海水淡化：水資源問題的技術(shù)答案 - 圖文-

1、海水淡化:水資源問題的技術(shù)答案 澳大利亞最大的海水淡化廠:維多利亞海水淡化廠。中國最大的海水淡化工程:青島百發(fā)海水淡化項目。最近,“非洲之角”索馬里又一次出現(xiàn)在新聞報道中,遺憾的是,原因仍然是饑荒。而饑荒的原因又是什么?有人說是氣候,有人說是戰(zhàn)爭。大約50年以前,索馬里每10年左右發(fā)生一次旱災(zāi)。上世紀(jì)70年代,每7年1次,90年代變?yōu)槊績扇暌淮?。氣候和?zhàn)爭對饑荒的影響也許是同一枚硬幣的兩面,干旱的氣候減少收成,而連年的軍閥混戰(zhàn)直接削弱了以放牧為生的索馬里人抵御自然災(zāi)害的能力,使干旱的影響更大,食物的稀缺又將帶來更多的戰(zhàn)爭。不僅是索馬里,包括肯尼亞、埃塞俄比亞在內(nèi)的東非,目前都在受干旱的煎熬。

2、而放眼世界,水資源狀況也不容樂觀。聯(lián)合國糧農(nóng)組織2003年的一份報告指出,世界上的水資源總量約為每年4.4萬億噸,平均攤到60億人頭上,每人每年可以使用的量約是730噸。按照普遍接受的標(biāo)準(zhǔn),這已經(jīng)不算是豐富了。淡水資源的分布又極不平均,如美洲大陸擁有世界上45%的淡水資源,而人口眾多的亞洲僅占28%,廣袤的非洲大陸僅占9%。進一步細化下去,水資源缺乏的問題就更為突出。不少小島國家和干旱地區(qū)的國家,都位列世界上最缺水的國家,如巴林、約旦、馬爾代夫、沙特和也門等。為什么除了也門以外,其他幾個國家好像很少因為干旱出現(xiàn)在新聞里?因為它們都采用了海水淡化技術(shù)來滿足國內(nèi)需要。馬爾代夫絕大多數(shù)的島嶼依賴淡化

3、技術(shù),沙特目前由14個淡化工廠提供國內(nèi)50%的淡水需要。巴林、約旦的海水淡化項目也為兩國提供了大量淡水。但是,如果我們看看需要通過進口滿足國內(nèi)大部分淡水需求的國家名單,其中也不乏島國和沿海國家,如阿根廷、孟加拉、柬埔寨、埃及、荷蘭、越南等,不難看出,距離用海水淡化解決人類的水資源問題還有很長的道路要走。海水淡化的原理實際上并不復(fù)雜。據(jù)說早在公元前49年,凱撒大帝的軍隊就在地中海邊利用陽光蒸發(fā)海水,再收集冷凝后的水蒸氣獲取淡水。時至今日,這種蒸餾法仍然是許多海水淡化工廠采用的方法。和所有“大力出奇跡”的方法一樣,蒸餾法簡單直接,易于實施,卻也有耗能和成本高的缺點。據(jù)漢堡大學(xué)一項研究估計,通過蒸餾

4、法淡化海水,成本相當(dāng)于將同等重量的淡水抬升2000米,或者在地面上運送1600公里。換算一下,得到1噸淡化水約要消耗10度電。要是在北京,不考慮運輸成本,等于水價在現(xiàn)在基礎(chǔ)上要漲一倍還多。近年來,因為核電站和許多熱電廠選址都在海邊,而且發(fā)電過程牽涉到蒸發(fā)大量的海水,人們將發(fā)電后的蒸汽冷凝,就得到了淡水。這種“共發(fā)電”技術(shù)提高了海水淡化的經(jīng)濟性。另外,通過選址的合理規(guī)劃和使用太陽能等新能源,蒸餾法的成本也會降低不少,但要用蒸餾法實際解決淡水問題,許多小國家仍然無力承受。另一種普遍使用的海水淡化方法是反向滲透法。滲透現(xiàn)象簡單地說就是,水會向缺水的地方移動,鹽會向鹽少的地方移動。比如我們把一個新鮮白

