甘甜清泉海中来—能喝的海水

　　甘甜清泉海中来—能喝的海水

　　“闲来松间坐，看煮松上雪。”“雪水煎茶”的故事大家一定听说过不少。《红楼梦》中就多次写到“雪水煎茶”的情节。比如第41回：妙玉执壶，只向海内斟了约一杯。宝玉细细吃了，果觉轻浮无比……黛玉因问：“这也是旧年蠲的雨水？”妙玉冷笑道：“你这么个人，竟是大俗人，连水也尝不出来。这是五年前我在玄墓蟠香寺住着，收的梅花上的雪，共得了那一鬼脸青的花瓮一瓮，总舍不得吃，埋在地下，今年夏天才开了。我只吃过一回，这是第二回了。你怎么尝不出来？……”

　　除了曹雪芹的玄妙故事，清代帝王乾隆的“露水煮茶”，也是佳话趣闻，他在《荷露煮茗》诗中写道：“平湖几里风香荷，荷花叶上露珠多。瓶罍收取供煮茗，山庄韵事真无过。”也真实再现了古代帝王荷叶露水煮茶的趣味盎然的情景。

　　古人用“雨水”“雪水”煮茶的根本原因是什么？一方面，当然是当时的农耕社会工业污染少、生态好、环境优，雨露霜雪洁净，另一方面，就是得益于地球这个巨大的水循环系统。地球上的水依靠太阳这个动力之源不停地运动着、变化着，占地球表面积71%的海水，也在阳光的照射蒸发之后，通过雨雪露霜雾的形式变为淡水，造福苍生。

　　因而，甘甜清泉海中来，自古就有，不是神话。特别是，随着科学技术的不断发展，人们模拟大自然的水循环机制，通过海水淡化技术终于让苦涩的海水变成洁净、味甘、清冽的纯净之水流进了寻常百姓家。

　　目前，海水淡化的技术主要有“热法”和“膜法”。

　　热法制水

　　热法海水淡化的历史可追溯到公元前1400年，那时候海边的居民就已经懂得在锅里将海水加热到沸腾，将海水蒸发变成水蒸气，再将水蒸气冷却变成可饮用的水，而盐分则留在锅里成为垢。古代海边居民的这种海水淡化智慧，其原理就如同大自然的水循环原理：受热蒸发形成云朵，云朵遇冷形成雨。

　　记录最早的海水淡化试验，是公元前4世纪古希腊著名的科学家亚里士多德做过的一个实验。他把海水装在半封闭的容器里，一直加热到水蒸气冒出。在收集这个水蒸气的过程中，他惊奇地发现，冷凝的水蒸气里没有盐分，水并不咸！这个有趣的发现不但揭开了蒸馏技术的神秘面纱，也为后来人们运用蒸馏技术从海水里汲取淡水提供了科学方法和依据。

　　可见，海水热法处理为淡水的技术原理很好理解，就是通过可控条件，使海水蒸发，实现盐、水分离。

　　现代生活中，人们常用的热法淡化海水，主要有“多级闪蒸”和“低温多效”两种方法。‘多级闪蒸”是将海水加热到

　　上20℃左右，引入到一系列压力逐渐降低的锅里，一部分海水在压力突然降低的情况下，会以闪电般的速度蒸发，蒸发出的蒸汽遇冷就变成淡水，剩余的海水进入下一个压力更低的锅内继续如此蒸发冷凝髟或淡水。

　　由于海水被加热到120℃的高温，容易使金属设备加速腐蚀和结垢。为了使淡化设备的运行更加稳定可靠，“低温多效”热法海水淡化技术应运而生。低温，就是把海水在真空锅中的温度调控到70摄氏度左右时蒸发，产生的蒸汽用于加热下一个锅内的海水，这时海水遇冷变成淡水，许多这样的锅连接起来就组成了我们见到的海水淡化工厂。

　　膜法海水淡化的关键部分是反渗透膜，是由一位美国科学家在1950年无意间发现的。他观察到海鸥在海面上飞行时啜起一大口海水，隔了几秒后，吐出一小口海水。他对此产生了疑问。后来经研究发现海鸥体内有一层薄膜，该薄膜非常精密，海水经由海鸥吸入体内后加压，经过压力作用将水分子贯穿透过薄膜转化为淡水，而含有杂质及高浓缩盐分的海水则吐出嘴外。这一发现即构架了反渗透基本理论。

　　反渗透膜如同一只特殊的过滤筛子，在压力下过滤掉了水，而留下了盐。运用这一原理，我们就可以利用反渗透膜从海水中获取淡水了。当然，要想制造出淡水，实际的装置和工艺要复杂很多。首先，要对海水进行一定的处理，去除掉海水中可能对反渗透膜产生危害的物质。因为一支膜生产的淡水量很有限，所以需要由很多反渗透膜连接组合在一起，组成反渗透膜堆。海水经过处理后送入到反渗透膜堆中，就能生产出供我们饮用的淡水了。其次，为了延长反渗透膜的使用寿命，还要定期进行清洗，这样才能保证反渗透装置长期稳定地制造出高品质的淡水来。用这种方法制取淡水，操作简单，节能环保，水质可靠，应用前景非常广阔。

