海水淡化研究

關(guān)于海水淡化問(wèn)題的研究水是人類(lèi)賴(lài)以生存的基本物質(zhì)。人可以7～10天不進(jìn)食，卻不能不飲水。要知道，人體總重量的70％是水，血液中的含水量更高，達(dá)83％。世界各國(guó)的工業(yè)化給人類(lèi)帶來(lái)了物質(zhì)文明，但也產(chǎn)生了負(fù)面影響。人是人類(lèi)社會(huì)最寶貴的財(cái)富，但人口的猛增也給地球帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。就拿水來(lái)說(shuō)，由于工業(yè)的發(fā)展和人口的猛增，地球已發(fā)生了水危機(jī)。早在1972年，聯(lián)合國(guó)在瑞典斯德哥爾摩召開(kāi)人類(lèi)環(huán)境會(huì)議，許多國(guó)家的代表在會(huì)上都提到城市缺水和水嚴(yán)重污染的問(wèn)題。會(huì)議紀(jì)要中也寫(xiě)道：“遍及世界的許多地區(qū)，由于工業(yè)膨脹和每人消費(fèi)量的提高，需水量已增加到超過(guò)天然來(lái)源的境地……”如果我們乘坐在宇宙飛船上，居高臨下看地球，就可以看到：西歐最大的河流——全長(zhǎng)1320千米的萊茵河，由于沿岸各國(guó)污染物的排入，已成了“歐洲最大的下水道”，河水變成紅褐色，魚(yú)類(lèi)大量死亡；美國(guó)號(hào)稱(chēng)“百川之父”的密西西比河，其流域面積達(dá)美國(guó)大陸的1/4，也處于危機(jī)之中；被俄羅斯人稱(chēng)為“母親河”的伏爾加河，幾乎接受了該國(guó)一半的污水。 再看看發(fā)展中國(guó)家，我們也無(wú)法樂(lè)觀：南美洲擁有的世界第一長(zhǎng)度和第一大水量的亞馬孫河被污染著；被印度人敬為“圣河”的恒河，曾因受污染而導(dǎo)致幾萬(wàn)人患黃疸病，許多人因此死亡。人口的急增是水危機(jī)的又一重大原因。據(jù)科學(xué)家測(cè)算，每人每天約需飲用清潔水5升，加上其他生活用水，共需幾百升。1830年世界人口是10億，1930年增加到20億，1960年達(dá)到30億，1975年已有40億，1990年高達(dá)53億，預(yù)計(jì)到2000年世界人口至少達(dá)63億。而據(jù)世界衛(wèi)生組織的調(diào)查，早在70年代中期，世界上就已有70％的人得不到安全、衛(wèi)生的水了。如此算來(lái)，很快就會(huì)有90％以上的人飲用不到安全、衛(wèi)生的水。到那時(shí)，說(shuō)“水貴如油”毫不過(guò)分。

