無力場
[拼音]：haishui danhua
[英文]：sea water desalination
除去海水中的鹽分以獲得淡水的工藝過程。又稱海水脫鹽。其方法有兩類：
（1）從海水中取水。採用蒸餾法、反滲透法、水合物法、溶劑萃取法和冰凍法。
（2）除去海水中的鹽分。採用電滲析法、離子交換法和壓滲法。從理論上講，以海水含鹽濃度為35克/升和水回收率為50％計算，最小的能耗為1.53千瓦時/米3，但上述各種淡化方法的實際能耗，都遠遠超過此值。
早在15世紀，航海部門就曾以簡易的蒸餾裝置來解決海船在長期航行中的淡水供應問題。第二次世界大戰期間，出於戰爭的需要，用蒸餾法淡化海水的技術有較大的發展，已用於供應戰艦和島嶼的淡水。從20世紀50年代以來，隨著工農業的發展和城市人口的增長，淡水供應逐漸緊張，造成有些沿海城市嚴重缺水。因此海水淡化的技術，成為開發新水源的重要途徑之一。據1980年統計，全世界淡化裝置的每天總造水量為 727.5萬立方米，其中75.9％是蒸餾法生產的，其餘大部分用膜法（電滲析法和反滲透法）。
蒸餾法
所用的能源不同，流程和裝置也不同，常用的有多效豎管蒸餾，多級閃急蒸餾，蒸汽壓縮蒸餾和太陽能蒸餾等法。
多效豎管蒸餾
常用的改進型豎管內降膜式蒸發器（圖1）。把經過除去二氧化碳和脫氧後的海水預熱之後，從蒸發器上部引入，分別經各豎管下部的液體分佈器，使海水成薄膜沿內管流下。加熱蒸汽在蒸發管外壁凝成淡水時，釋放的潛熱傳入管內，使順內壁流下的海水沸騰蒸發。這時再次產生的蒸汽，稱為二次蒸汽。為了充分利用熱能，將二次蒸汽依次引入串聯著的各個蒸發器，接連冷凝和蒸發。這種方法稱為多效蒸發。蒸發器的個數，稱為效數。最末一個蒸發器（末效蒸發器）和減壓系統相連，保證濃縮海水的沸點逐效降低，使前一效的二次蒸汽能夠對後一效起加熱作用。根據能量守恆定律，在理想條件下每凝結1千克加熱蒸汽，大約可得到1千克二次蒸汽。若把N個蒸發器串聯起來，每消耗1千克加熱蒸汽，就可得到N千克二次蒸汽，從而生產N千克淡水，稱N為此淡化裝置的造水比。實際上，裝置流程的熱損失，使淡水產量有逐效下降的趨勢。因此，效數的增加和造水比的提高，都是有限度的。
多級閃急蒸餾
在一定的壓力下，把經過預熱的海水加熱至某一溫度，引入第一個閃蒸室，降壓使海水閃急蒸發，產生的蒸汽在熱交換管外冷凝而成淡水，而留下的海水，溫度降到相應的飽和溫度。依次將濃縮海水引入以後各閃蒸室逐級降壓，使其閃急蒸發，再冷凝而得到淡水。閃蒸室的個數，稱為級數，最常見的裝置有20～30級，有些裝置可達40級以上（圖2）。
多級閃急蒸餾不需要高壓蒸汽為熱源，特別適用於與熱電廠相結合的大型淡化工廠。若將建在海濱的核電站的發電，與這種海水淡化和海水的其他方面的利用結合起來，將是一種很經濟的綜合生產方案。
蒸汽壓縮蒸餾
蒸汽被壓縮後，壓力增高，溫度也隨之上升。根據這個原理，可將壓縮機的機械功轉化為海水蒸發所需要的熱能。對於二效蒸汽壓縮蒸餾裝置而言，可用第一效的二次蒸汽加熱第二效的海水；但是第二效的二次蒸汽的壓力和溫度都比較低，必須用壓縮機提高其壓力和溫度之後，才能用來加熱第一效的海水。蒸汽壓縮蒸餾的熱功效率比其他蒸發過程高得多，而且能直接用柴油機驅動，單位體積產量高，很適用於艦艇、島嶼和野戰的條件（圖3）。
太陽能蒸餾
利用太陽輻射熱從海水製取淡水。由於單位產量佔用的面積大，產量受到限制。但無需人工能源，操作簡便，適用於氣溫高和日照時間長的地區（圖4）。
反滲透法
反滲透是滲透的逆過程。正常的滲透是稀溶液中的溶劑通過半透膜進入濃溶液中的自發過程；而反滲透則是濃溶液中的溶劑受壓而通過半透膜的反自發過程（圖5）。海水的滲透壓約為25大氣壓，要使海水反滲透，施於海水的壓力必須高於此滲透壓。實際上為提高單位膜面積的水通量，通常採用的操作壓力，為海水滲透壓的2～4倍。反滲透脫鹽過程的機制非常複雜，已有的各種不同的解釋，都無法闡明此過程的所有現象。
