海水海冰淡化

从海鱼的“排盐装置”说起

海水是咸的，那为什么生活在海洋中的鱼没有被“渴”死呢?

我们都知道这样一种物理现象：如果把容器用一个半渗透性薄膜隔开，左边盛着含盐量高的水，右边盛着含盐量低的水，那么，右边的水就会向左边渗透，直到两边含盐量相等为止。鱼的皮肤表层、口腔黏膜、鳃以至所有器官和组织的单个细胞的膜都是这种半渗透薄膜，而海鱼体中的盐量通常比海水中的低，因此，海鱼体内的水分会自动向体外渗出，使体内含盐量增高。为了补偿渗出的水并且保持体内一定的含盐水平，它必须多补充水，而且，要把它喝进去的咸水变成淡水，因此，一种高效安全的“排盐装置”对海鱼来说是非常必要的。海鱼的这一“装置”不是肾脏，因为肾脏只能排除低度盐水，而且在排除盐分的同时，还要排除大量的水，这是不适宜的。它利用的是鳃里的一种特殊的细胞组织，科学家们称之为“氯化物分泌细胞”。它像过滤器一样，能把鱼体内过多的盐分迅速排出体外，好像是座淡水车间，效率相当高，即使世界上最先进的“海水淡化器”也望尘莫及。因此，尽管体内淡水不断通过皮肤往外渗，它还可以不断喝进大量海水来“解渴”。

鱼用自己的方法从海水中提取淡水满足自身需要，人类对淡水的需要更是超出我们的想象。面对浩瀚的海洋，我们如何把它变成我们的淡水资源呢?下面介绍一下海水淡化、海冰淡化的当前状况。

趋于成熟的海水淡化

海水淡化方法目前主要有以下几种：

蒸馏法 最早采用的海水淡化技术，是海水淡化最主要的方法。蒸馏法海水淡化是将海水加热蒸发，再使蒸汽冷凝得到淡水的过程。蒸馏法具有其他淡化方法不可比拟的特点：设备简单可靠；受原水浓度限制较小，即当料液浓度变化时，蒸发过程的条件改变不大，能耗变化较小，故蒸馏法更加适合于海水及高浓度苦咸水淡化；海水蒸发所得的水就是蒸馏水，水质较高；直接利用热能，较为经济。

蒸馏法的优点是工艺简单易于实现，并不受水中含盐量的限制，适用于余废热可利用的项目，设备容量大，所产淡水水质纯度较高，产品水含盐量为2～10毫克／升，装置进水可不经预处理直接由海水提供。故该装置多用于沿海的火力发电厂、核电站。其缺点是能耗多、设备费用高，存在设备、管路结垢与腐蚀问题。

反渗透法(超过滤法)一种膜分离技术，利用选择性半透膜装置，当连通器盐水侧对液体压力P大于渗透压H时，盐水中的水分子将通过半透膜而溶质仍被半透膜隔离于盐水侧，致使盐水浓度加大，这个过程与自然界正常渗透过程相反，称为反渗透。为使反渗透装置正常运行，盐水侧压力必须高于渗透压H，一般在4～7兆帕范围内。

反渗透装置投资省、能耗低、建设周期短易于自动控制，适用于海水、苦咸水大中型规模的淡化工程，装置体积小，设备及操作简单，且在常温下操作，设备的腐蚀和结垢程度较轻。存在的问题是膜的寿命和抗污染性能。与其他海水淡化法相比，反渗透法淡化海水的最大优点是节能。此外，所用的膜是卫生的高分子材料，能完全截留细菌、病毒、重金属离子等有害物质，有利于人体健康。所以用反渗透法淡化海水，配以其他技术，可保留海水中存在的对人体有益的多种微量矿物质，是可以直接生饮的安全饮用水。

真空冷冻法 真空冷冻一汽相冷凝海水淡化新技术是依据海水的三相点理论，使海水同时蒸发与结冰的一种低能耗、轻腐蚀结垢的海水淡化方法。海水三相点是使海水汽、液、固三相共存并达到平衡的一个特殊点。若压力或温度偏离该三相点，平衡被破坏，三相会自动趋于一相或两相。

