缺水时代要喝“海水”?把海水变成淡水的方法

海洋的水占地球水资源的97.5% 


194724摘自《水的科学》(日.桥本淳司著)

      

海水是咸的。世界各地都流传着这样的传说:“海底有一个碾碎食盐的石臼在转动。”但实际上,海水中融入了氯离子和钠离子等自然界的92种元素,这就是形成咸度的原因。因此海水不能饮用,也不能使用。


蓝色的地球被称为“水的行星”,其中97.5%是海水,量为13亿8600万立方千米,实事求是说究竟地球上有多少水,我们是无法想象的。


因此,让我们将地球的整体水量假设为1缸家用洗澡水(200升)来看一下。


由于97.5%是海水,所以200升中有195升是海水。


另外,人类饮用、生活使用、农业和工业使用的水称为“淡水”。以1缸洗澡水来计算,200公升中有5公升,差不多是2个洗面盆量(假设洗面盆的容量为3公升)。


那么,这5升能直接使用吗?其实不然。


约70%的淡水被冻结。每5升中有3.5升在极地或高地结冰。没有结冰的淡水几乎都是地下水,但其中一半位于地面相当深的地方,无法使用。


人类可以利用的淡水是比较浅的地下水和河流、湖泊的水。这些是地球总水量的0.01%。一缸洗澡水可以用的只有20毫升,大约是一勺水。


目前,世界上40%的人口面临着严重缺水问题,据联合国估计,这一数字到2025年将增至60%。因此,人们关注的是海水。如果能利用占地球水资源97.5%的海洋的水,是否就能解决水资源不足的问题呢?


把海水变成淡水的两种方法


放眼世界,把海水变成淡水的项目正在进行中,这就是“海水淡化”。


起初利用的是热。沸腾海水,从产生的蒸汽生产淡水。这与下述的极限生存技术原理相同。

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摘自《好喝的水,纯净之水》 (日.桥本纯司 著)


这种技术主要集中在石油丰富水资源不足的中东等地区。虽然运行和维护管理比较简单,使用的电力成本也相对较少,但是会有发电量下降造水量也会随之减少的弱点。


20世纪80年代,反渗透(以下简称RO, Reverse Osmosis)膜分离技术兴起。RO膜还被用于确保核潜艇内的饮用水、航天飞机回收利用生活废水作为饮用水等方面。除净水处理外,还用于制造半导体、液晶显示器等电子零件的超纯水,以及下水的再生利用。


RO膜的孔就连1纳米(纳米是10亿分之1)大小的粒子都无法通过。一般情况下,水分子会从溶液浓度较淡的方向向浓度较浓的方向移动,但如果用这层膜隔开两者,对浓度较浓的方向施加高压,则只有水分子会向浓度较淡的方向移动。

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摘自《水的科学》(日.桥本淳司著)


能够通过RO膜的只有水分子。


通过这种机制,可以分离出海水中所含的钠、钙等金属离子,氯、硫酸等阴离子等。


目前,利用RO膜的工厂每天产生的水量达到6550万吨,占海水淡化的69%。


阻碍RO膜普及的两个难课题


但是,利用RO膜的技术存在两个难攻课题。


一是能源使用量大。近年来,虽然开发了利用人工智能的节能技术,但能源成本问题阻碍了海水淡化的普及。


另一个是卤水的问题。从海水中除去淡水就会留下深色的卤水。根据联合国的报告书,每生产1升淡水时产生的卤水平均为1.5升。


这些卤水有的被排入大海、地表水、下水道,有的被埋在地下。靠近大海的海水淡化工厂有时会直接排放未经处理的卤水,这对海洋生物和海洋生态系统会造成影响。


虽然尝试过提高海水淡化效率,减少卤水的产生,将卤水作为资源加以利用等,但经济成本和能源消耗高等问题成为了巨大的障碍,阻碍了海水淡化的普及。


喝海水很难。我想我们还是珍惜只有0.01%可使用的淡水吧。



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