣的處理能力為 1,100 萬立方公尺/天。海灣地區的主要生產國是阿拉伯聯合大公國、沙烏地阿拉伯和科威特。在地中海地區，西班牙是該地區最大的產能，佔全球產能的 7%。紅海的容量佔全球的 14%，即 340 萬立方公尺/天。展望未來，全球海水淡化正快速成長（Lattemann，2008）。
海水淡化不僅適用於海水。目前的趨勢表明，海水淡化過程中，水源通常是海水，佔產量的58%。淡化水源水中22%為苦鹹水，5%為廢水。淡化水是需要高品質水的工業製程的優良水源。用於灌溉的淡化水不太常見，但可能會顯著增加。目前，只有種植高價值作物才可行（Schiffler，2004）。
淡化水的成本是最重要的因素之一。海水淡化成本的百分之八十來自能源消耗和投資成本。能源消耗取決於製程設計、薄膜類型、能量回收系統、淡化水質、廢水處理系統和泵送系統（Lapuente，2012）。理論上從海水中獲取淡水所需的最低能量約為0.7 kWh/m3。實際上，其範圍為 3-15 kWh/m3。許多使用海水淡化的國家都有大量的國內化石能源，因此能源不是問題（Schiffler，2004）。
投資成本是啟動成本，包括工廠運作所需的土地、建築和基礎設施成本。海水淡化的平均財務成本為 0.45 美元 - 0.70 美元/立方米。在乾旱國家，來自遙遠的傳統水源（如水壩）的水成本通常接近或高於海水淡化。海水淡化的另一個成本改進是植物壽命。植物壽命增加了。此前，工廠的壽命不到 15 年。現在大約是 20-25 年（Schiffler，2004）。
過去幾十年來開發了許多海水淡化技術來幫助供應淡水。海水淡化過程將含鹽海水分成兩股：含有低濃度溶解鹽分的淡水流和濃縮鹽水流。海水不適合人類消費以及工業和農業用途。透過從無限供應的海水中去除鹽分，海水淡化成為淡水的重要來源。有些國家依靠海水淡化技術來滿足其淡水需求。在中東，海水淡化是沙烏地阿拉伯、阿聯酋和科威特等國家重要且可靠的淡水資源（Khawaji，2008）。
海水淡化製程有熱法、蒸餾法和膜法。一些最重要的技術是多級閃蒸、逆滲透和多效蒸餾。大多數新工廠都使用薄膜技術，尤其是逆滲透技術。
海水淡化有助於減少常規水資源的壓力，並緩解過度開發水體的壓力。此外，淡化水不含病原體，這可能對一些發展中國家有所幫助。水在飲用前實際上需要重新礦化（Schiffler，2004）。
爭議
海水淡化是一項有爭議的技術。它存在環境和健康問題。這些問題已透過技術進步而減少。許多影響仍然存在，特別是在工廠運作階段。最大的環境問題之一是鹽水的排放，這是海水淡化的副產品。鹽水是一種濃鹽溶液，很熱並且含有化學物質。這些物質通常會被釋放回海中，影響沿海或海洋生態系統。溫暖的鹽水實際上會改變水溫，使某些物種的棲息地變得不適合居住。這可以改變生物多樣性的組成（Schiffler，2004）。
對環境的另一個主要影響是發電廠所需的電力和蒸汽生產過程中的溫室氣體排放。這是一個能源密集過程，會污染空氣。
另一個問題是水源的取水。基本上，大型管道被放置在海洋中以吸收海水。一些水生生物因與進水口篩網碰撞或被水吸入植物而損失，一直是一個問題（Lattemann，2008）。此外，噪音、視覺幹擾、對公共通道和娛樂的干擾以及潛在的意外石油洩漏也令人擔憂（Schiffler，2004）。
重金屬是另一個問題。銅鎳合金通常用作蒸餾裝置的熱交換器材料。廢棄流中的銅濃度為 15-100 ug/L。美國 EPA 建議短期暴露的銅精礦濃度為 4.8 ug/L，長期暴露的銅精礦濃度為 3.1 ug/L。防垢劑可防止水垢形成。這在廢水流中會導致富營養化問題。用於凝結和介質過濾的凝結劑。廢液流的顏色很深，紅色，可能會增加濁度並降低光穿透性。廢棄流中還含有：消泡劑、清潔化學物質（Lattemann，2008）。
海水淡化廠應採取措施減輕對環境的影響。水源取水採用不同網狀篩網的組合和低取水速度，從而防止任何動物被吸入。選址也很重要。如果生態系和棲息地是獨特的、受保護的、瀕臨滅絕的、對區域內進食或繁殖重要的，則應避免使用。該地點應靠近大海、靠近配水網絡和消費者，避免建設和土地使用管道以及用於配水的抽水工作。允許能源連接到其他基礎設施，如道路和電網（Lattemann，2008）。
