淡水资源短缺成为限制我国经济社会可持续发展的一个重要因素。海水淡化作为一种淡水开源技术，在解决我国淡水资源短缺问题中将起到重要作用。膜蒸馏技术是一种膜法和热法结合的新型分离技术，该过程在海水淡化方面有着巨大的潜力。传统膜蒸馏过程以膜两侧易挥发组分蒸汽压差为驱动力，所以浓缩倍数不直接受料液渗透压影响。膜蒸馏过程具有操作温和、脱盐率高、设备简单、可利用低温热源等优点，但其热效率很低。多效膜蒸馏过程在传统膜蒸馏过程基础上进行了热量回收，因此具有热利用率高的优点。本文研究了离子交换与多效膜蒸馏过程结合用于海水或浓海水深度浓缩的可行性。为防止在高浓缩倍率下海水或浓海水中的硫酸钙饱和析出，本文采用离子交换法对海水及浓海水进行选择性除钙。经过除钙后，海水中钙离子浓度可从410mg/L下降到35mg/L，海水淡化厂外排浓海水钙离子浓度从695mg/L下降至64mg/L，钙离子脱除率均在90%以上，而镁盐损失率低于10%。脱钙后的海水或浓海水采用具有内部潜热回收功能的多效膜蒸馏过程进行浓缩。本文以膜通量、造水比和馏出液电导率为多效膜蒸馏过程的性能指标，研究了操作条件对过程性能的影响。结果表明，脱钙后的海水或浓海水可被多效膜蒸馏过程浓缩至250g/L以上，膜通量最高可达6.07L/m2h，造水比最高达13.2；当除钙后海水浓缩至250g/L时，馏出液的电导率小于200μs/cm，膜通量和造水比仍可达3.61L/m2h和4.96。通过单因素实验发现，膜通量和造水比随着料液浓度上升而下降；热料液进口温度的提高能够大幅度提升膜通量和造水比；进料流速增加能够大幅度增加膜通量，但会导致造水比下降；随着冷料液进口温度提高，膜通量增加而造水比下降。通过单因素实验结果可以得出，多效膜蒸馏过程中应该尽可能提高加热后热料液温度，选择合适的进料流速和冷料液进口温度。以除钙后的海水淡化厂外排浓海水为料液，利用两种不同的微孔膜制成的多效膜蒸馏组件进行了持续45天的过程稳定性实验研究，膜组件性能在试验期间没有明显下降。该研究结果表明多效膜蒸馏结合选择性脱钙是适合于海水深度浓缩及资源综合利用的高效节能技术，为多效膜蒸馏技术在海水淡化及浓海水处理等方面应用奠定了一定的理论基础。