地球表面覆盖着大量的水，但遗憾的是，97%以上都是不能饮用的海水，只有一小部分江河湖泊里的水和地下水才能供人类饮用。气候变化、旱灾、人口激增以及日益增多的工业用水，这些都使得地球淡水供应日趋紧张。据联合国有关数据统计，地球上有10亿人生活在缺水地区；到2025年，缺水人口将增加至18亿。
海水淡化之前景诱人
解决全球水资源危机的可行办法之一就是进行海水淡化。海水淡化前景十分诱人，世界各大洋的海水用之不尽，而且不受旱灾等自然灾害的影响。50年前，美国总统肯尼迪就指出，“如果我们能够以较低廉的成本从大海中获取淡水，那将长远地造福人类，其意义远重于任何其他科学成就。”
国际海水淡化协会（the International Desalination Association）的最新统计数据显示，世界上已有13080个海水淡化工厂，每天可生产5560万吨饮用水，但这只占世界用水量的0.5%。而且约有半数以上的淡化工厂集中在中东地区，在这些国家里，能源价格较为低廉，而水却极为珍贵。
现在情况开始有所变化，世界上越来越多的地方在经历长期的旱情和水资源短缺的困扰，海水淡化生产呈上升趋势。仅美国加州就有约20家海水淡化工厂正在筹备中，其中包括圣迭哥附近一家投资3亿美元的海水淡化厂。澳大利亚也有多个城市正在计划筹建规模庞大的海水淡化厂，最大的一家在墨尔本附近，全部投资估计达29亿美元。伦敦也有一家海水淡化厂正在建设中。据国际水务情报局（Global Water Intelligence）估计，到2015年，全球海水淡化处理能力将翻一番。
但并非所有的人都对海水淡化前景持乐观态度，一些环保组织担心，海水淡化工厂将消耗大量能源，产生更多的温室气体。据估计，一个大型海水淡化工厂每年使用的电力相当于3万个家庭的用电量。
但也有一些令人振奋的消息，技术进步和日趋完善的生产工艺已逐步降低了海水淡化的成本和能耗，许多新建立的海水淡化厂都有严格的环保措施。如澳大利亚佩思最近建立的一个海水淡化厂所依靠的是附近一个风力发电场的可再生能源，除此之外，这个海水淡化厂拥有现代化的海水引入和废物排放系统，对当地海洋生物的影响可降至最低。西澳大利亚大学水研究中心副主任贾森•安特拉希（Jason Antenucci）说，该系统“为澳大利亚其他海水淡化厂建立了一个基准。”
建造中的海水淡化厂
海水淡化的早期历史
海水淡化的设想可追溯到古代的一些故事、传说，但直到16世纪，人们才第一次从海水中获得了可饮用的淡水。欧洲的探险家们为了解决长时间海上航行的淡水缺乏问题，安装了简单的脱盐装置，以备不时之需。这种海水淡化方法简单原始，效率很低，通过在炉火上煮沸海水的方法来获取淡水。
海水淡化技术的一个重要进展源自于制糖业，为了产生结晶糖，需要大量的燃料来加热糖浆，蒸发掉其中所含的水分。大约在1850年，一位名叫诺伯特•瑞利克斯（Norbert Rillieux）的美国工程师在高效炼糖技术方面获得了好几项专利，他当年的设想已演化成如今的“低温多效蒸馏海水淡化技术”。瑞利克斯的发明使得炼糖工艺的能源消耗降低了20%，但直到半个世纪之后，他的方法才被推广到了其他行业中，19世纪后期，淡化海水的多效蒸发器开始出现在轮船上和一些干旱缺水的国家里，如也门和苏丹。
20世纪上半叶有几家利用多效蒸馏海水淡化技术的海水淡化厂问世，但由于这一技术还存在着一定的缺陷，无法得到普及，海水中的沉淀物往往会在热交换器的表面积聚起来，影响海水淡化的效率。20世纪50年代出现了一种新型的热脱盐工艺，叫做多级闪蒸海水淡化技术（MSF），可有效减少杂质沉淀问题的影响。在这一工艺中，高压下加热处理的海水依次流过一系列处理容器室，每经过一道处理容器室，都有一部分海水蒸发，每一个处理容器室的压力都低于前一个，浓缩的海水留在了容器底部，上升的蒸汽则液化成淡水。由于蒸发过程不在热交换器表面进行，因此也就很少会有矿物质积淀在其表面了。
