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26 ocean world 封面故事面 封 海水利用：或咸或淡总相宜 如何利用海水？一是直接利 用；二是淡化海水，使之成为淡 水。 直接以海水代替淡水 海水的直接利用，即直接以海水替代淡 水，用于生产和生活。 日本是直接利用海水方面的先驱。早在 20世纪30年代，日本就已经开始利用海水； 到了60年代，其工业上直接利用的海水量已 占总用水量的60%以上。 工业上，以海水来代替淡水进行冷却， 是解决淡水危机的重要途径之一。海水的工 业冷却包括直流冷却和循环冷却。直流冷却 效果好、系统简单，但是取水量大、投资 大、排污量大；与之相比，循环冷却的用水 量可节约95%以上，同时减少环境污染。 海水还可以直接作为多种行业（如印 染、制药、制碱、海产品加工等）的生产用 撰文/吴溪 澳大利亚佩思市的海水淡化工厂。 27 水。将海水直接用于印染行业，可以加快上 染速度；海水中一些带负电的离子可以使纤 维面产生排斥灰尘的效果，从而提高产品 的质量；海水也可作为制碱工业中的原料。 城市生活用水约占城市供水的20%，其 中相当大的一部分（35%）是用于冲厕。用 海水冲厕由来已久。香港特别行政区用海水 冲厕始于20世纪50年代，历经数十年的发 展，海水冲厕已成体系。目前，其冲厕用水 大部分是海水；未来将实现100%海水冲厕。 传统农业用淡水灌溉。海水灌溉农业则 是以海水资源、沿海滩涂资源和耐盐植物为 劳动对象的特殊农业。可用海水来直接灌溉 的农作物和经济作物需具备耐盐的特性。美 国科研人员曾发现一种适合用海水灌溉的天 然植物；中国也积极研究耐盐作物的栽培技 术，以实现大规模的海水灌溉。 海水淡化 由于海水中含有氯化钠、氯化镁、硫酸 镁等盐分，因此它的味道既咸又苦涩，不适 于人类饮用或其他应用。简单地讲，海水淡 化(Seawater desalination)就是通过各种手 段将这些盐分和矿物质从海水去除的过程。 据说，人类最初进行海水淡化的尝试是出于 恐惧：漂浮在海面上的人们面对惊涛骇浪， 恐慌在所难免；但比惊涛骇浪更恐怖的是， 他们从陆地上带来的饮用水已所剩无几，恐 怕无法支持到上岸。怎么办？身处海上，四 周尽是海水，如果把海水中的盐分去掉，将 其变成淡水，不就可以喝了吗？人类的“淡 化海水”之路自此开始。这个传说倒是合情 合理。 现在，干旱和水资源（尤其是淡水资 源）匮乏已经成为一个全球问。在这种情 况下，人们很自然地把目光投向了海洋，海 洋中的水量约占地球上总水量的97%，不加以 利用实在是太可惜。 首先考虑经济问题 如果一座城市或一个地区打算使用海水 淡化的方法来增加淡水总量，首先要算一笔 账，即从经济学的角度来考虑这样做是否划 算、是赔还是赚。决定海水淡化成本的因素 有很多，包括设备类型及处理能力、工厂地 点、海水来源、劳动力、能源供应、废物处 理等。 通常情况下，大规模的海水淡化需要消 耗大量能源，这是其成本高的主要原因。在 这一点上，中东国家显然占了优势——那里 有丰富的石油储备，但淡水资源却相对稀 缺。到2007年中期，中东地区的海水淡化能 力已占全世界的75%。在阿联酋有世界上最大 的海水淡化工厂，其淡水生产能力是每年3亿 立方米。另外，为了合理利用能源，人们将 电力生产和海水淡化的设备整合到一起，成 为一套有“双重目的”的设备，用发电厂为 海水淡化提供能量。目前，化石燃料和核能 是海水淡化工厂的主要能量来源。2007年12 月26日，美国佐治亚州理工学院的教授Nolan Hertel在《亚特兰大宪法报》的个人专栏中 写道：“我们可以用核反应堆来生产大量的 饮用水。目前，已经有一些国家这么做了， 比如印度、日本和俄罗斯。光是日本的海水 淡化工厂就使用了8个核反应堆⋯⋯” 除了能源供应问题，海水淡化技术本身 及相关设备也是一笔很大的开销。另外，地 理因素和国情也是需要考虑的问题。一项研 究指出：对于那些靠近海洋、富裕的国家而 言，海水淡化的确是一个不错的解决办法。 但是，那些又穷、海拔又高的内陆国家呢？ 海水淡化显然并不适合它们，而它们又常常 28 ocean world 封面故事面 封 是水资源最为短缺的国家。如果为了进行淡化， 需要把海水运送到海拔2000米的地方，或者是距 海边有1600千米的内陆地区，光是运输费用就抵 得上海水淡化的费用。那样的话，倒不如从其他 地方调运淡水，反而经济一些。 海水淡化需考虑环境成本 海水淡化工厂对入海口的影响最大，尤其是 当它和发电厂位于同一地点时。