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 編者按：在人類(lèi)面臨的眾多資源危機(jī)中，淡水危機(jī)可謂是“老大難”。5年前，由3萬(wàn)多名海洋科技工作者歷時(shí)8年多完成的“我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)”專(zhuān)項(xiàng)顯示：我國(guó)11個(gè)沿海省(自治區(qū)、直轄市)所轄的52個(gè)沿海城市中，極度缺水的有18個(gè)、重度缺水10個(gè)、中度缺水9個(gè)、輕度缺水9個(gè)，近90%的城市存在不同程度缺水問(wèn)題。面朝大海，這些城市為何缺水如此嚴(yán)重?

一直以來(lái)，淡水資源本身的稀缺與海水淡化成本之高昂，使得我們一直無(wú)法攻克這一難關(guān)。不過(guò)，最近聽(tīng)說(shuō)美國(guó)科學(xué)家利用普通納米炭黑粒子，只靠太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)海水淡化，這又是什么操作?
據(jù)悉，美國(guó)賴(lài)斯大學(xué)研究人員在新一期美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上報(bào)告說(shuō)，這是該校納米技術(shù)水處理中心第一項(xiàng)重大創(chuàng)新，結(jié)合了膜蒸餾技術(shù)與納米光子學(xué)——一層添加了納米粒子的聚合物材料，能讓海水淡化濾膜具備吸收陽(yáng)光、自行加熱海水的功能，使淡化過(guò)程無(wú)須用電。
研究人員利用市面上普通的納米炭黑粒子，結(jié)合多孔聚合物研制出一層特殊材料，放置在濾膜表面。這層材料能吸收80%的陽(yáng)光能量，只通過(guò)太陽(yáng)能就可以加熱海水、產(chǎn)生水蒸氣。

這種膜蒸餾技術(shù)由于無(wú)須把海水加熱到沸騰的程度，能耗比傳統(tǒng)的熱蒸餾要低，若大規(guī)模使用，節(jié)約的成本想必十分可觀(guān)。那么淡水資源為何這般稀缺?海水淡化又需要經(jīng)歷怎樣的流程?傳統(tǒng)的技術(shù)是什么樣的?下面我們就來(lái)了解一下!

淡水資源稀缺，海水淡化刻不容緩

我們常說(shuō)我們的地球是個(gè)水球，到處都是水，但供人類(lèi)生存發(fā)展使用的淡水卻少得可憐。全球水量中，97%是不能飲用、不能灌溉、不能洗滌的海水，剩下3%的淡水的絕大部分又凍結(jié)在極地、高山的冰雪中。深埋在地下、懸浮于空氣中的淡水也無(wú)法直接利用。其結(jié)果是，大約只有0.007%的存在于江、河、湖泊、水庫(kù)和淺地層中的淡水是人類(lèi)可以利用的。
全球淡水資源分布圖(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))

由于淡水分布的不均勻，地球陸地本來(lái)就有60%的地方是缺水地區(qū)和根本無(wú)水的沙漠。目前，全世界大約三分之一的人口生活在缺水狀態(tài)中。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，全世界三分之二的人口將生活在缺水狀態(tài)中。

淡水危機(jī)如此嚴(yán)重是不奇怪的——3000年前的銅器時(shí)代，全球人口不過(guò)兩三千萬(wàn)，現(xiàn)已突破60億。為滿(mǎn)足最低需要，一人一天要喝2至2.5升水，為保證一人一天所需，古代人一兩擔(dān)(50升)水就足夠了，而現(xiàn)代城市居民，一天每人沒(méi)有300升水，就不能保持生活的需要;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)也都消耗大量淡水，沒(méi)有水，工農(nóng)業(yè)便不能發(fā)展。淡水缺乏如此急迫，向海洋索取淡水成為刻不容緩的任務(wù)。

