如何讓海水變成淡水

如此豐富的水資源卻不能直接被人類所利用，主要是因為海水中的鹽分高達33‰～38‰，根本無法使用。人類要想解決淡水緊缺的難題，淡化海水不失為一條良策。于是，科學家們邁開了探索的步伐并找到了一些行之有效的途徑。

目前，人們已研究出了多種海水淡化方法，但比較常用的實現海水脫鹽的方法主要有3種：蒸餾法、冷凍法和反滲透法。

最古老的海水淡化方法是蒸餾法，工藝較成熟，比較適用于處理海水。

這是一個大家都見過的方法，原理特別簡單。當海水被燒開時會冒出熱氣騰騰的水蒸氣，水蒸氣沒有什么雜質，遇冷會變成水，這一現象啟發了人們。海水蒸餾成淡水的方法，也就是首先把海水加熱到100℃，使海水冒出熱氣騰騰的水蒸氣。水蒸氣里不含鹽分，然后讓那些水蒸氣通過特別的管子跑到專門預備的冷凝裝置里。水蒸氣到了那里變成了一滴滴的小水珠，這些小水珠聚集在一起就成了淡水。

蒸餾法盡管簡單，但它耗時，而且得到的淡水十分有限，所消耗的能源也特別多。

為了減少能源的消耗，人們便創造了水電聯產這種把發電與海水淡化結合為一體的、更為先進的辦法。這種方法是把大中型海水淡化廠與火力發電廠相結合，利用電廠余熱的低壓蒸汽作為淡化裝置的主要能源。這樣，電廠高壓、低壓的蒸汽能量都得到了充分利用，大大提高了整個工作系統的熱效率，大幅度降低了發電與淡化兩個系統的設備造價和基本建設費用。因此，海水淡化的成本大為降低。

那冷凍法是怎樣的呢？我們知道，在日常生活中，含鹽的液體是不結冰的，只有淡水才結冰。海水雖然是咸的，但它依然會結冰，人們對此疑惑不解。后來，人們嘗試著把海水冰凍，發現海水不但會結冰，而且結出的冰一點也不咸。原來當海水不完全凝結時，它就分成幾乎不含鹽的冰和濃縮的鹽水。于是人們把冰從鹽水中分離出來。就這樣冷凍法便誕生了。

冷凍法比較簡單，只要使海水溫度處在冰點以下，海水中就會結出冰塊，然后把冰塊取出來融化，就成了淡水。

把海水變淡的另一個主要方法是反滲透法。反滲透法是用一個特殊結構的膜來過濾咸水。這種膜和平常有孔的過濾器不同，它是沒有孔的。對咸水施加足夠的壓力，鹽分等水合離子留了下來，而水卻能穿過膜，變成人們生活所需要的淡水。

上述是將海水中的淡水分離出來的3種方法，除了這些方法外，還可以采取離子遷移法和化學法除去海水中的鹽。食鹽以及大多數其他的鹽類的結構是由帶相反電荷的離子組成的。水合物是這樣形成的：當鹽溶于水時，這些離子就與水松散地結合在一起。因此，當晶體結構分解時，能獨立移動的離子就產生了。由于這兩種離子所帶的電荷相反，當它們處于兩個帶相反電荷的電極中間時，它們的運動方向是相反的。用這種方法使海水脫鹽，就是離子遷移法。而化學法則包括離子交換法和沉淀法。

既然有這么多的方法可以用來淡化海水，我們就沒必要再為淡水的缺乏而發愁了吧？不，以上幾種方法雖然可以實現海水的淡化，但是它們都有一個致命的弱點：成本高昂。據估計，用任何方法淡化海水，都需要11.6度電才能生產1000加侖的淡水。為什么耗電如此大呢？我們都知道水是液體，而液態水分子具有紊亂的分枝結構。如果通過離子轉換進行淡化，液態水分子的分枝特性仍然是一個障礙。將水合離子推過由分子緊密結合形成的“亂網”一樣的液體，就需要能克服阻力的額外的能量。因此，無論采用哪一種淡化方法，淡化成本都是目前最大的難題。

