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第54章 让大海为人类奉献甘霖——海水淡化

小问号

21世纪将是水的世纪。20世纪初,国际上有一句流行语:“19世纪争煤、20世纪争石油、21世纪争水”。1993年1月18日,第47届联合国大会作出决议,确定每年的3月22日为“世界水日”,号召世界各国对全球普遍存在的淡水资源紧缺问题引起高度警觉。也许,我们会说地球上的水很多,地球水圈的总体积为13.8亿立方千米,把这些水平铺在地球表面,可以铺成一个厚达3.8千米的水层。可是,这些水的97.7%是苦咸的海水,可供人饮用及工农业生产需要的淡水只占2.3%呀,其中大部分以冰的形式贮存在极地和山岳冰川之中,参加循环的只有占地球水圈总量的0.5%的地下水和0.009%的江河、湖泊地表水。阅读了这一组数字,我们这才会猛然惊醒:水,生命之源,在大自然里循环几亿年的水,仍然是最为珍贵稀缺的资源!于是,四百多年前,人类把手伸向了大海,希望得到大海馈赠给人类的甘霖……

远在16世纪,英国女王就曾颁布过一道命令:对发明廉价淡化海水方法者给予一万英镑的奖金。当时的一万英镑也是一笔不菲的财富,大约折合今天的700万元人民币。遗憾的是,时间长河流了400年,仍然没有科学家能够得到这笔奖金,时至今日,英国政府宣布女王当年的悬赏有效,仍然期待着有作为的科学家登上领奖台。可以说,在漫长的400年里,人们从来没有停止探索的脚步。进入20世纪后,海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展。70年代以后,更多的沿海国家由于水资源匮乏而加快了海水淡化的产业化。目前,科学家们发明了多种淡化海水的方法,如:蒸馏法、薄膜反渗透法、离子交换法、电渗析法、压渗法、水合物法、溶剂萃取法等。

在我们普通人的眼里,海水淡化是一件很简单的事,只要将咸水中的盐与淡水分开即可。最简单的方法,一个是蒸馏法,把水蒸发而盐留下,再把水蒸气冷凝为液态淡水。另一个是冷冻法,即冷冻海水,使海水结冰,在液态淡水变成固态的冰的同时,盐也就被分离了出去。然而,蒸馏法会消耗大量的能源,并在仪器里产生大量的锅垢,得到的淡水也不多。冷冻法同样要消耗许多能源,得到的淡水味道又不好。因此,这两种海水淡化的方法始终不能尽如人意。

1953年,一种新的海水淡化方式问世了,这就是反渗透法。这种方法利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。在通常情况下,半透膜允许溶液中的溶剂通过,而不允许溶质透过。由于海水含盐高,如果用半透膜将海水与淡水隔开,淡水会通过半透膜扩散到海水的一侧,从而使海水一侧的液面升高,直到一定的高度产生压力,使淡水不再扩散过来。这个过程是渗透。如果反其道而行之,要得到淡水,只要对半透膜中的海水施以压力,就会使海水中的淡水渗透到半透膜外,而盐却被膜阻挡在海水中。这就是反渗透法。反渗透法最大的优点就是节能,生产同等质量的淡水,它的能源消耗仅为蒸馏法的1/40.因此,从1974年以来,世界上的发达国家不约而同地将海水淡化的研究方向转向了反渗透法。

令人激动的是,正当反渗透法在海水淡化上大显身手之际,科学家又让古老的蒸馏法重新焕发生机,创造了一种新的蒸馏法,即:通过给海水适当加压、加温,以及真空蒸馏装置的作用,让它在瞬间急速蒸发,全部变成水蒸气,最后变成淡化水。现在,世界上的大型海水淡化工厂,大多采用新的蒸馏法。在盛产石油的西亚,土地富得流油,却打不出一口淡水井。1983年,沙特阿拉伯在吉达港修建了日产淡水30万吨的海水淡化厂,科威特也建设了每天可以生产淡水100万吨的工厂。

目前,世界上用得最广的是蒸馏和薄膜法,全球日产淡化水约2700万吨,其中淡化海水较多的是沙特阿拉伯等中东地区的国家,已占其淡水供应总量的80%以上,大约有1亿多人口依靠淡化的海水来养活呢。这难道不是上帝恩赐给人类的甘霖?当然,它更是人类智慧的结晶!

“小档案”

人类社会对水的消耗已经打破了水循环的自然平衡。按发达国家标准计算,工业上生产1吨合成橡胶需要2500吨水,农业上生产制作一块面包所用的小麦需要140千克水。进入20世纪以来,随着人口的剧增和社会的发展,淡水用量增加了8倍,其中城市居民生活用水增加了12倍,工业用水增加了20倍。从全球范围来看,根据联合国统计,全球淡水消耗量20世纪初以来增加了约6~7倍,比人口增长速度高2倍,全球目前有14亿人缺乏安全清洁的饮用水,即平均每5人中便有1人缺水,每天约有6000~35000名儿童因喝不到足够的洁净淡水而死亡。估计到2025年,全世界将有近1/3的人口(23亿)缺水,波及的国家和地区达40多个,中国是其中之一。

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