眾所周知，地球面積約有5.1億平方公里，其中海洋面積為3.6億平方公里，占71%，大陸面積為1.5以平方公里，占29%。海洋存儲(chǔ)這137億億立方米的水量，約占地球總水量的94%，雖然有如此巨大數(shù)量的海水，但由于海水含鹽量達(dá)35g/l左右，因此，人們不能直接飲用它，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也不能大量的直接利用。分布在陸地上的水有8.4億億立方米，占地球總水量的6%。在陸地上，深度和礦化度較高的地下水又占絕大部分，淡水資源僅占世界水資源總儲(chǔ)量的2%，在淡水資源中，南北兩極，世界屋脊那里完全是冰雪世界，占去了地球上的淡水的80%，約占7億億立方米，以永世不化的姿態(tài)存在著，開(kāi)發(fā)利用是十分艱巨的。因此，陸地上比較容易開(kāi)發(fā)利用的，對(duì)人類(lèi)生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系最密切的淡水資源，僅占地球上水資源總存儲(chǔ)量的3%，與此同時(shí)大量的工業(yè)廢水又日益成為一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)，使得“世界性的水荒”日益嚴(yán)重。北京、天津等省市的“水荒”已引起了人們的高度重視。保護(hù)淡水資源已刻不容緩。地球的大氣層是一個(gè)龐大的，以太陽(yáng)能為動(dòng)力的蒸餾水工廠(chǎng)。它不斷地從海洋和地面把水蒸發(fā)上天，再以降水的形式向人們居住的陸地提供淡水。平均每年陸地上的大氣降水約為119萬(wàn)億立方米?？鄢舭l(fā)蒸騰損失，每年仍有42.7萬(wàn)億立方米可轉(zhuǎn)化為人類(lèi)有可能利用的淡水資源。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前全人類(lèi)每年約4萬(wàn)億立方米的用水量。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，淡水資源的是永續(xù)不斷的。不可能出現(xiàn)"最后一滴水"的危機(jī)。因此，從總體上講，人類(lèi)完全可以依賴(lài)可再生的淡水資源滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展的需要。然而，淡水資源在地球上的分布很不均勻。有一些干旱地區(qū)降雨量極少?？稍偕Y源接近于零。如果這些地區(qū)人口稀少，又有地質(zhì)歷史上埋藏的，水質(zhì)符合需要，而且存儲(chǔ)量能滿(mǎn)足當(dāng)?shù)夭欢嗟娜丝谏习倌晷枰牡叵滤涂梢栽谙喈?dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期靠"吃老本"過(guò)日子。我國(guó)淡水資源緊張，并不是由于資源貧乏，而是由于人口眾多。淡水解決人類(lèi)生存之根本問(wèn)題——海水淡化淡水資源緊張是全世界面臨的嚴(yán)重問(wèn)題之一，海水淡化是解決這一問(wèn)題的根本途徑。目前，海水淡化方法主要有蒸餾法、電滲析法、反滲透法、磁力淡化法等，但都不是太理想，蒸餾法成本高，工藝設(shè)備復(fù)雜，出水率低；電滲析法、反滲透法需要有離子或介質(zhì)的透過(guò)，要求能量大，因而能耗高，并且對(duì)水的預(yù)處理要求條件苛刻，離子交換膜或反滲透膜易污染、維護(hù)量大；磁力淡化法主要靠磁場(chǎng)的洛化茲力，一般洛化茲力較小或太小，很難克服水流的慣性而發(fā)生作用，不足以使陰、陽(yáng)離子很好地分離，淡化效果差、水質(zhì)低、出水量小，淡化效果很差。

根本的出路：海水淡化

讓我們還是在宇宙飛船上往下看，你會(huì)看到：地球表面的70.8％被水覆蓋著，總水量達(dá)13.56億立方千米。但是被水覆蓋的地球表面中97.2％是浩翰的海洋，而陸地水面只占2.8％，其中淡水更是少得可憐，只占0.64％。我們遇到的是一個(gè)非常矛盾的現(xiàn)象：一方面，地球上的水并不少，但絕大多數(shù)是又苦又咸的海水；另一方面，人類(lèi)生存所必需的淡水卻越來(lái)越少。怎么辦？人類(lèi)早已有了改造大自然的能力，我們不能看著水而大喊沒(méi)有水。向海水要淡水，這是從根本上解決水危機(jī)的唯一出路。其實(shí)，海水淡化早就是人們重視的一項(xiàng)技術(shù)，如今已有多種海水淡化的方法，如多級(jí)閃蒸法、電滲析法、溶劑萃取法、冷凍法、反滲透法等。其中，反滲透法是耗能最少的一種方法，而且用它可直接得到清潔的淡水。反滲透海水淡化裝置包括去除混濁物質(zhì)的前處理設(shè)備、高壓泵、反滲透裝置、后處理設(shè)備、濃縮水能量回收器等。其中最核心的裝置就是反滲透裝置，而這個(gè)裝置中最核心的部件就是反滲透膜。

什么是海洋資源？海洋資源主要包括哪幾類(lèi)？

海洋資源是海洋的主體——海水、海底與海面有密切關(guān)系的一種資源。我們所說(shuō)的海洋資源常常是從狹義上講的。它通常是指能在海水中生存的生物（包括人工養(yǎng)殖）；溶解于海水中的化學(xué)元素和淡水；海水運(yùn)動(dòng)，如波浪、潮汐、潮流等所產(chǎn)生的能量；海水中貯存的熱量；深海底所蘊(yùn)藏的資源，特別是海底各種固態(tài)礦物，如錳結(jié)核；在深層海水中所形成的壓力差及海水與淡水之間所具有的濃度差等等?？傊Ｑ筚Y源指的是與海水水體及海底、海面本身有著直接關(guān)系的物質(zhì)和能量。

常見(jiàn)的對(duì)海洋資源的分類(lèi)方法有以下幾種。

按照資源有無(wú)生命分類(lèi)，可分為生物資源和非生物資源。

按照資源的來(lái)源分類(lèi)，可分為來(lái)自太陽(yáng)輻射的資源，來(lái)自地球本身的資源和地球與其他天體的相互作用而產(chǎn)生的資源。

