相信很多人都有過對對聯的經驗，不知道大家對“上海自來水來自海上”這個上聯是否有印象，當然，對聯只是對聯，上海市的自來水并不是來自海上。但這個上聯取自于生活，有很多地方的自來水確實是來自于海上，下面請跟隨小編的腳步，讓我們了解一下如何將海水變為可以飲用的自來水。

在世界上很多地方，尤其是中東和一些島嶼地區，他們的自來水便是從海水變化而來的，在這些國家，海水淡化水已經成為基本水源。這些國家和地區都是網紅旅游目的地：沙特阿拉伯、阿聯酋、馬爾代夫。

那么什么是海水淡化呢?海水淡化又稱為海水脫鹽(英文為desalination)，也就是通過物理、化學或物理化學方法等從海水中獲取淡水的技術和過程。主要途徑有兩條，一是從海水中取出水，二是從海水中取出鹽。

海水淡化不僅僅是一種人工開發的技能，它是一種存在于自然界中的現象。海水蒸發后，通過雨雪云霜霧的形式變為淡水。從水循環概念圖中我們不難看出：自然界中通過蒸發作用形成淡水的過程就是“從海水中取出水”的過程。

水循環示意圖

在電影《少年派的奇幻漂流》中，主人公在海上漂流的時候沒有淡水飲用，只好利用一個白色的圓錐形裝置利用太陽能對海水進行蒸餾獲取淡水，這便是很簡單的海水淡化裝置了。利用太陽能，將海水進行蒸發，水蒸氣上升到容器穹頂處遇冷凝結，小水滴順著容器內壁流入下方的環狀存水槽中，這便是主人公生存所需要的淡水來源。

海水淡化是人類追求了幾百年的夢想，古代就有從海水中去除鹽分的故事和傳奇。有證據表明在公元前1400年，古代海邊居民也都知道利用蒸餾方法從海水中“要”淡水進行飲用。

現如今，海水淡化的發展已經經過了上百年的演變，海水淡化技術相對成熟。我們在某購物網站上搜索“solar still(太陽能蒸餾器)”就可以搜到這種商品(Aquamate Solar Still Emergency Water Purification Inflatable)，在該商品的介紹中，反復提到了“Emergency(緊急情況)”這個詞，說明它是在非常時期的應急裝置。它不但能從海水中蒸餾出淡水，也適用于在野外極端環境下對臟水污水進行蒸餾獲取干凈可飲用的淡水。

太陽能蒸餾器

上述例子都是海水淡化的第一種途徑，即“從海水中取出水”。而直到海水淡化這個行業興起才有了第二種途徑“從海水中取出鹽”來獲取淡水。

從上述內容中我們已經知道，海水淡化主要有兩條途徑：一是從海水中取出水，二是從海水中取出鹽。從海水中取出水的海水淡化方法包括：蒸餾法、反滲透法、冰凍法、水合物法和溶劑萃取法等;從海水中取出鹽的方法包括：離子交換法、電滲析法、電容吸附法和壓滲法等。

海水淡化兩種途徑

今天，小編給大家講一講目前應用較多的主流方法。

蒸餾法

如果對蒸餾法不好理解，可以想一下你們家里做飯燒水的時候鍋蓋上一層水珠，這些水珠就是因為水開了之后水蒸氣到了鍋蓋上冷凝形成的蒸餾水，即為可飲用的淡水。

蒸餾法主要包括多級閃蒸和低溫多效蒸餾。前者是海水經過加熱，依次通過多個溫度、壓力逐級降低的閃急蒸餾室，進行蒸發冷凝的蒸餾淡化方法。后者是由多個蒸發效串聯進行蒸發操作以節省熱量，第一效的蒸發溫度低于70℃時稱為低溫多效。

多級閃蒸的過程是把海水加熱到120℃左右，然后進入到一系列壓力逐漸降低的鍋內，一部分海水在壓力突然降低的情況下會以“閃”電般的速度蒸發，蒸汽遇冷成為淡水，剩余的海水進入下一個壓力更低的鍋內蒸發。由于海水加熱到120℃會加速對金屬的腐蝕和結垢，為使裝置運行更加可靠，又出現了低溫多效海水淡化方法——把海水加熱到70℃蒸發，產生的蒸汽用于加熱下一個鍋內的海水，同時蒸汽遇冷變成淡水，許多這樣的鍋連接起來就組成了海水淡化裝置。

多級閃蒸

反滲透法

反滲透法是在壓力驅動下，水通過半透膜(反滲透膜)進入膜的低壓側，而溶液中的鹽被阻擋在膜的高壓側并隨濃縮液排除，從而達到有效分離的過程。海水淡化時，于海水一側施加大于海水滲透壓的外壓，則海水中的純水將反向滲透至反滲透膜的另一側，為取得必要的淡化速率，實際操作壓力大于5.5MPa。

膜法海水淡化的關鍵部分是反滲透膜，其原理是由一位美國科學家在1950年無意間發現的，他觀察到海鷗在海面上飛行時從海面啜起一大口海水，幾秒之后吐出一小口海水。后來研究發現海鷗體內有一層薄膜，該薄膜非常精密，海水經由海鷗吸入體內后加壓，經過壓力作用將水分子貫穿透過薄膜轉化為淡水，而含有雜質的高濃縮鹽分的海水吐出嘴外，此即反滲透基本理論。

對透過的物質具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質的薄膜稱之為理想半透膜。當把相同體積的稀溶液(例如淡水)和濃溶液(例如鹽水)分別置于半透膜的兩側時，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發地向濃溶液一側流動，這一現象稱為滲透(下圖左)。當滲透達到平衡時，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個壓差，此壓差即為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關而與半透膜的性質無關。

若在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力時，溶劑的流動方向將與原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側流動，這一過程稱為反滲透(下圖右)。 反滲透是滲透的一種反向遷移運動，是一種在壓力驅動下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應用于各種液體的提純與濃縮，其中最普遍的應用實例便是在水處理工藝中，用反滲透技術將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質去除，以獲得高質量的純凈水。

半透膜示意圖

參考資料：

惠紹棠,阮國嶺,于開錄.海水淡化與循環經濟[M].天津:天津人民出版社,2005.

高從堦,陳國華.海水淡化技術與工程手冊[M].化學工業出版社,2004.

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