1、海水淡化:水資源問題的技術答案 澳大利亞最大的海水淡化廠:維多利亞海水淡化廠。中國最大的海水淡化工程:青島百發海水淡化項目。最近,“非洲之角”索馬里又一次出現在新聞報道中,遺憾的是,原因仍然是饑荒。而饑荒的原因又是什么?有人說是氣候,有人說是戰爭。大約50年以前,索馬里每10年左右發生一次旱災。上世紀70年代,每7年1次,90年代變為每兩三年一次。氣候和戰爭對饑荒的影響也許是同一枚硬幣的兩面,干旱的氣候減少收成,而連年的軍閥混戰直接削弱了以放牧為生的索馬里人抵御自然災害的能力,使干旱的影響更大,食物的稀缺又將帶來更多的戰爭。不僅是索馬里,包括肯尼亞、埃塞俄比亞在內的東非,目前都在受干旱的煎熬。

2、而放眼世界,水資源狀況也不容樂觀。聯合國糧農組織2003年的一份報告指出,世界上的水資源總量約為每年4.4萬億噸,平均攤到60億人頭上,每人每年可以使用的量約是730噸。按照普遍接受的標準,這已經不算是豐富了。淡水資源的分布又極不平均,如美洲大陸擁有世界上45%的淡水資源,而人口眾多的亞洲僅占28%,廣袤的非洲大陸僅占9%。進一步細化下去,水資源缺乏的問題就更為突出。不少小島國家和干旱地區的國家,都位列世界上最缺水的國家,如巴林、約旦、馬爾代夫、沙特和也門等。為什么除了也門以外,其他幾個國家好像很少因為干旱出現在新聞里?因為它們都采用了海水淡化技術來滿足國內需要。馬爾代夫絕大多數的島嶼依賴淡化

3、技術,沙特目前由14個淡化工廠提供國內50%的淡水需要。巴林、約旦的海水淡化項目也為兩國提供了大量淡水。但是,如果我們看看需要通過進口滿足國內大部分淡水需求的國家名單,其中也不乏島國和沿海國家,如阿根廷、孟加拉、柬埔寨、埃及、荷蘭、越南等,不難看出,距離用海水淡化解決人類的水資源問題還有很長的道路要走。海水淡化的原理實際上并不復雜。據說早在公元前49年,凱撒大帝的軍隊就在地中海邊利用陽光蒸發海水,再收集冷凝后的水蒸氣獲取淡水。時至今日,這種蒸餾法仍然是許多海水淡化工廠采用的方法。和所有“大力出奇跡”的方法一樣,蒸餾法簡單直接,易于實施,卻也有耗能和成本高的缺點。據漢堡大學一項研究估計,通過蒸餾

4、法淡化海水,成本相當于將同等重量的淡水抬升2000米,或者在地面上運送1600公里。換算一下,得到1噸淡化水約要消耗10度電。要是在北京,不考慮運輸成本,等于水價在現在基礎上要漲一倍還多。近年來,因為核電站和許多熱電廠選址都在海邊,而且發電過程牽涉到蒸發大量的海水,人們將發電后的蒸汽冷凝,就得到了淡水。這種“共發電”技術提高了海水淡化的經濟性。另外,通過選址的合理規劃和使用太陽能等新能源,蒸餾法的成本也會降低不少,但要用蒸餾法實際解決淡水問題,許多小國家仍然無力承受。另一種普遍使用的海水淡化方法是反向滲透法。滲透現象簡單地說就是,水會向缺水的地方移動,鹽會向鹽少的地方移動。比如我們把一個新鮮白

5、蘿卜切成條放在裝滿鹽水的罐子里,不久就會發現蘿卜條變細變軟了,而罐子里的水如果沒有蒸發,也變多了下稀飯用的咸蘿卜條做成了。從物理上說,這是因為水分子和鹽離子都在不斷運動,當一邊鹽離子多的時候,它運動到另一邊的機會就多,因此鹽離子會不斷從較多的一邊向較少的一邊滲透,水分子也是如此。而反向滲透是一個相反的過程,就像我們不是要把白蘿卜變成咸蘿卜條,而是要讓罐子里的水進入蘿卜里,鹽還留在蘿卜外面。自然狀況下,反向滲透是不會發生的。但通過在滲透面的咸水一側加高壓,同時使用只允許水通過的滲透膜,人們可以克服淡水一側水分子進入咸水側的壓力,逆轉自然的滲透過程,使水分子從咸水向淡水移動,實現海水淡化。產生高壓

6、需要的能量較少,因此反向滲透法甚至可以應用到便攜式的小型凈水設備中,但小型反向滲透設備提取1噸水,需要排出818噸廢水,效率很低。大型反向滲透淡化廠的效率也只有48%左右。隨著能源供應越發緊張,以及氣候變化對減少溫室氣體排放的要求,減少海水淡化能源成本的呼聲越來越高。而淡水資源日漸缺乏,也讓海水淡化新技術的研究一天比一天重要。最近,新加坡政府和西門子公司合作建立了一家示范工廠,使用電滲析方法進行海水淡化,效果不錯。這種方法中,海水通過一系列管道,管道內壁交替覆蓋兩種特殊的滲透膜,一種只允許正離子通過,一種只允許負離子通過。在管道兩側通電,形成一個電場,將使正離子和負離子通過管壁的滲透膜被排除,

7、剩下的就是淡化后的水了。為了使淡化水達到飲用標準,海水要在這套系統中循環兩次,再進入一個離子交換池進一步去除產生咸味的鈉離子。通過這種方法淡化海水,能量消耗只相當于最節能的反向滲透法的一半,大約是每噸淡化水耗能1.8度。另一種新技術是正向滲透,就是把海水和另一種更高濃度的溶液分別放在滲透面的兩端,不用任何能量,海水中的水就能滲透到高濃度溶液中。之后,可以通過物理或化學方法再將高濃度溶液中的水和溶質分開。據采用這種技術的“現代水務”(Modern Water plc公司的報告,這項技術在滲透環節的能耗也僅相當于反滲透技術的一半左右。不過在分離環節,這種方法還有一些能耗。也有不少人在試圖改進傳統的海水淡化技術,比如在反向滲透法中,將反向滲透工藝與超細濾膜工藝結合,生產更清潔的飲用水。通過使用低壓反滲透膜、抗污染膜、帶電反滲透膜等技術,反向滲透淡化技術的成本可以進一步降低,或使獲得的水純度更高。蒸餾法的改進,主要是使用可再生或發電效率更高的能源,如太陽能、核能等,并通過調節蒸發過程中的氣壓、回收蒸汽的熱能等方式,提高能源使用效率。海水淡化在過去也許只是沿海地區不得已的選擇,隨著技術的發展和水資源問題的日益突出,海水淡化的成本已經有望接近其他的水資源獲取方式。在海灣地區,由于需要處理的水量大,目前海水淡化還是以蒸餾法為主,而世界其他地區從能源成本的角度考慮,使用非蒸餾