海水淡化：百年追求的夢(mèng)想

海水淡化是人類(lèi)追求了幾百年的夢(mèng)想。早在世界大航海時(shí)代，英國(guó)王室就曾懸賞征求經(jīng)濟(jì)合算的海水淡化方法，但是，至今尚無(wú)人得到這一獎(jiǎng)賞。因?yàn)榈侥壳盀橹?，海水淡化的方法雖然有了320多種，但還沒(méi)有一種達(dá)到該獎(jiǎng)賞規(guī)定的“物美價(jià)廉”的標(biāo)準(zhǔn)。

不過(guò)“物美價(jià)廉”、“經(jīng)濟(jì)合算”也是相對(duì)而言的。以石油為能源，從海水生產(chǎn)出來(lái)的淡水，可能比油還貴，可是在特定情況下，還是值得的。比如，大航海時(shí)代就已經(jīng)有蒸餾器供遠(yuǎn)航帆船應(yīng)急之用;輪船時(shí)代，幾乎所有遠(yuǎn)洋商船和作戰(zhàn)艦艇上都安裝了應(yīng)急的海水淡化設(shè)備。

此外，一些小型海島，在國(guó)防、科學(xué)研究、資源開(kāi)發(fā)方面地位十分重要。為保證駐島人員的生活，除從大陸運(yùn)送淡水外，安裝代價(jià)昂貴的海水淡化裝置也是必要的。

而在盛產(chǎn)石油、經(jīng)濟(jì)富有的中東國(guó)家，大多是干旱的沙漠地區(qū)。在這樣的地區(qū)，水比油貴并不認(rèn)為是不合算的。他們花費(fèi)一些石油和金錢(qián)，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)得這是很值得的。

海水淡化技術(shù)的發(fā)展20世紀(jì)50年代以后，海水淡化作為一門(mén)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用技術(shù)，發(fā)展迅速。在已經(jīng)開(kāi)發(fā)的二十幾種淡化技術(shù)中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法都達(dá)到了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。

電滲析淡化法是使用一種特別制造的薄膜實(shí)現(xiàn)的。

在電力作用下，海水中鹽類(lèi)的正離子穿過(guò)陽(yáng)膜跑向陰極方向，不能穿過(guò)陰膜而留下來(lái);負(fù)離子穿過(guò)陰膜跑向陽(yáng)極方向，不能穿過(guò)陽(yáng)膜而留下來(lái)。這樣，鹽類(lèi)離子被交換走的管道中的海水就成了淡水，而鹽類(lèi)離子留下來(lái)的管道里的海水就成了被濃縮了的鹵水。
電滲析淡化法原理示意圖(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))

反滲透淡化法更加絕妙。它使用的薄膜叫“半透膜”。半透膜的性能是只讓淡水通過(guò)，不讓鹽分通過(guò)。如果不施加壓力，用這種膜隔開(kāi)咸水和淡水，淡水就自動(dòng)地住咸水那邊滲透。我們通過(guò)高壓泵，對(duì)海水施加壓力，海水中的淡水就透過(guò)膜到淡水那邊去了，因此叫做反滲透，或逆滲透。
反滲透法原理示意圖

蒸餾法的原理很簡(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。
蒸餾法(來(lái)源網(wǎng)絡(luò))

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?，F(xiàn)代多級(jí)閃急蒸餾淡化使古老的蒸餾法煥發(fā)了青春。
多級(jí)閃蒸(圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò))

水在常規(guī)氣壓下，加熱到100℃才沸騰成為蒸汽。如果使適當(dāng)加溫的海水進(jìn)入真空或接近真空的蒸餾室，便會(huì)在瞬間急速蒸發(fā)為蒸汽。利用這一原理，可以做成多級(jí)閃急蒸餾海水淡化裝置。

可見(jiàn)，百年以來(lái)，人們一直在尋找各種各樣的方法淡化海水，以克服淡水資源緊缺的威脅，而我們新聞中所提到的膜蒸餾技術(shù)與納米光子學(xué)結(jié)合的海水淡化法，則又是新的進(jìn)步與鼓勵(lì)，希望我們能早日求得解決之法，不過(guò)在這個(gè)問(wèn)題徹底解決之前，小編還是例行提倡：節(jié)約用水，人人有責(zé)!

原標(biāo)題：只靠太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)海水淡化？人類(lèi)從此或不再“望洋興嘆”