如何从苦咸的海水中提取甘露?
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发布时间：2022-04-27 03:11
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时间：2022-06-25 07:16
海水中含有氯化钠等无机盐，这些盐类使海水变得又咸又苦，渴时喝下去不但不能解渴，反而会更口干舌燥。盐类会和金属起化学反应，使金属受到腐蚀。钢铁尤其怕海水，完好的钢材放在海水中，不用很长时间就会被腐蚀得面目全非。铝在大气中表面会生成坚硬的氧化层，能保护内部，而在海水中，铝的氧化层也丧失了保护力。真正能够耐受海水浸泡的只有铁，不锈钢和铜合金也有一定的抗海水腐蚀的能力。海水受热以后，一部分盐会结晶出来，附着在容器表面。海水中的附着生物，像藻类、软体动物、甲壳动物和腔肠动物等也会长在通海水的管道和设备的壁上。这些附着物使这些设备传热能力大大降低，甚至被堵塞。
海水淡化设备
从苦咸的海水中提取淡水的技术叫做海水淡化，也称海水脱盐。
古希腊罗马时代有人做过海水淡化的尝试。亚里士多德用封闭的容器把海水烧开，发现水蒸气里没有盐分，把它冷凝就得到蒸馏水，是纯净的淡水。19世纪英国曾批准用蒸馏法制淡水的专利，在阿拉伯的亚丁湾海滨陆地上建造海水蒸馏器制造淡水，供给过往的船员。到2006年，世界上已有120多个国家和地区在应用海水淡化技术，全球海水淡化日产量约3，775万吨。
目前世界海水淡化装置主要分布在沿海的干旱地区、淡水供应困难的岛屿和沿海缺水的大工业城市。最集中的地区是以色列和沙特阿拉伯、科威特和阿拉伯联合酋长国等，这些国家没有河流，地下水也奇缺。过去靠船从国外运来淡水。幸好这些国家有丰富的石油，有条件用石油当燃料蒸馏海水，解决淡水供应问题。
主要的海水淡化技术有蒸馏法、反渗透法和电渗析法。
蒸馏法实际上还是用亚里士多德阐述的原理，把海水加热使它汽化，再使蒸汽冷凝，得到淡水，剩下的浓盐水另做它用。蒸馏法使水汽化与盐分离，不管从多么浓的海水中都能蒸馏出很纯的淡水，一次成功，所以适合于直接淡化海水。现在已经能用这种技术建造大规模的海水淡化厂，是最重要的一种海水淡化方法。
蒸馏法也有多种做法，用得最多的是多级闪蒸法。先把海水在管子里加热，然后把海水引进压力比大气压力低的设备中。压力降低，水的沸点也降低，不需要到100℃就汽化了。海水在这个低压容器里急速汽化，蒸汽迅速离开热海水，固态的盐类留在剩下的液体中，不会留在换热面上。产生的蒸汽在换热管外冷凝成淡水，海水在管内吸收冷凝时放出的热而被预先加热。海水这样依次通过多个闪蒸室，每个室内的冷凝管上都生成淡水。重复进行多次闪蒸过程，能够最有效地利用热量，降低成本，使这种办法成为现实可行的技术。
闪蒸室可以用便宜的低碳钢做成，外面包上不锈钢之类的合金保护，防止腐蚀。冷凝器是最关键的部件，而且温度最高，最容易被腐蚀，得用钛或铜镍合金等防腐材料做。海水中还得加进阻止结垢的化学物质，使剩下的盐不会附着在设备壁上。把各级闪蒸室垂直地叠在一起，效果更好。
海水淡化设备
多效蒸发法是另一种蒸馏法，它使导热面的两面一边是蒸汽一边是水，蒸汽在上面冷却，水在下面加热，一举两得。不过用这种办法时，结垢问题比多级闪蒸法严重，得想办法解决。
低温多效蒸发法能利用37～65℃的温度淡化，需要的热量少，能用电厂废热供给。有可能用太阳能作为能源，或者直接加热海水，或者把热量储存在太阳能池里再用，这样可以不必燃烧化石燃料。直接利用时把水池壁涂黑，使它能最大限度地吸收太阳能，使水汽化，然后在池上方的玻璃壁上冷凝，加上多效的原理，提高热量的利用率。储存的办法则使太阳能把集热管里的水加热，把热水储存在太阳能池里，热水是很好的热源。太阳能淡化器的投资比较高，因而*了它的使用。
反渗透装置