5、蘿卜切成條放在裝滿鹽水的罐子里,不久就會發(fā)現(xiàn)蘿卜條變細變軟了,而罐子里的水如果沒有蒸發(fā),也變多了下稀飯用的咸蘿卜條做成了。從物理上說,這是因為水分子和鹽離子都在不斷運動,當(dāng)一邊鹽離子多的時候,它運動到另一邊的機會就多,因此鹽離子會不斷從較多的一邊向較少的一邊滲透,水分子也是如此。而反向滲透是一個相反的過程,就像我們不是要把白蘿卜變成咸蘿卜條,而是要讓罐子里的水進入蘿卜里,鹽還留在蘿卜外面。自然狀況下,反向滲透是不會發(fā)生的。但通過在滲透面的咸水一側(cè)加高壓,同時使用只允許水通過的滲透膜,人們可以克服淡水一側(cè)水分子進入咸水側(cè)的壓力,逆轉(zhuǎn)自然的滲透過程,使水分子從咸水向淡水移動,實現(xiàn)海水淡化。產(chǎn)生高壓

6、需要的能量較少,因此反向滲透法甚至可以應(yīng)用到便攜式的小型凈水設(shè)備中,但小型反向滲透設(shè)備提取1噸水,需要排出818噸廢水,效率很低。大型反向滲透淡化廠的效率也只有48%左右。隨著能源供應(yīng)越發(fā)緊張,以及氣候變化對減少溫室氣體排放的要求,減少海水淡化能源成本的呼聲越來越高。而淡水資源日漸缺乏,也讓海水淡化新技術(shù)的研究一天比一天重要。最近,新加坡政府和西門子公司合作建立了一家示范工廠,使用電滲析方法進行海水淡化,效果不錯。這種方法中,海水通過一系列管道,管道內(nèi)壁交替覆蓋兩種特殊的滲透膜,一種只允許正離子通過,一種只允許負(fù)離子通過。在管道兩側(cè)通電,形成一個電場,將使正離子和負(fù)離子通過管壁的滲透膜被排除,

7、剩下的就是淡化后的水了。為了使淡化水達到飲用標(biāo)準(zhǔn),海水要在這套系統(tǒng)中循環(huán)兩次,再進入一個離子交換池進一步去除產(chǎn)生咸味的鈉離子。通過這種方法淡化海水,能量消耗只相當(dāng)于最節(jié)能的反向滲透法的一半,大約是每噸淡化水耗能1.8度。另一種新技術(shù)是正向滲透,就是把海水和另一種更高濃度的溶液分別放在滲透面的兩端,不用任何能量,海水中的水就能滲透到高濃度溶液中。之后,可以通過物理或化學(xué)方法再將高濃度溶液中的水和溶質(zhì)分開。據(jù)采用這種技術(shù)的“現(xiàn)代水務(wù)”(Modern Water plc公司的報告,這項技術(shù)在滲透環(huán)節(jié)的能耗也僅相當(dāng)于反滲透技術(shù)的一半左右。不過在分離環(huán)節(jié),這種方法還有一些能耗。也有不少人在試圖改進傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù),比如在反向滲透法中,將反向滲透工藝與超細濾膜工藝結(jié)合,生產(chǎn)更清潔的飲用水。通過使用低壓反滲透膜、抗污染膜、帶電反滲透膜等技術(shù),反向滲透淡化技術(shù)的成本可以進一步降低,或使獲得的水純度更高。蒸餾法的改進,主要是使用可再生或發(fā)電效率更高的能源,如太陽能、核能等,并通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)過程中的氣壓、回收蒸汽的熱能等方式,提高能源使用效率。海水淡化在過去也許只是沿海地區(qū)不得已的選擇,隨著技術(shù)的發(fā)展和水資源問題的日益突出,海水淡化的成本已經(jīng)有望接近其他的水資源獲取方式。在海灣地區(qū),由于需要處理的水量大,目前海水淡化還是以蒸餾法為主,而世界其他地區(qū)從能源成本的角度考慮,使用非蒸餾