反滲透膜
反滲透淡化器的核心部件。它要求透水率和脫鹽率高，抗壓實效能好等。研究得比較成熟而應用最多的反滲透膜材料，主要有醋酸纖維素和芳香族聚醯胺。為使膜材料適應反滲透的脫鹽要求，已製成了超薄複合膜。它是在一層機械效能較強的多孔基底上，敷上一層可抑制甚至於阻止進料流中的溶質透過、只容許水分子透過的皮膜而成。這樣的反滲透元件和預處理系統，不但可用來從地面水源（苦鹹水或海水）製取飲用水，還可除去水中的化學汙染物和放射性汙染物。
反滲透裝置
有各種不同型式：
（1）平板式。膜以微孔板支撐，單位體積的產水量低，已不再發展。
（2）管式。把制好的管膜緊貼在多孔管的內壁，適於處理食品工業中粘度較高的溶液。
（3）卷式。把平板膜和支撐體(網)一起卷在多孔管上，放入高壓容器內，粘合密封，使透過膜的產品水，彙集到中心多孔管而不使海水混入。
（4）中空纖維式。所用的纖維細如髮絲，中間成孔，具有很高的耐壓強度，無須另加支援體。把數百萬或數千萬根纖維裝入耐壓的圓柱狀容器內，使一端的纖維周圍密封。透過纖維壁進入內孔的產品水能從周圍密封的纖維開口端流出。
卷式和中空纖維式的裝置，單位體積的膜面積大，產水量高，是最有發展前途的兩種反滲透裝置。
電滲析法
水中的離子在直流電場的作用下，可通過半透膜。最初的惰性半透膜電滲析法，主要用於溶膠的提純，電流效率很低。到了20世紀50年代初，由於選擇性離子交換膜向世，才能夠用電滲析法淡化海水或苦鹹水。脫鹽用的選擇性離子交換膜有兩種：
（1）陽膜，只允許陽離子透過的陽離子交換膜；
（2）陰膜，只允許陰離子透過的陰離子交換膜。使陰膜和陽膜交替排列，中間襯以隔板（其中有水流通道），夾緊之後，在兩端加上電極，就成電滲析脫鹽裝置(圖6)。當海水流經電滲器時，在直流電場的作用下，陰離子透過陰膜向陽極方向遷移，途中被陽膜擋住去路，被水流沖洗而出；陽離子透過陽膜向陰極方向遷移，途中被陰膜擋住，也被水流衝出。透過陽膜或陰膜的水為淡水。結果，從大約一半的夾層流出的水為淡水，從另一半流出的則為濃縮的海水。
電滲析脫鹽所用的半透膜，除要求電阻低、透過的選擇性高、交換容量大和水的電滲小之外，還要求有一定的機械強度、尺寸不變和化學穩定性高等。
在電滲析脫鹽過程中，反離子（電荷與膜內交換基團相反的離子）在膜內的遷移速度比在溶液裡大，致使淡化夾層的內膜半身，溶液介面上的離子濃度低於主體溶液濃度而形成濃度差。當電流升至某值時，擴散遷移的離子不足以補充介面上離子的缺額，而使介面濃度趨近於零，這時的電流稱為極限電流。如再增加電流，就會迫使介面上的水分子解離，由解離出的H+和OH-來承擔超過極限值那部分電流的輸送。這種現象稱為極化現象。這不僅使電流白白消耗在無助於脫鹽的 H+和OH-的遷移上，而且會引起溶液的pH值發生變化，使鈣鹽鎂鹽之類的離子濃度的乘積超過溶度積，而在濃縮海水夾層的陰膜和陽膜的表面沉澱，阻塞水流通道，甚至被迫停機拆洗。防止極化沉澱的根本措施，是設法增加夾層溶液的攪拌作用和布水的均勻性，並把操作電流控制在極限電流之下。此外，定期倒換電極的極性，在濃縮海水夾層中加酸和進行不拆裝的化學清洗等，均能延長運轉週期。
為確定裝置的極限電流密度和確定操作的引數，普遍用J.R.威爾孫的經驗公式
Ilim=Kvnc
式中Ilim為極限電流密度(毫安/釐米2)；v為淡水層流速(釐米/秒);c為淡水層的平均含鹽濃度(毫當量濃度)；n為流速指數；K為常數。不同的裝置，有不同的n和K。通常n為0.5～0.9。
採用高溫電滲析，可明顯地提高極限電流，防止極化沉澱和降低耗能量。例如：75°C時的極限電流為25°C時的2.5倍，而耗電量僅為25°C時的50％。
電滲析脫鹽是離子在電場中遷移的結果，用於含鹽量高的海水淡化時，單位產量的耗電量大，很不經濟，故多用於淡化苦鹹水，或結合離子交換技術製造工業純水，很少單獨用於淡化含鹽量高的海水。
參考書目
王俊鶴等著：《海水淡化》，科學出版社，北京，1979。