多石油而少淡水的中东国家很快就采纳了这种多级闪蒸海水淡化处理技术，由于该工艺需要用到热蒸汽，所以许多海水淡化装置就建立在发电站边上，以利于充分利用电站里剩余的热能。
海水淡化的技术进展
20世纪50年代，海水淡化的新路径研究开始兴起，美国政府专门建立了海水淡化办公室，支持海水淡化技术的研究。佛罗里达大学和加州大学的科学家们对半透膜进行了研究，因为它可以阻止融化了的盐分流过，而让水渗透进来。
埃里克•霍克研制了新的渗透膜
这种半透膜（如细胞壁）在大自然中普遍存在，在它的一边是含有盐分的溶液，而在另一边则是含盐极少的溶液，水透过半透膜从含盐浓度低的一边向含盐浓度较高的一边渗透，这样做的目的是为了平衡膜两边溶液的含盐量，这一过程称为渗透性。研究人员琢磨，这种渗透性是否能够反其道而行之，对浓度较高一边的溶液施以压力，使得水分透过半透膜流向含盐浓度较低的一面，而高浓度的盐分则被挡在浓度较高的一面。
最初的尝试获得了一些小小的成功，但很有限，只能产生极少量的淡水。到了1960年这种情况才有所突破，当时美国加州大学洛杉矶分校的西德尼•利奥伯（Sidney Loeb）和他的同事从醋酸纤维素，一种用于照相胶卷的聚合体中获得了他们想要的理想渗透膜，这种新渗透膜大大提高了水分子渗透的速度。1965年，美国加州科林佳一个“反渗透工艺”海水淡化工厂随之诞生。
热力蒸汽压缩式海水淡化系统的能量需求与海水含盐浓度没有多大关系，而反渗透海水淡化系统的能量需求则与海水含盐浓度成正比。海水含盐浓度越高，所需施加的压力也越大，意味着需要更多的能量来给海水施压，使水分子透过渗透膜，盐分则被留下。一般来说，每升海水含有33~37克溶解固体海盐，要将海水变成饮用水，将近99%的盐分必须去除。浓度低于海水高于淡水的半咸水被称为苦盐水（brackish water），其含盐量少于海水，需要消耗的能量也较少，处理成本当然也更低，一开始反渗透海水处理工艺主要应用于地下咸水等微咸水。
另一个重要的不同是，反渗透法海水淡化工艺需要对海水进行大量的预处理，采用反渗透脱盐处理工艺的海水淡化厂先要经过过滤和化学处理等方法除去海水中的一些颗粒，以免杂质堵塞，影响渗透性，而渗透膜本身也需要定期清洗，以去除水垢和污垢。
上世纪70年代后期，美国中西部研究所和胶卷技术公司合作研发了经过改良的渗透膜，可进一步提高海水处理的流量，同时，这种渗透膜对于PH值和温度变化的适应性也更强。在这段时期，第一批反渗透处理工艺海水淡化厂纷纷建立起来，这些早期的海水淡化厂对能源需求极大，第一个大型城市海水淡化厂于1980年在沙特阿拉伯西部吉达开始投产，从海水中每生产1吨饮用水需用电8度（8千瓦/小时）。
后来，由于在反渗透海水淡化工艺的高压系统中采用了压力交换式能量回收器，大大降低了海水淡化的能耗。高压泵迫使海水穿过渗透膜，其中一半以淡水形式出现在另一侧，剩下的盐水则在高压下被排出系统。这股被废弃的高压水流通过涡轮或转子时，能量得以回收，再次用于对进入的海水进行加压处理。
海水淡化成本及能耗
上世纪80年代压力交换式能量回收器的能量回收率只有75%，但最新的压力交换能量回收器从废弃水流中的能量回收已达到了96%以上，反渗透海水淡化工艺的能耗得以大大降低。采用了能量回收技术的美国加州佩思海水淡化厂，从海水中每生产1吨淡水的耗电量仅有3.7度，热力蒸汽压缩式海水淡化工艺的用电量也大致相同，但却还需要大量的蒸汽。国际淡化协会（International Desalination Association,IDA）的顾问汤姆•潘克拉兹（Tom Pankratz）指出，热力蒸汽压缩式海水淡化工艺只有利用其成本优势，并将废热加以利用，才有其实际应用价值。
