怎樣把海水變成淡水？

文/劉旦初

1985年1月16日，《人民日報(bào)》報(bào)道了我國第一個(gè)海水淡化工程——西沙海水淡化站在西沙群島永興島建成投產(chǎn)的消息。這個(gè)工程是利用我國自行設(shè)計(jì)制造的海水淡化裝置安裝的，日產(chǎn)淡化水兩百噸。那么，你知道海水是如何淡化成可以飲用的淡水的嗎？

人類的生存離不開水，地球上雖然有大量的水，可惜能為人類所利用的淡水卻少得可憐。當(dāng)人類為缺水感到困惑時(shí)，毫無疑問會(huì)將目光投向總量遠(yuǎn)比淡水多得多的海水。海水中含有3.5%的鹽類化合物，如何低成本地把這些化合物從水中除去，一直是化學(xué)家孜孜以求的目標(biāo)。目前，常用的海水淡化方法有以下幾種。

蒸餾法。將海水加熱，使其中的水變成蒸汽，再讓蒸汽冷凝下來。由于海水中所溶的鹽類不會(huì)隨著蒸汽出來，因此得到的水就是幾近純水的蒸餾水。然而，無論是加熱還是冷凝，都需耗費(fèi)能源。每蒸發(fā)1克水就需要2.3千焦的能量。所以這種方法救急可以，卻不是一個(gè)長久之計(jì)。

離子交換法。溶解在水中的鹽分，都是以陽離子和陰離子的形式存在。如果有一種東西可以把這些離子移走，那么水也就得到純化了。離子交換樹脂就具有這樣的能力。離子交換樹脂是一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶于水的高分子材料。它猶如一棵大樹，上面有很多樹枝，每個(gè)樹枝上都有一個(gè)口袋。當(dāng)海水通過的時(shí)候，陽離子會(huì)把陽離子交換樹脂“口袋”中的氫離子交換出來，陰離子會(huì)把陰離子交換樹脂“口袋”里的氫氧根離子交換出來，而氫離子和氫氧根離子相遇就變成了水。不過，離子交換樹脂在使用了一段時(shí)間后會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，怎樣使離子交換樹脂可以持續(xù)使用呢？由于離子交換是可逆的，因此可以分別用酸和堿進(jìn)行反交換來更新，這樣就能使離子交換樹脂可以反復(fù)使用了。但離子交換法處理能力有限，并需要大量的酸和堿來使樹脂“再生”，如果大量用于海水淡化，成本太高，因此目前這種技術(shù)主要應(yīng)用在水的進(jìn)一步純化方面。

反滲透法。滲透是大自然中一個(gè)非常普遍的自然現(xiàn)象。例如，植物就是靠根部的滲透來吸取水分的，滲透平衡對人的生命活動(dòng)也極為重要。滲透是依靠一種稱為半透膜的材料來實(shí)現(xiàn)的。半透膜可以讓水自由通過，而水中的其他化學(xué)物質(zhì)是通不過的。如果半透膜的左邊是純水，右邊是溶液的話，從純水這邊通過半透膜的水就會(huì)比溶液右邊通過半透膜的水多得多。這是因?yàn)?，純水上方的飽和蒸汽壓比溶液上方的飽和蒸汽壓大。?dāng)純水和溶液上方均處于1.01×105帕（1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）的壓力下，驅(qū)動(dòng)水分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力決定于飽和蒸汽壓。于是，純水這邊液面下降，溶液那邊液面上升，到一定的液位差就達(dá)到平衡，這就是滲透現(xiàn)象。植物根部的表皮就是這樣一種半透膜。

如果在溶液上方加壓，使溶液上方的總壓大于純水上方的大氣壓，情況就會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。此時(shí)驅(qū)動(dòng)水分子通過半透膜的動(dòng)力就決定于兩邊的壓力差。壓力差大，溶液中就會(huì)有更多的水通過半透膜流向純水。

用反滲透法將海水制成淡水的方法又稱為“膜技術(shù)”。它的關(guān)鍵在于半透膜。這層膜要有一定的強(qiáng)度，因?yàn)槭紫忍幚磉^程是要加壓的；其次它必須具有百分之百的選擇性，只能讓水通過，而任何其他化學(xué)物質(zhì)是不能通過的；最后它還應(yīng)該有較大的通過量，以加快制備過程。目前半透膜所存在的問題是成本高、壽命短。處理的溶液濃度愈高，膜的壽命愈短。如果這兩個(gè)問題能解決的話，膜技術(shù)將會(huì)成為海水淡化最有前途的一種方法。