　　运用历史

　　最初的海水淡化装置出现在公元200年的远洋船只上，结构十分简单，其功能主要是为了远洋的船队在海上能够得到足够的淡水供应。世界上第一个在陆基上建成的海水脱盐工厂于1560年建在突尼斯的一个海岛上。

　　17世纪，许多国家对海水淡化加以重视，英国在1675年和1683年的专利184号、专利226号中提出了海水淡化。1791年美国也开始研究海水淡化，其第一份海水淡化发明技术报告是由国务卿托马斯·杰弗逊发表的，他们甚至还把这份报告粘贴在船舱里，以备船员紧急情况下制备淡水。

　　1860年，由英国建造的第一个海水淡化装置在美国佛罗里达州的军事基地开始使用。1872年，首台太阳能海水淡化装置在智利诞生。1898年，俄罗斯第一家多效蒸发海水淡化工厂运行投产……

　　在我国山东威海刘公岛上，也发现了一座海水淡化蒸馏塔，据考证，此蒸馏塔建于1920年前后，占地612平方米。该遗址是中国乃至世界上现存最早的陆基海水淡化项目之一。

　　可见，人类对海水的淡化利用时间久远，历史漫长，从海水中汲取可饮用的淡水始终是人类的梦想和致力方向。

　　战略地位

　　海水淡化是开源增量技术，具有“不淹地、不移民、不争水、不受气候影响”的特点，充分利用海水淡化水，是解决部分地区淡水资源紧缺的必然战略选择。

　　最典型的便是新加坡“四大开源战略”。新加坡位于马来半岛最南端，四面环海、地域狭小，人口密集，天然淡水资源十分有限。由于水资源的严重匮乏，新加坡和马来西亚两国曾在1961年和1962年分别签署过两项供水合约，合约有效期分别是50年和100年。根据合约规定，新加坡以较低价格向马来西亚柔佛州购水。为减少对马来西亚供水的依赖，解决本国水资源紧缺危机，新加坡政府决定实现供水的自给自足，将供水作为新加坡整体发展战略的重要部分和多重议题，实施长期供水策略——国家“四大开源战略”，即外购水、收集本地雨洪水、发展海水淡化、废水利用，实现供水水源的多元化，以满足新加坡的用水需求。

　　2005年1月，新加坡建成产量13.6万吨／日的新泉海水淡化厂。2013年9月，新加坡大泉海水淡化厂建成，每天可生产淡化水31.85万吨，两座海水淡化厂产水量合计起来，将能满足新加坡25%的用水需求。2015年9月，新加坡公用事业管理局对外宣布，将在马里纳东部再建造一个10万吨级以上的海水淡化厂计划产能13.6万吨／日，用于满足未来城市区域的用水需求，以加强新加坡对抗旱灾的应变能力。

　　截至2022年底，新加坡已建海水淡化工程规模约113万吨／日，十万吨级及以上海水淡化工程6个。为应对与马来西亚供水协议的到期，未来新加坡还计划把海水淡化生产能力提高10倍，以逐步实现新加坡供水的自给。

　　早在20世纪50年代末，我国政府就认识到解决水资源短缺问题、向大海要水的重要意义，开始组织科技队伍探索海水淡化技术。1967年~1969年，国家科委、国家海洋局组织了全国海水淡化大会战，就海水淡化问题进行了专项研究。

　　在国家的支持和推动下，多年持续攻关，海水利用技术取得了突破性进展，“九五”期间，反渗透海水淡化技术取得突破，相继建成百吨级、千吨级示范工程，我国第一座500吨／日反渗透海水淡化工程于1997年在浙江嵊泗建成，随后山东长岛、大连长海等地也完成了多个海水淡化示范工程及试验装置。

　　随着海水淡化工程的推广'我国居民的饮用水也得到进一步保障。浙江舟山市的嵊泗县，就是一个充分利用国家政策优势并努力践行海水淡化战略的典型市县。该地区正常年份缺水102.1万立方米，缺水率达30%。通过海水淡化工程建设，如今他们的海水淡化供水已占当地供水总量的80%，海水淡化成了他们赖以生活的新水源。

　　在研发和技术以及工程示范不断取得进步的同时，2005年，国家发展改革委、国家海洋局和财政部联合发布了我国首部《海水利用专项规划》，指明了海水利用产业的发展方向。自2006年至今，我国出台了《关于加快发展海水淡化产业的意见》《海岛海水淡化工程实施方案》等多部文件，为海水淡化技术产业发展提供政策支持。其中，国家发展改革委、自然资源部联合发布的《海水淡化利用发展行动计划（2021-2025年）》，明确了“十四五”期间海水淡化利用的总体要求和具体目标，并从推进海水淡化规模化利用、提升科技创新和产业化水平、完善政策标准体系、保障措施等方面做出重要部署和安排。

　　海水淡化技术发展和工程建设不仅保障了我国居民用水，而且对于促进中西部苦咸水利用、保障远洋、海岛军民补给、提高供水安全、优化沿海地区水资源结构也具有十分重要的意义。相信不久的将来，随着技术的创新和发展，海水淡化技术会成为解决我国乃至世界饮用水资源短缺的有效手段。

　　摘自《地球》2023年第5期