海水淡化解决“干渴”问题

联合国新发布的《世界水发展报告》显示,全球用水量已达到一个世纪前的6倍,预计到2050年还将增加20%至50%。目前,超过1/4的人口生活在水资源严重稀缺的地区,可能出现的水荒给人类生存构成了严重威胁。

地球表面70%被水覆盖,但人类生存所必需的淡水资源却极其有限,仅占全球总水量的2.5%,其余97.5%都是无法直接饮用的海水。海水淡化成为化解水资源短缺的一个重要途径。据联合国大学的研究数据,全世界目前有超过16万家海水过滤工厂,每天可生产9500万立方米淡水,其中近半出自中东和北非。此外,马尔代夫、新加坡、卡塔尔等8个国家生产的淡化水,甚至超过了取自天然水源的淡水量。截至2017年底,中国已建成海水淡化工程136个,日均产水规模近120万吨。

海水淡化技术现有20余种,主要分为蒸馏法和膜法两大类。蒸馏法历史久远,目前中东国家广泛采用的多级闪蒸技术就属于此类。该技术发明于上世纪50年代,基本原理是把加热的海水依次通过温度、压力逐级降低的闪蒸室,使其蒸发冷凝获得淡水。这一技术大幅改善了蒸馏所产生的积垢问题,但能耗偏高。新研发的低温多效蒸馏技术,可以在不超过70摄氏度的条件下,将几个蒸发器串联操作,降低了能耗,且水垢少水质高,更具推广潜力。

膜法中的反渗透法也是应用十分广泛的技术。主要原理是把海水经高压水泵加压处理,产生大于海水渗透压的压力,使淡水通过反透膜反渗出来,浓盐水则由另一端排放出去。随着膜性能的提高和价格的下降,反渗透法目前已成为投资少、成本低的海水淡化手段。现阶段,生产1立方米淡化水的能耗,已经从最初的20多度电降至4度电以下,未来还有可能进一步降低。由于技术先进,新加坡已经把海水淡化成本降到了每立方米0.49美元。

海水虽然取之不竭,淡化成本也不断降低,但目前成本依旧偏高。现有的大部分海水淡化设施都位于高收入、严重缺水的国家。不过,技术的创新总是令人期待。美国莱斯大学的科研人员,利用廉价塑料透镜把阳光聚焦到纳米光子太阳能膜的“热点”上,可以将太阳能海水淡化系统的效率提高50%以上。

海水淡化技术的进步令人鼓舞,但其衍生的环境问题也不容忽视。高温、高盐、掺杂化学药剂的废水,通常直接排入海洋,一定程度上影响着海洋生态环境,甚至使生物种群发生改变。因此,人类在利用海水“解渴”的同时,还要加强对海域生态环境的考量,重视废水的处理工作。