但科學家們為了人類的共同命運，仍在堅持不懈地進行著探索。大家都知道，水的汽化需要消耗熱，水蒸氣冷凝成液態水則要釋放熱能。在蒸餾中，這兩個過程是同時進行的。這個假設引起了人們的興趣：如果在同一溫度上進行兩個過程，熱量的釋放與消耗正好相等。這樣，除了偶然的熱量喪失之外，在用蒸餾法進行淡化時，就不需要熱能了。這一設想從理論上看起來雖然簡單，但實際操作中卻沒有那么簡單方便，因為咸水的蒸汽壓略低于淡水。從蒸餾器中釋放出來的咸水的蒸汽，在蒸餾器的溫度下無法冷凝成液態淡水，除非采用增大其壓力和密度的辦法將其稍微壓縮。如果進行了壓縮，在蒸餾的汽化過程中消耗的熱量，將在冷凝整齊時在冷凝器中全部釋放出來。如果能找到回收所有這種熱量的方法，就可將熱量再用來蒸發新的咸水。用這種方法回收熱量所消耗的唯一能量，是用來壓縮咸水產生的蒸汽，直到其壓力與蒸餾器溫度下淡水的壓力相同為止。

科學家在熱帶和亞熱帶進行了利用太陽能蒸發鹽水的大量實驗。太陽能的優點是不需成本，缺點是其能量較弱。隨著覆蓋在液體上的水蒸氣密度不斷增大，還沒有到達水面，太陽光就被遮掉了。此外，利用太陽能蒸發的最大弱點還在于不能回收蒸發水的過程中消耗的熱量。目前，用電熱補充太陽能的嘗試也不太成功。

為了克服這一缺點，科學家們又研制出新的淡化方式，這種方法是多效蒸發。在多效蒸發中，消耗的熱能大部分能從冷凝器中回收，而且可以反復使用好幾次。因此產生的蒸餾水量至少為原來的2.5倍，而在蒸汽壓縮蒸餾中，則可能為原來的10倍。

此后，又出現了一些更能節約熱量的海水淡化法，如真空急驟蒸餾法。這種方法主要是使用低壓廢蒸汽——蒸汽發生過程中的副產品或工業中產生的蒸汽和電能的副產品進行海水淡化。這種方法，由于預熱、熱輸入和急驟蒸餾的循環被打破，形成許多連續的回路，鹽水在回路之間反復循環，因此，和其他方法相比較，蒸發過程需要在溫度更高的環境中完成。在回路之間，一部分鹽水通過前效應反復循環。和其他方法相比較，這種方法利用熱的效率高，因為溫度越高，產生的蒸汽越多。現在人們仍對這種方法進行研究，還可能有進一步的突破。

隨著研究的加深，向海洋索取淡水已取得了驚人的發展。目前，從事海水淡化工作的國家越來越多，據統計，已有40多個國家開始了研究和生產。他們采用的淡化方法各不相同。不過，淡化海水的基本原理不外乎上面所提到的。全世界的海水淡化工廠大約有7500多個。在沙特阿拉伯的尤拜爾，有一個淡化廠每天可提供4. 85億升淡水，目前是世界上最大的淡化廠。在我國南部海疆西沙群島的永興島上的軍民也是靠海水淡化來獲取大部分的生活用水。有關數據顯示，世界上淡化水的日產量已達到2300萬噸，并以10%～30%的年增長率攀升。世界海水淡化市場年成交額已達10億美元。

雖然海水淡化已取得了一定的成效，但前景卻不容樂觀。世界上還有許多國家在這方面的研究尚處于起步階段。因此，目前的海水淡化技術還需要世界各國共同努力去進一步完善，從而解決人類的淡水問題。