海水淡化的故事

“海井”和“定水帶”的傳說(shuō)

宋代有位叫周密的學(xué)者，在他的著作《癸辛雜志》中記述了這樣一件傳奇故事：在華亭的市場(chǎng)上，有個(gè)賣(mài)古舊物品的雜貨攤，其中擺著個(gè)稀罕物件——“如桶而無(wú)底，質(zhì)地非木非竹非金（金：泛指金屬）非石，既不知其名，亦不知何用。”此物在攤上擺了多時(shí)，無(wú)人識(shí)得，也無(wú)人問(wèn)津。一日，一位海船老船商逛市場(chǎng)，看到此物，驚喜交加，擺弄不已，并問(wèn)攤主，要價(jià)幾何？攤主見(jiàn)他那個(gè)樣子，知道是個(gè)識(shí)貨者，買(mǎi)了一定有什么用處。于是，他鼓了鼓肚皮，大著膽子說(shuō)，您給三百緡吧！（緡：古代一千個(gè)一文的銅錢(qián)用繩穿在一起，叫一貫，也叫一緡。宋代一貫定為七百七十枚銅錢(qián)。）不料，那老船商一文未砍，爽快地買(mǎi)下了這件稀罕物。

攤主深感奇怪，不知老船商為何肯出如此高價(jià)買(mǎi)去這件多年沒(méi)人要的東西，便說(shuō)道：“買(mǎi)賣(mài)既已成交，我絕無(wú)反悔之意，只是不知此為何物，有何用處，還望客商賜教。”

老船商喜形于色地說(shuō)：“這是件稀世之寶，名為‘海井’。你們生活在村鎮(zhèn)之人，飲水有井水河水，我們長(zhǎng)期在海上航行的人，不能攜帶大河深井呀，船上要儲(chǔ)備大量淡水也是件很難辦的事。有了這個(gè)‘海井’就大大方便了。只要在船上預(yù)備個(gè)較大的容器，把這個(gè)寶貝放在里面，再貯進(jìn)海水，海水就會(huì)變成甘泉。”現(xiàn)在想來(lái)，這不正是一個(gè)高效、簡(jiǎn)便的海水淡化裝置嗎！

大家知道，海水是不能飲用的，喝了海水，不但不解渴，還會(huì)中毒，可人們又一日都離不開(kāi)淡

水呀，這個(gè)問(wèn)題一直困擾著古代的航海者。我國(guó)自宋代以來(lái)，航海事業(yè)迅速發(fā)展，到明代發(fā)展至高峰。人們對(duì)海水淡化的渴望可想而知！無(wú)獨(dú)有偶。清代，又出現(xiàn)了“定水帶”的傳奇——學(xué)者董含在其《莼鄉(xiāng)贅筆》中記述了這樣一件事：在京城一個(gè)舊物雜貨市場(chǎng)上，有人出售一個(gè)高三尺許，寬二寸多的古鐵物件，它中間虛空，兩面有類(lèi)似鼓釘?shù)耐蛊穑獗礓P蝕已看不大清楚。攤主想換數(shù)十文錢(qián)，但一直無(wú)人問(wèn)津。一天，高麗國(guó)的使者閑逛，發(fā)現(xiàn)了此物，在一旁不動(dòng)聲色地觀看了好長(zhǎng)時(shí)間，問(wèn)賣(mài)多少錢(qián)？攤主說(shuō)：“五十金。”高麗使者如數(shù)給了，并命一隨從背著那物件急忙先走了。在一旁觀看的人問(wèn)這物件叫何名，高麗使者說(shuō)：“這是昔日大禹治水使用的‘定水帶’。它除了有定水的功能外，還能將苦咸的海水過(guò)濾成甘泉，是個(gè)至寶啊！”有好事者跟隨至高麗館舍進(jìn)行試驗(yàn)。使者命人“貯苦水?dāng)?shù)斛，攪之以鹽，投以帶，沸作魚(yú)眼”，不一會(huì)兒，水就變得甘洌無(wú)比了，在場(chǎng)的人無(wú)不驚嘆。