反渗透法海水淡化，是用压力驱使海水通过反渗透膜，膜的微孔很小，水的分子比较小，可以顺利地通过，而把分子较大的盐留在膜后面。这种淡化技术近来发展得很快，在它的基础上又发展了超滤技术。反渗透法的关键是在膜上。膜既要能透水留盐，又要能经得起高压的水流过而不致损坏。这种膜是用高分子材料做成的。醋酸纤维素膜的材料来源丰富，价格便宜，可是不耐用，脱盐的效果也不理想，不宜于直接淡化海水；聚酰胺膜的机械强度比较高，脱盐的效果比较好；聚砜高分子膜是一种复合反渗透膜，本身包含有效层和支持层，性能更好。这些高分子材料可以纺成纤维，织成膜。叠成平板形的膜不能耐压；卷成管状、螺旋管状最结实，能承受压力；做成中空纤维的效果最好。在海水通过膜之前，要先进行前处理，灭菌、除污和加化学药剂调节酸碱度，否则海水很快就会把反渗透膜堵塞，使它不能工作。反渗透法脱盐的效果与海水的盐度有关，有时一级反渗透脱盐还不足以制出合格的淡水，需要二级脱盐。反渗透法不需要热源，只需要电力驱动高速旋转高压泵把海水加压。目前新材料层出不穷，有了更理想的膜材料，这种淡化方法的效率会更高，成本也能降下来。
电渗析法也是用膜把水和盐分开的技术，但是这种膜要在电场的作用下才有淡化的本领。在电渗析槽内插上阴阳离子交换膜和隔板，充进海水，加上直流电场，海水里的电解质就被电解，里面的阴阳离子分别通过交换膜跑掉，留下的水中就不含盐了。用隔板隔开，可以在一个电渗析槽内装多组膜。膜的材料也是高分子聚合材料——聚苯乙烯磺酸和聚苯乙烯季胺。电渗析法的耗电量与海水的浓度成正比，所以这种办法最好用在浓度较低的地下苦咸水淡化中，如果用来淡化海水，一级淡化效果不好，需要多级淡化，成本就高了。我国1981年在西沙群岛永兴岛上建了一座日产200吨淡水的电渗析淡化站，一直工作到现在。
水有很特殊的性质，汽化时不会把溶质带出来，结冰时也不会把溶质带出来。利用这个性质，与蒸馏法相反，不把海水汽化，而用冷冻海水的方法也可以达到淡化的效果。冰融为水所需要的热量只有水蒸发为汽所需要的热量的13％，可以节约大量能源。另外，低温下盐对容器的腐蚀不像在高温下那么严重，所以冰冻法可能将来还会有发展。如果仿照多效蒸馏的办法，把冰冻和蒸发相结合，可以更有效地利用热量。
现在海水淡化的真正问题还是成本过高。最初的海水淡化是烧1吨油换1吨水，那就不如用船运淡水了，除非迫不得已，谁也用不起淡化水。自从有了上述的新技术以后，情况要好得多。截至2006年年底，我国日淡化海水能力接近15万吨，海水淡化成本逐步下降，已接近5元／立方米。要使淡化更加实用，还得继续努力开发新技术，研制出效率更高、更耐久的膜，在工艺上巧用多级、多效等方法，更有效地利用能量，以及利用太阳能、风能、地热能和海洋能等可再生能源作为动力。
冰山
*架上有很多古河道，在海面上升时被海水淹没，这些古河道下的沙层中藏有大量的淡水。有些地方虽然没有古河道，可是海底地层里有地下水，这也是重要的淡水水源。用卫星遥感的方法可以找到海底淡水储藏在什么地方，再用浅地层剖面仪探查海底地层，详细调查沉积物里淡水的分布。在淡水露头的地方可以直接用潜水泵抽取，在没有露头的地层上可以探明含水构造，然后打井抽淡水。这种水源利用起来可能比海水淡化还经济。美国开发海底淡水解决了夏威夷的城市用水，希腊在爱琴海成功地开发了一处日产淡水100多万立方米的海底涌泉，灌溉了沿海3万公顷旱地。我国长江口古河道中有很丰富的海底淡水，现在已经对资源作了周密的调查，还在长江口外的嵊泗列岛开始开发。将来全面开发这个淡水资源将能解决舟山群岛的淡水供应问题。
地球上绝大部分淡水都冻结在南极洲和格陵兰等北极岛屿的冰盖里，冰盖边缘不断断裂成冰山后漂流出来。全球冰盖的淡水量等于地表水和地下水总量的3.35倍。能不能把冰山用拖船拖运到缺水的沿海港口，融化成淡水使用呢?有人曾做过这种试验，把南极洲附近的冰山拖到南美洲。人们发现利用冰山淡水有很多困难：形状不规则的冰山在拖运时阻力很大，费力拖到目的地后，很难把它融化，也不容易把融化后的水收集起来，融化时吸收大量的热，会使气候变化，破坏当地的生态环境。
虽然已经有这么多的办法和设想向海洋要淡水，可是仍然没有找到一个十全十美，既有效又经济可行的办法。这个问题只有留待今后去解决了。