傑貝阿里海水淡化廠
傑貝阿里M電站於2013年4月8日正式啟用，是阿聯酋最大的發電和海水淡化廠。這座耗資 100 億迪拉姆的燃氣 M 站與迪拜水電局 (Dewa) 在傑貝阿里運營的其他工廠一起。它提高了效率，這意味著產生給定功率所需的燃料更少。電費和水費附加費與 Dewa 為其工廠使用的燃料支付的價格掛鉤。工廠的效率為82%，而歐洲的效率僅45%。
該工廠的發電量為 2,060 兆瓦，每天可生產 1.4 億加侖的水。它有六台燃氣渦輪發電，熱廢氣透過鍋爐加熱海水產生蒸汽。蒸汽要么用於驅動蒸汽渦輪機，產生更多電力，要么通過八個海水淡化裝置生產飲用水。該工廠的靈活設計意味著可以調整每種用途的用量以滿足其需求。海水淡化裝置是世界上同類裝置中最大的。利用廢熱來生產水或電力。先進技術減少了溫室氣體排放，並以最小的碳足跡發電和供水。該工廠由迪拜副統治者、財政部長兼迪拜水電局總裁謝赫·哈姆丹·本·拉希德 (Sheikh Hamdan bin Rashid) 主持開幕。
M站耗資27.2億美元。它由六台 234 兆瓦燃氣渦輪機和八台多級閃蒸海水淡化機組組成，每台機組每天產水 80,000 立方米。燃氣渦輪機可以燃燒柴油，如果主要天然氣管道故障，工廠內儲存的柴油足以繼續工作十天。簽約的海水淡化廠為義大利FISIA
M站的目標是增加電力和水的生產能力，以滿足經濟成長。巨大的管道每天從阿拉伯灣抽取多達十億加侖的水。為其他傑貝阿里站供水的管道延伸至大海一公里，但 M 站的管道就在近海。這是一項預防措施，旨在防止阿拉伯灣油輪洩漏影響作業。如果發生洩漏，將在入口周圍放置圍油欄，以保護它們免受浮油的影響，並使 M 站能夠繼續運行，而其他工廠將不得不關閉。 （傑貝阿里 M 站正式啟用，2013 年；杜拜水電局）。
與其他海水淡化方法的比較
多級閃蒸 (MSF)
傑貝阿里工廠採用多級閃蒸 (MSF) 海水淡化技術。它是應用最廣泛的熱力海水淡化技術。它佔所有熱力海水淡化產量的 90%。它也是所有海水淡化技術中最強大的，能夠以非常高的速度處理水，幾乎不需要維護。它能夠生產大量的脫鹽水。它使用四到四十個室或階段進行操作，每個室或階段的溫度和壓力依次降低，以快速蒸發水，然後冷凝形成淡水。它在 90-120 攝氏度的最高鹽水溫度下運行。資本和能源成本是所有海水淡化技術中最高的。它還需要更大的土地面積和材料，使其佔地面積最大（Thye，2010）。
由於脫鹽水的儲存能力有限，大型工廠的強制停電，即使是短期停電，也會造成嚴重的問題。 MSF系統因其高可用性而成為首選。與其他系統相比，MSF 因能耗高而聞名，但在中東仍訂購和簽訂了更多的 MSF 裝置，特別是大容量裝置（Darwish，2002）。
逆滲透 (RO)
另一種海水淡化技術是逆滲透（RO）。 RO是一種膜法海水淡化技術。在全球範圍內，它是最常用的海水淡化技術。這是最主要的薄膜技術，佔所有膜海水淡化的 88%。在逆滲透過程中，鹽水被高壓泵入由合成材料製成的半透膜，該膜只允許水通過，將鹽和污染物留在鹽水中。它由預處理、高壓泵、膜組件、後處理四個子系統組成。可以使用兩種不同類型的膜：螺旋纏繞膜或中空纖維膜。 RO 具有多種容量，目前最大的裝置容量為 320,000 立方公尺/天。 RO 的資本成本較低，但由於薄膜更換成本較高，維護成本很高。膜的預期壽命只有五到七年。大部分能量用於驅動高壓給水泵系統。逆滲透系統很容易受到給水品質變化的影響。由於高壓操作還存在機械故障的問題（Darwish，2002）。
逆滲透 (RO) 是 MSF 系統的主要競爭對手。它降低了成本和能源強度並且可靠。隨著薄膜材料的不斷改進，逆滲透變得更具吸引力。 RO相對於MSF的主要優點是：消耗更少的能源，無需合併發電廠或乾擾其運行，開關操作簡單，以模組形式交付，無需關閉整個發電廠進行緊急或日常維護（Darwish ，2002）。
多效蒸餾 (MED)
多效蒸餾 (MED) 是一種類似 MSF 的熱脫鹽技術。它使用八到十六個室產生的蒸汽，然後透過降低環境壓力在隨後的室組中冷凝成餾出物。最高溫度70攝氏度。這項技術其實是由化學工業開發的。裝置的產能通常為 600 至 30,000 立方公尺/天。與 MSF 類似，MED 技術的能源成本很高（Thye，2010）。