“海井”和“定水帶”都是中國(guó)古代的傳說(shuō)，但表達(dá)了古人對(duì)淡化海水的迫切需求及其工作原理的古樸想象。

百年前伊麗莎白女王的懸賞

航海者渴望淡化海水是個(gè)世界性的話題。

16世紀(jì)時(shí)，隨著大英帝國(guó)海外擴(kuò)張的加劇，英國(guó)女王曾頒布過(guò)一道命令：對(duì)發(fā)明廉價(jià)淡化海水方法者給予一萬(wàn)英鎊的獎(jiǎng)金。當(dāng)時(shí)的一萬(wàn)英鎊可不是一筆小數(shù)目，大約折合今天的人民幣700多萬(wàn)元。有趣的是，四百年以來(lái)竟沒(méi)有哪位科學(xué)家?jiàn)Z得這筆獎(jiǎng)金，據(jù)說(shuō)，至今英國(guó)政府宣布女王當(dāng)年的懸賞仍然有效，可見(jiàn)廉價(jià)淡化海水的課題之難、需求之迫切。

地球上淡水之缺現(xiàn)狀

首先，水是一種無(wú)可替代的資源。

大家知道，石油是一種可貴的能源，隨著各國(guó)的長(zhǎng)期開(kāi)采，儲(chǔ)量是越來(lái)越少了。但它可以用別的能源替代，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、頁(yè)巖氣、酒精等。唯有水，尤其是淡水，世界上沒(méi)有任何一種東西可以替代它。同學(xué)們可以想一想，除了水，喝什么能解渴？有的人可能會(huì)說(shuō)：“夏天喝冰鎮(zhèn)飲料能解渴。”哈哈，這正是因?yàn)轱嬃袭?dāng)中含有大量的水呀！

淡水的無(wú)可替代性，確定了它的稀缺性。很多地方立有這樣的公益廣告牌：水——生命之源。節(jié)約用水，保護(hù)水資源。否則，世界上最后一滴水將是人的眼淚！這可不是故弄玄虛嚇唬人。因?yàn)榈厍蛏系Y源實(shí)在缺乏！

同學(xué)們都知道，地球是個(gè)大水球，可97%是不能直接飲用的海水，陸地上的淡水資源只占地球水體總量的2.53%，而且大部分被封存在南極和格陵蘭的固體冰川內(nèi)。全球真正可有效利用的淡水資源不足1%。目前，在全世界196個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，有100多個(gè)國(guó)家缺水。其中，被列為嚴(yán)重缺水的有馬耳他、科威特、利比亞、新加坡、沙特阿拉伯、以色列、埃及、肯尼亞、中國(guó)等28個(gè)國(guó)家，不少?lài)?guó)家出現(xiàn)水荒。例如馬耳他，年人均可用水量只有82立方米，其缺水程度位居世界之首。從人口上講，目前全世界有15億人缺少飲用水。這個(gè)數(shù)字到2050年有可能達(dá)到20億之多。

海水淡化技術(shù)發(fā)展

隨著世界經(jīng)濟(jì)和人口的發(fā)展，各國(guó)對(duì)淡水的需求缺口越來(lái)越大。為解決淡水問(wèn)題，各國(guó)想盡了辦法，如跨流域調(diào)水、節(jié)約用水、污水凈化再利用等。然而這只是水資源的時(shí)空位移，并不能增加淡水資源的總量。于是，人們?cè)俅螌⒛抗馔断蛲粞蟠蠛＃＜綄⒛侨≈槐M的苦澀海水變成可以飲用和使用的淡水。

經(jīng)過(guò)多年的努力，科學(xué)家們發(fā)明了多種淡化海水的方法，如蒸餾法、薄膜反滲透法、離子交換法、電滲析法、壓滲法、水合物法、溶劑萃取法等。目前用得最廣的是蒸餾法和薄膜法，全球日產(chǎn)淡化水在2 800萬(wàn)噸左右。其中淡化海水較多的是以色列、沙特阿拉伯等中東地區(qū)的國(guó)家，已占其淡水供應(yīng)總量的80%以上。

中國(guó)人的海水淡化之路

在我國(guó)，由于水資源短缺、生態(tài)退化、水污染加劇等原因，目前已有100多個(gè)城市嚴(yán)重缺水。國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人多年前就指出：“海水淡化這條路非走不可。要把這一問(wèn)題作為戰(zhàn)略問(wèn)題來(lái)抓。”目前，我國(guó)已有天津、青島、遼寧和浙江沿海的一些島嶼開(kāi)展了海水淡化工作，其中天津市走在了前面——起步早，技術(shù)先進(jìn)，規(guī)模也大。