因规模经济而导致的单位生产成本降低、更有效率的渗透膜工艺技术以及能量回收技术的进一步改进，将有望大大降低反渗透法海水淡化处理的成本。潘克拉兹指出，虽然海水淡化厂的经营成本因地域差别而稍有不同，但总的来说，海水淡化的成本已从上世纪90年代的每吨约1.5美元降低到了2003年的每吨约50美分。因此，反渗透海水淡化法已成为大多数现代化海水淡化厂的首选工艺（虽然由于能源紧张电价上升，每吨淡水的生产成本已上升至约75美分左右）。有关专家估计，进一步提高能源效率，降低生产成本，其难度会越来越大。
在水管理领域内使用海水淡化技术也许是保证全球水供应的唯一途径。为了进一步降低海水淡化成本，研究人员努力开发效率更佳的渗透膜，目的是令海水通过更为畅通，更少堵塞现象。例如，美国加州大学洛杉矶分校的埃里克•霍克（Eric Hoek）和他的同事们开发了一种渗透膜，上面植有含有极细液流通路的微粒，可使海水以更大的效率通过，该渗透膜光滑的表面使得细菌等杂物也更难附着其上。霍克博士估计，根据海水淡化厂的具体设计，这种新的渗透膜可降低能耗高达20%。目前，设在加州大学洛杉矶分校的NanoH2O公司正在将这项新技术推向市场。
与此同时，生产碳纳米管技术渗透膜的设想也引起了广泛关注。2006年发表在美国《科学》杂志上的一项研究指出，纳米管渗透膜的水流通量之高将会令人惊异，但业内人士认为，这一想法大约还需要十年左右才能付诸实施。
海水淡化与环境影响
随着海水淡化技术的日益普及，它对环境所产生的影响，包括进水和排水系统的设计，正在受到日益严格的审查。减少对生态环境的破坏和影响是一个需要慎重考虑的问题，比如，降低进水的速度可使进水系统附近的鱼类和其他海洋生物及时躲避，尽管浮游生物或者鱼卵等也许仍然无法逃避被困在入水口拦网上或者被吸进淡水厂内的命运。
另外一个较大的问题就是海水淡化处理后的盐水了，这些被重新排入大海的盐水含盐量是普通海水的两倍以上。迄今为止，还没有关于其长期影响的科学报道。过去大多数海水淡化厂都建立在没有经过环境评估的地方，但如今的海水淡化厂都建立在一些有着更为严格环境限制的地区。
佩斯海水淡化厂最近的一些观测数据令人鼓舞，水研究中心的科学家们一直担心，海水淡化厂高浓度的盐水重新排入大海会增加沿海海水的含盐量，但是有关监测研究发现，在海水淡化厂排放装置500米之外，海水含盐量即已达正常水平。有关专家还指出，盐水排放的问题可以通过更好的工艺设计得到解决。
澳大利亚佩斯海水淡化厂
还有就是金属和化学物质渗入盐水的问题，热力蒸汽压缩式海水淡化厂容易产生腐蚀现象，如铜等重金属的碎屑会从表面脱落，进入水流中，而反渗透海水淡化系统在其预处理和渗透膜清洗过程中，还会用到一些化学物质，其中一些就有可能混入盐水中。不过，现代的海水淡化厂，在将废弃盐水排入大海之前，都已对其中大部分化学物质进行了处理，而新建的海水淡化预处理工艺也有可能减少或者完全取消化学物质的使用。
至今为止的数据资料表明（虽然还比较有限），与其他供水选择比较起来，海水淡化对环境的有害影响要小得多。比如从河里取用大量淡水，有可能导致当地鱼类资源减少，但是由于海水淡化的长期环境影响目前还无法确定，现在还很难作出最后定论。有关报告建议，海水淡化的环境影响、以及如何减少这些影响，需要作为首要问题进行深入的研究。
反渗透工艺不仅用于海水淡化，还可用于废水循环处理。在加州奥兰治，再生水被用来补充地下水；在新加坡，再生水被加入当地作为饮用水来源的水库里。这种“从马桶到水龙头”的做法可能会让一些人觉得难以接受。但专事海水淡化对环境影响研究的德国奥尔登堡大学研究人员萨宾•拉特曼（Sabine Lattemann）指出，废水也是一种宝贵的资源，她说，“再生水利用的能量需求低于海水淡化，而且还能生产高质量的饮用水。”
咸海的海水淡化项目
由于地球水资源越来越紧缺，人们正在想尽各种办法来保证水的供应。世界上许多地方正在努力寻求节约用水的途径，这比海水淡化更经济，但在水管理中，海水淡化也不失为一种确保饮用水供应的有效方法。在干旱困扰的澳大利亚西部地区，一些自来水公司采取了“多样化管理”的模式，如今佩思居民饮用水的17%来自海水淡化，海水淡化已成为地球水资源来源不可缺少的一部分。