它会大大增加入 海口处生物（如浮游生物和鱼苗）的死亡率，最 终会使入海口成为没有生命的“死亡地带”。当 海水淡化工厂由发电厂供能时，其对环境的负面 影响还包括发电厂所排放的温室气体以及空气污 染。 海水淡化的副产物是高浓度的盐水，其中包 括从海水中除去的一切物质，美国环保署将这种 高浓度盐水划为“工业废物”。如果这种工业废 物未经任何处理就被直接排放到海洋中，就会给 海洋生物带来伤害。高浓度盐水的密度高于海水 自身的密度，就会沉至海底并在那里停留，进而 破坏海底生态系统。底栖生物群落将无法适应海 水盐度的极端变化，许多滤食性生物会因此而丧 命。为了减少废盐水对海洋的破坏作用，可以在 它入海之前对其进行稀释，而稀释用水 可以是其他工业废水或冷却水。另一个 降低废水盐度的方法是将其排放到十分 广阔的水域，这样某一处的盐度变化就 十分微小，甚至可以忽略不计。 如何进行海水淡化？ 海水淡化，关键在于实现盐分和水 的分离。根据分离原理的不同，海水淡 化方法主要分为：蒸馏、离子交换、膜 处理、冷冻等。 在海水淡化的诸多技术中，一直处 于领先地位的是多级闪蒸技术。通过海 水淡化获得的淡水中，有85%依赖于这种技术。在 过去的10年中，反渗透技术逐渐成为海水淡化过 程中的另一种主导技术。这种技术通过半透膜和 压力，来实现盐和水的分离。与多级闪蒸技术相 比，反渗透技术耗能少，因此降低了海水淡化的 成本。 世界上主要的海水淡化工厂 1、 Kwinana海水淡化工厂，澳大利亚 佩思(Perth)是位于澳大利亚西海岸的城市， 它的西面就是印度洋。看起来，佩思应该是一个 到处都是水的城市，但事实上，它却面临着严重 的缺水问题。佩思有人口170万，并且平均每年以 3%的速率增长。它需要更多的淡水，但淡水却被 慢慢耗尽。在过去的十多年中，这个城市的降水 量减少了21%，而水库的蓄水量却减少了65%。在 这种情况下，Kwinana海水淡化工厂于2007年4月 开始运行。 工厂从科克本湾吸收海水。在离岸650英尺的 地方，海水被吸入管道，吸收速率只有0.1米/秒。 吸收速率如此之慢，是为了让海水中的鱼类有机会 逃跑；但这一速率却可以保证每天生产近14万立方 米饮用水——相当于佩思市每日耗水量的20%。 海滨城市佩思面临着严重的缺水问题。 29 工厂本打算用煤来为海水淡化供能，但这个 主意却遭到了环保人士的反对，厂方于是只好去 寻找另一种无污染、可再生的能源。最后，他们 在佩思以北的城镇塞万提斯附近找到了符合条件 的能源——风能。那里有一家风力发电厂，拥有 48个风力涡轮机，每一个都有15层楼高。这家 风力发电厂每年可提供2亿7千万度电，其中1亿8 千万度供给海水淡化工厂。 Kwinana使用了反渗透技术来进行海水淡化。 该工厂还拥有一套全面而完整的环境监测程序， 从海水的吸入到废水的排放，每一步都受到严格 的监控。 2 、Shoaiba海水淡化工厂，沙特阿拉伯 根据沙特阿拉伯中央数据部门的预测，到 2010年，该国的人口将超过2900万，2020年将达 到3640万。如果按每人每天消耗300升淡水来计 算，到2010年，该国的年淡水需求量将超过30亿 立方米；到2020年，这个数字将增加到近40亿立 方米。 沙特阿拉伯是目前世界上最大的通过海水淡 化来获得淡水的国家。其生产的淡水满足了这个 国家70%的饮用水需求，并通过输水管道网络为工 业中心供水。 Shoaiba海水淡化工厂的二期工程于2003年3 月17日竣工。之后，它便跻身于世界上最大的海 水淡化工厂之列，每年可生产的淡水总量为1亿5 千万立方米。 沙特阿拉伯是世界上最大的石油输出国， Shoaiba工厂理所当然地用石油来为海水淡化供 能。该工厂选择了多级闪蒸的淡化方法。目前这 项技术在中东市场上风头正劲，Shoaiba的选择也 是大势所趋。近年来，这项技术及相关设备的价 格大幅下降，而它的高效率一直备受称赞，再加 上设备的维护需求相对较低，它得到大规模的应 用也就不足为奇。然而，该技术亦有不足之处： 在进行海水淡化之前，必须通过其他技术（尤其 是反渗透技术）对海水进行预处理。尽管如此， 多级闪蒸技术仍是目前最主要的海水淡化技术。 3 、Tampa Bay海水淡化工厂，美国 Tampa Bay海水淡化工厂的建成之路可谓 “一波三折”：3个相关公司相继破产；所有权的 争议愈演愈烈，终于闹到联邦法庭。最后工厂终 于运作，只不过比原的时间推后了近6年。 现在，Tampa Bay工厂是美国最大的海水淡 化工厂。最初，该厂的淡水生产能力是每天9.5万 立方米，未来计划达到13.2万立方米。 用风力发电厂为海水淡化工厂供能，符合环保的要求。