真空冷冻法海水淡化正是利用海水的三相点原理，以水自身为制冷剂，使海水同时蒸发与结冰，冰晶再经分离、洗涤而得到淡化水的一种低成本的淡化方法，与蒸馏法、膜法相比，能耗低，腐蚀、结垢轻，预处理简单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种较理想的海水淡化方法。国外早在20世纪60年代就已开始研究，但目前为止尚没有商业化，主要原因在于过程中产生的三相点蒸汽难以去除和冰晶的输送、洗涤较难。

以上介绍了现在社会常用的海水大规模制取淡水的方法。在日常生活中，有需要就有创造力。

最近西方发达国家设计出一种救生用小型风力海水淡化器，该海水淡化器由一个风力发动机和一些水平的同轴分配器组成，分配器与浸泡、吸附盐水的似灯芯材料接触。风能在液体的热介质中直接转换成摩擦热能，在直接连接到风力发动机的旋转轴与第一个分配器之间形成一个盐水薄层；摩擦热能在所有分配器上循环传递，不断增加着蒸馏水的产量。此蒸发器由风力驱动。当不用时，叶片可折叠存放。装置外部直径0．15米，长度0．35米。预计产水性能：当风速为6米／秒时，产淡水1．5千克／天以上，足够1人每天的用量。以后人们出海作业再也不用担心淡水问题了。

看来，伴随着科技的日新月异，必将涌现更多性能好、高节能的海水淡化方法。

前途光明的海冰淡化

海冰淡化，顾名思义，就是从海冰中提取淡水。从冷冻原理我们知道，海水结冰形成海冰，在结冰的同时大量的盐分被排除在冰晶之外。大家认为海冰就是纯净冰晶吗?答案是否定的。海冰中是含有盐分的，海冰里的盐分是海冰形成过程中包裹的海水，也就是所谓的盐泡。把海冰击碎盐泡也随之破碎，盐水就会流出。但是由于冰温较低，盐泡中盐水黏度较大，盐泡破碎后盐水都粘附在冰表面。给以外力或降低黏度，使盐水从冰表面脱掉，这就是海冰淡化的基本原理。

同海水淡化一样，海冰淡化技术也有了突破性的进展。以中国的环渤海地区为例：中国科学家已能将渤海海冰作为淡水资源加以利用，灌溉农田、养殖淡水鱼，在世界上做出了一项具有原始创新性的工作。

环渤海地区是我国经济发达和城市化水平较高的地区之一，然而，水资源严重不足已成为制约该区经济社会可持续发展的主要因素。而海冰淡化恰恰可以解决环渤海地区的水资源问题。该地区冬季气温较低，每年结冰期长，结冰量大，可开采的海冰不少于400亿立方米，相当于南水北调三条线调水量的总和。渤海湾冰区，海冰盐度为0．14％～0．4％，平均为0．26％。若对海冰融水再成冰，其盐度降低幅度在40％～70％，融水盐度可到0．05％～0．2％。可见研究利用沿海地区的海冰融水是开辟新水源的一种重要方式。

另外这些资源在冬天采集收存，春夏加以利用，是丰富的淡水资源的原材料，而且这种资源只要有较低的温度作为保障可以取之不竭。可见海冰淡化是解决环渤海地区水资源短缺的创新技术，与海水淡化工程相比较，海冰淡化示范工程在投资额、产水量、造水成本、大规模战略水资源储备等方面都具有明显优势。

海冰作为淡水资源，其主要限制因子是海冰融水的盐度和碱度。我国北方沿海地区海冰融水盐度在该区作物生长的容许范围内，可直接用于灌溉农田。同时，渤海海冰融水也可作为城市清洁(环境卫生)用水和一些工矿企业设备冷却用水。

我国水资源匮乏，又是海洋大国，沿海城市一半以上缺水，所以海水淡化、海冰淡化应作为解决沿海和岛屿水资源不足的重要途径和方法之一。应加快海水淡化开发利用的战略对策研究和实践，使我们国家不但是海洋大国，还要成为海洋利用强国。