1990年，天津海洋研究所研制成功了一種耗能少、造水能力強(qiáng)、噸水成本低的“低溫壓汽海水淡化裝置”。這種裝置，以一臺(tái)千噸級(jí)的計(jì)算，噸水成本約2.5～3元人民幣，比當(dāng)時(shí)國(guó)際脫鹽學(xué)會(huì)公布的噸水成本數(shù)字還要低些，具有實(shí)際應(yīng)用推廣價(jià)值：此后，天津工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中空纖維膜進(jìn)行水預(yù)處理技術(shù)，研制出了我國(guó)第一套實(shí)用性連續(xù)微濾裝置，在填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白的同時(shí)，成為國(guó)際上少數(shù)可生產(chǎn)該設(shè)備的單位之一。該項(xiàng)技術(shù)可取代傳統(tǒng)工藝作為反滲透系統(tǒng)過(guò)濾，應(yīng)用于地表水、地下水和中水回用的凈化處理以及海水淡化的預(yù)處理，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

多年來(lái)，天津市一直致力于海水淡化和海水利用的研究，到2013年底，已有5個(gè)海水淡化項(xiàng)目，日產(chǎn)量達(dá)到31.6萬(wàn)噸。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，天津已累計(jì)供應(yīng)淡化海水600多萬(wàn)噸。淡化海水已經(jīng)成為城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)生活及船舶、海上平臺(tái)作業(yè)等諸多方面的重要水源。在建的天津開(kāi)發(fā)區(qū)南港海水淡化與工業(yè)制鹽一體化項(xiàng)目投產(chǎn)后，將實(shí)現(xiàn)海水淡化日產(chǎn)量60萬(wàn)噸。

另外，2002年6月，國(guó)家海洋局海水淡化與綜合利用研究所和有關(guān)方面合作，在青島啟動(dòng)了我國(guó)第一個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海水淡化示范基地工程。該示范工程為“十五”國(guó)家重大科技攻關(guān)課題，名曰“3000噸/日低溫多效海水淡化示范工程”。該工程的啟動(dòng)，對(duì)緩解我國(guó)沿海地區(qū)淡水資源短缺危機(jī)，起到了極大的示范和推動(dòng)作用。

苦咸水淡化

海水淡化實(shí)際上還包括沿海地區(qū)地下苦咸水的淡化。調(diào)查顯示，沿海地下苦咸水是我國(guó)第二潛在水源，僅華北地區(qū)就蘊(yùn)含有58億立方米的淺層苦咸水。長(zhǎng)期飲用這種水，可導(dǎo)致人、畜骨質(zhì)疏松、牙齒黑斑，嚴(yán)重的還可引發(fā)癌癥。天津海水淡化與綜合利用研究所應(yīng)用納濾技術(shù)，將含鹽量為15 000毫克/升的淺層苦咸水淡化為含鹽量小于300毫克/升的可直接飲用水，每噸水的運(yùn)行成本還不到3元錢(qián)。這項(xiàng)技術(shù)，使天津市不少居民擺脫了長(zhǎng)期飲用苦咸水的處境。另外，2001年4月河北省黃驊市還建成了日產(chǎn)淡水1.8萬(wàn)噸的苦咸水淡化工程。該工程采用復(fù)合反滲透膜核心技術(shù)，單膜脫鹽率在99.2%以上，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

開(kāi)采淺層苦咸水的收益不只是得到了淡水，它也是一項(xiàng)改善生態(tài)環(huán)境的舉措。首先，它不破壞地殼（抽取中深層地下淡水，往往造成地面沉降）：第二，可將淺層苦咸水的儲(chǔ)存區(qū)域讓位于降水，長(zhǎng)期的良性循環(huán)可減少土壤的鹽分。土壤和水質(zhì)的改善，有利于農(nóng)作物的生產(chǎn)。

海水淡化前景美妙

有關(guān)專(zhuān)家指出，21世紀(jì)是“海洋的世紀(jì)”，各國(guó)都要在海洋方面大做文章，其中海水淡化是個(gè)重頭戲。目前，海水淡化作為一項(xiàng)高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)，正在得到各國(guó)的重視，美國(guó)華爾街的專(zhuān)業(yè)人士甚至預(yù)言，繼IT股和生物股之后，海水淡化公司的股票將成為炙手可熱的新興成長(zhǎng)股。由此可見(jiàn)海水淡化的重要和美妙前景。

據(jù)說(shuō)一家外國(guó)公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種低成本、高效率的海水淡化新裝置，其外表就是一個(gè)不銹鋼制多孔圓筒，里面管道層次間有納米級(jí)空隙。使用時(shí)，把結(jié)晶過(guò)的海水放進(jìn)不銹鋼圓筒中，施加一定壓強(qiáng)，鹽粒就會(huì)被過(guò)濾擋在管外，其余受壓而浸入管內(nèi)的水便是淡水。這個(gè)圓筒形裝置不就是傳說(shuō)中的“海井”嗎？