比較
為了比較三種海水淡化技術，我們檢視了成本、能源消耗和再生能源潛力。如下兩張圖所示，全球和阿聯酋內部的技術分佈是不同的。在全球範圍內，主要使用RO技術，而在阿聯酋，最常使用MSF技術。
另一項比較顯示了類似的結果（Thye，2010）。 RO的成本在每立方米0.92-3.56美元之間，MED在0.90-3.06美元之間，MSF在1.36-4.30美元之間。 MSF在沒有投資的情況下總成本最貴，且允許的投資成本比其他兩者都大。
能源也是決定哪種技術最好的因素。能源使用大量的熱能和/或電能。對於一立方公尺的水，MSF 工廠需要 55-220 kWh 的熱能和 4-6 kWh 的電能。 MSF 工廠的平均運作溫度為攝氏 112 度。 MED 在 <70 攝氏度的較低溫度下運作。一立方米水大約需要40-220千瓦時的熱能和1.5-2.5千瓦時的電能。 RO不需要熱能，僅用電約2.8-12千瓦時。它也可以在 40 攝氏度以下的較低溫度下運作（Lattemann，2008）。
再生能源在世界能源中的地位越來越突出。尋找適用於再生能源的技術非常重要，因為我們的化石燃料供應有限。許多國家不想依賴外國石油來為本國提供能源。一位研究人員研究了海水淡化技術中再生能源使用的潛力。 RO是最具潛力的再生能源。它可以利用風能和太陽能。 MSF 和 MED 技術需要熱能，而太陽能熱能是從再生能源中獲得所需熱量的唯一途徑。
結論
在比較成本、能源使用和再生能源潛力後，最永續的選擇是使用逆滲透海水淡化技術，而不是多級閃蒸技術。此外，值得注意的是，無國界醫生的技術在阿聯酋佔據主導地位，這很可能是因為他們的能源來自國內化石燃料。與許多試圖不依賴外國燃料的國家不同，阿聯酋繼續使用化石燃料技術，因為它擁有大量庫存。這可能就是為什麼除了其龐大的生產能力之外，他們還繼續使用 MSF 技術。
最永續的選擇是節約用水，而不是對新水源進行海水淡化。從經濟和環境角度來看，這將是最好的。
參考
Darwish, MA、Al Asfour, F.、Al-Najem, N.“不同脫鹽方法等效工作的能源消耗：科威特案例研究。”海水淡化 152 (2002): 83-92。
杜拜水電局 (DEWA)。 「電。 2012 年發電和海水淡化廠裝機容量。杜拜政府。http://www.dewa.gov.ae/aboutus/electStats2012.aspx
“傑貝阿里 M 站在迪拜正式開業。”海水淡化和水回用。 （2013 年 4 月 9 日）。http://www.desalination.biz/news/news_story.asp?id=7018&title=Jebel+Ali+M+Station+officially+opened+in+Dubai
卡瓦吉、阿基利、庫圖布卡納、易卜拉欣、魏聖賢、鍾明。 “海水淡化技術的進步。”海水淡化 221 (2008) 47-69。
拉普恩特，恩里克。 “海水淡化的全部成本。塞古拉河流域的案例研究。海水淡化 300 (2012): 40-45
拉特曼、薩賓和湯瑪斯霍普納。 「海水淡化的環境影響和影響評估」。海水淡化 220.1（2008）：1-15。
梅澤爾、圖菲克、法斯、哈桑、阿巴斯、澤納、哈立德、阿爾斯蘭。 “海水淡化技術的技術經濟評估與環境影響。”海水淡化 266（2011）：263-273。
帕西奧內，麥可. "杜拜."城市 22.3 (2005)：255-265。
希夫勒、曼努埃爾. “21世紀海水淡化的前景與挑戰。”海水淡化 165 (2004)：1-9。
辛普森、科林. “阿聯酋最大的電力和海水淡化廠在傑貝阿里開業。”全國。 （2013 年 4 月 9 日）。http://www.thenational.ae/news/uae-news/uae-s-largest-power-and-desalination-plant-opens-at-jebel-ali
你，約翰。 “海水淡化：可以消除溫室氣體並具有成本競爭力嗎？”耶魯大學林業與環境研究學院。 2010 年 5 月 9 日。
