以較低的投入，從海水中大規(guī)模換取高質(zhì)量的淡水，還要從20世紀(jì)50年代算起。世界上淡水資源不足，已成為人們?nèi)找骊P(guān)切的問(wèn)題。有人預(yù)言，19世紀(jì)爭(zhēng)煤，20世紀(jì)爭(zhēng)油，21世紀(jì)可能爭(zhēng)水。

    這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)在中東國(guó)家發(fā)現(xiàn)了石油。這些富得冒油的土地，卻打不出一口淡水井。他們花費(fèi)一些石油和金錢，大規(guī)模淡化海水，供應(yīng)人們的生活，澆灌樹(shù)木花草，美化環(huán)境。他們覺(jué)得水比油貴是很值得的。

    正因?yàn)槿绱耍?0世紀(jì)50年代以后，海水淡化作為一門現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用技術(shù)，發(fā)展很快。預(yù)計(jì)2010年至2016年，全球海水淡化市場(chǎng)將達(dá)290億歐元。

    目前國(guó)際通用的海水淡化工藝路線有熱法和膜法兩種。這兩種工藝都有可能應(yīng)用到大型的海水淡化中。

    海水淡化工藝中的熱法

    熱法的原理很簡(jiǎn)單，就是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里制備蒸餾水的原理。把海水燒到沸騰，淡水蒸發(fā)為蒸汽，鹽留在鍋底，蒸汽冷凝為蒸餾水，即是淡水。這種古老的海水淡化方法，消耗大量能源，產(chǎn)生大量鍋垢，很難大量生產(chǎn)淡水。

    多級(jí)閃蒸和多效蒸發(fā)使古老的熱法煥發(fā)了青春。水在常規(guī)氣壓下，加熱到100℃才沸騰成為蒸汽。但是一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下，部分海水會(huì)急驟蒸發(fā)。利用這個(gè)原理，多級(jí)閃蒸將經(jīng)過(guò)加熱的海水，依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。這種淡化工廠，可以與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱加熱海水。水電聯(lián)產(chǎn)，可以大大降低生產(chǎn)成本?，F(xiàn)行大型海水淡化廠，大多采用此法。如果太陽(yáng)能蒸發(fā)淡化法能夠投入使用，其淡化技術(shù)又可以上一個(gè)節(jié)能的新臺(tái)階。

    而多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源，并冷凝成為淡水。這是熱法中最節(jié)能的方法之一。

    “膜”術(shù)讓水往高處流

    膜法中的反滲透法誕生于1953年，最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。1974年以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家不約而同地將海水淡化的研究方向轉(zhuǎn)向了反滲透法。目前熱法在中東各國(guó)應(yīng)用較多，歐美各國(guó)則多采用反滲透法。

    “水往低處流”。1748年，一個(gè)叫萊諾的法國(guó)物理學(xué)家無(wú)意中發(fā)現(xiàn)，包裹在豬膀胱里的水會(huì)自行擴(kuò)散到膀胱外側(cè)的酒中，因而首次發(fā)現(xiàn)了“滲透”現(xiàn)象。在自然界中，低濃度溶液中的水會(huì)往高濃度的溶液中流動(dòng)，以此達(dá)到一種穩(wěn)定的、低能量的狀態(tài)。如果要讓水從高濃度的海水中透過(guò)一張類似豬膀胱的半透膜流到低濃度的一端，就需要對(duì)海水施加一個(gè)壓力。這張半透膜就是反滲透膜。

    通俗地說(shuō)，反滲透膜好比就是一個(gè)篩子，在海水通過(guò)時(shí)只有體積小的水分子可以過(guò)，而體積更大的鹽分就不能通過(guò)。現(xiàn)在一般反滲透膜的孔徑只有十分之一納米。在這個(gè)孔徑下，水中的鹽分、比細(xì)菌更小的病毒，以及作為離子態(tài)存在的重金屬都不能通過(guò)。

    反滲透海水淡化工廠所需的能量比多級(jí)閃蒸之類的熱法海水淡化工藝低得多，因此成本更低。目前反滲透膜進(jìn)行海水淡化的綜合成本在每噸0.7-0.8美元之間，而熱法的成本比它要高10%-20%。別小瞧了這十個(gè)百分點(diǎn)，每天十幾萬(wàn)噸的量積攢在一起，就存在巨大的經(jīng)濟(jì)效益差。