按照能否恢復(fù)分類(lèi)，可分為再生性資源和非再生性資源。

按照資源的屬性分類(lèi)，可分為生物資源、礦產(chǎn)資源、化學(xué)資源和動(dòng)力資源。

海水運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的可再生能，稱(chēng)為海洋能，也稱(chēng)藍(lán)色能源。海洋能源來(lái)自月球、太陽(yáng)等星球的引力及太陽(yáng)輻射等引起的反水流動(dòng)產(chǎn)生的能量。海洋能主要有波浪能、潮汐能、海流等，此外還有鹽差能、溫差能等。海洋能的特點(diǎn)是蘊(yùn)藏量大，可以再生。海水溫差能的可用功率達(dá)10↑10千瓦數(shù)量級(jí)；潮汐能、波浪能、海流能、海水鹽差能等的可再生功率達(dá)10↑9千瓦數(shù)量級(jí)。

所謂海洋能利用，就是應(yīng)用科學(xué)原理、技術(shù)措施和設(shè)備裝置將海洋能轉(zhuǎn)換成電能或其他形式的可用能的過(guò)程。早在11世紀(jì)，人們就能夠利用潮汐的漲落推磨、卸貨或帶動(dòng)機(jī)具加工農(nóng)產(chǎn)品、鋸木等。1913年法國(guó)科學(xué)家派恩在諾德斯特蘭德島和大陸之間筑壩建起了世界第一座潮汐發(fā)電站，從此人類(lèi)開(kāi)始從海里獲得了電能。1966年法國(guó)建成朗斯潮汐能發(fā)電站，裝機(jī)容量24萬(wàn)千瓦，年發(fā)電5．44億千瓦小時(shí)，是目前世界上最大的潮汐電站。50年代后期中國(guó)曾興起潮汐發(fā)電熱，建設(shè)了一批潮汐能電站，目前江廈試驗(yàn)電站裝機(jī)容量為500千瓦的機(jī)組正在運(yùn)行。1965年日本研制用于航標(biāo)燈的波力發(fā)電裝置成功。目前日本、英國(guó)、挪威、中國(guó)等國(guó)家正在研究波力發(fā)電的試驗(yàn)。其中較大的是由日本等5國(guó)研制在日本海試驗(yàn)的“海明”號(hào)波力發(fā)電船。日本曾建有岸式波力發(fā)電試驗(yàn)站。中國(guó)研制成對(duì)翼型空氣渦輪機(jī)式波力發(fā)電裝置，裝在南海航標(biāo)燈上試用。美國(guó)在夏威夷駁船上進(jìn)行了50千瓦容量海水溫差發(fā)電試驗(yàn)。我們深信，隨著科技的發(fā)展，海洋能利用不久將成為新能源的重要來(lái)源什么叫海洋能？什么叫海洋能利用？海洋能會(huì)成為世界新能源嗎？

海洋是生命的搖籃。地球上之所以有生命，是因?yàn)榈厍蛏嫌泻Ｑ?，海洋水體能夠形成原生生物。原始的海洋里就孕育著生命。海洋既是生命的誕生地，又是生命存在和發(fā)展的必不可少的條件，因此，人們常說(shuō)“海洋是生命的搖籃?！?/p>

海洋是資源的寶庫(kù)。海洋中有很高的生物生產(chǎn)力，有豐富的生物資源，是人類(lèi)蛋白質(zhì)資源的“倉(cāng)庫(kù)”，目前只有少數(shù)被人類(lèi)利用；海洋中蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，1995年全球71個(gè)國(guó)家海上探明的石油天然氣儲(chǔ)量為768．7億噸。除此之外，在2000～6000米水深的海底區(qū)域，蘊(yùn)藏著多金屬結(jié)核、熱液礦床和鈷結(jié)殼，其中，據(jù)初步調(diào)查，15％的深海區(qū)有錳結(jié)核資源，總儲(chǔ)量約3萬(wàn)億噸；在海洋的空間資源中，對(duì)灘涂的主要利用方式是人工造地和發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，對(duì)海灣的主要利用主要是建港口，對(duì)海洋水域利用得最多的是海洋運(yùn)輸業(yè)；海水化學(xué)資源也是十分豐富的，海水中溶解了大量礦物質(zhì)，含量最大的10種依次為：氯化物、硫酸鹽、碳酸氫鹽、溴化物、硼酸鹽、氟化物、鈉、鎂、鈣、鉀、鍶等；海洋能資源的總蘊(yùn)藏量十分巨大。據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織出版物估計(jì)，全球海洋能理論可再生的總功率為766億千瓦，技術(shù)上允許利用的功率為64億千瓦，這一數(shù)字是目前全球發(fā)電機(jī)總?cè)萘康膬杀丁?/p>

海洋是環(huán)境的調(diào)節(jié)器，是風(fēng)雨的故鄉(xiāng)，海洋在全球環(huán)境變化中的作用主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：