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缺水時代要喝“海水”?把海水變成淡水的方法


編輯:2022-09-29 09:38:32

海洋的水占地球水資源的97.5% 


194724摘自《水的科學》(日.橋本淳司著)

      

海水是咸的。世界各地都流傳著這樣的傳說:“海底有一個碾碎食鹽的石臼在轉動?!钡珜嶋H上,海水中融入了氯離子和鈉離子等自然界的92種元素,這就是形成咸度的原因。因此海水不能飲用,也不能使用。


藍色的地球被稱為“水的行星”,其中97.5%是海水,量為13億8600萬立方千米,實事求是說究竟地球上有多少水,我們是無法想象的。


因此,讓我們將地球的整體水量假設為1缸家用洗澡水(200升)來看一下。


由于97.5%是海水,所以200升中有195升是海水。


另外,人類飲用、生活使用、農業和工業使用的水稱為“淡水”。以1缸洗澡水來計算,200公升中有5公升,差不多是2個洗面盆量(假設洗面盆的容量為3公升)。


那么,這5升能直接使用嗎?其實不然。


約70%的淡水被凍結。每5升中有3.5升在極地或高地結冰。沒有結冰的淡水幾乎都是地下水,但其中一半位于地面相當深的地方,無法使用。


人類可以利用的淡水是比較淺的地下水和河流、湖泊的水。這些是地球總水量的0.01%。一缸洗澡水可以用的只有20毫升,大約是一勺水。


目前,世界上40%的人口面臨著嚴重缺水問題,據聯合國估計,這一數字到2025年將增至60%。因此,人們關注的是海水。如果能利用占地球水資源97.5%的海洋的水,是否就能解決水資源不足的問題呢?


把海水變成淡水的兩種方法


放眼世界,把海水變成淡水的項目正在進行中,這就是“海水淡化”。


起初利用的是熱。沸騰海水,從產生的蒸汽生產淡水。這與下述的極限生存技術原理相同。

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摘自《好喝的水,純凈之水》 (日.橋本純司 著)


這種技術主要集中在石油豐富水資源不足的中東等地區。雖然運行和維護管理比較簡單,使用的電力成本也相對較少,但是會有發電量下降造水量也會隨之減少的弱點。


20世紀80年代,反滲透(以下簡稱RO, Reverse Osmosis)膜分離技術興起。RO膜還被用于確保核潛艇內的飲用水、航天飛機回收利用生活廢水作為飲用水等方面。除凈水處理外,還用于制造半導體、液晶顯示器等電子零件的超純水,以及下水的再生利用。


RO膜的孔就連1納米(納米是10億分之1)大小的粒子都無法通過。一般情況下,水分子會從溶液濃度較淡的方向向濃度較濃的方向移動,但如果用這層膜隔開兩者,對濃度較濃的方向施加高壓,則只有水分子會向濃度較淡的方向移動。

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摘自《水的科學》(日.橋本淳司著)


能夠通過RO膜的只有水分子。


通過這種機制,可以分離出海水中所含的鈉、鈣等金屬離子,氯、硫酸等陰離子等。


目前,利用RO膜的工廠每天產生的水量達到6550萬噸,占海水淡化的69%。


阻礙RO膜普及的兩個難課題


但是,利用RO膜的技術存在兩個難攻課題。


一是能源使用量大。近年來,雖然開發了利用人工智能的節能技術,但能源成本問題阻礙了海水淡化的普及。


另一個是鹵水的問題。從海水中除去淡水就會留下深色的鹵水。根據聯合國的報告書,每生產1升淡水時產生的鹵水平均為1.5升。


這些鹵水有的被排入大海、地表水、下水道,有的被埋在地下??拷蠛5暮KS有時會直接排放未經處理的鹵水,這對海洋生物和海洋生態系統會造成影響。


雖然嘗試過提高海水淡化效率,減少鹵水的產生,將鹵水作為資源加以利用等,但經濟成本和能源消耗高等問題成為了巨大的障礙,阻礙了海水淡化的普及。


喝海水很難。我想我們還是珍惜只有0.01%可使用的淡水吧。