如果你口渴了，到海邊來一杯清涼的海水怎么樣？不，不要把這個玩笑當(dāng)真！人類是不能喝海水的。但是，海水可以轉(zhuǎn)化成淡水，這個過程被稱為海水淡化，它在世界各地越來越多地被用來為人們提供淡水。雖然世界許多地區(qū)有或可以獲得充足的飲用淡水，但是還有許多地區(qū)（如荒漠、干旱地區(qū)，內(nèi)陸無水區(qū)），淡水非常短缺。而且，隨著人口的持續(xù)增長，淡水短缺將更頻繁地發(fā)生。在某些地區(qū)，人們正飲用由海水轉(zhuǎn)化而來的淡水。

便攜式充氣太陽能蒸餾器。它可以放在海水、河流和池塘中使用，在短期至中期提供飲用淡水。帶包裝尺寸為32厘米×27厘米×7厘米，重1.2千克 / www.solarwaterstill.co.uk

將海水轉(zhuǎn)化為淡水必須克服的“簡單”障礙是去除海水中的溶解鹽。這似乎就像在大鍋里煮沸海水，再收集水蒸氣并將其冷凝成淡水（蒸餾）一樣簡單。其他方法也是可用的。但這些技術(shù)流程必須能大規(guī)模進(jìn)行，才能滿足大群體的需要。而且，目前的流程成本高昂、能源密集，涉及大規(guī)模設(shè)施。

煮沸水壺里面的海水，收集水蒸氣并將其冷凝成淡水（蒸餾）/Ellie Thomas，survival-mastery.com

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海水的含鹽量

海水含有大量的溶解鹽。水中溶解鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)曾經(jīng)用“ppm（百萬分之幾）”表示。“水中溶解鹽的含量為10000 ppm”表示水的質(zhì)量的1%來自溶解鹽（溶解鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%）。

海水中溶解鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3.5%。

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全球?qū)Φ男枨?/strong>

淡水資源的稀缺和對額外供水的需求在世界許多干旱地區(qū)已經(jīng)成為至關(guān)重要的問題，而且將變得越來越重要。許多干旱地區(qū)根本沒有河流、湖泊等地表水形式的淡水資源，可能只有有限的地下水資源。隨著含水層中的水越來越多地被提取出來，一些地下水變得越來越咸。大自然利用太陽能將海水蒸發(fā)，產(chǎn)生雨水。雨水是地球上淡水的主要來源。

根據(jù)國際脫鹽協(xié)會（IDA）2019年的數(shù)據(jù)，全球有超過3億人從海水淡化廠獲取淡水。美國最大的海水淡化廠——卡爾斯巴德（Carlsbad）海水淡化廠位于加利福尼亞州。它生產(chǎn)了周邊地區(qū)約310萬人使用的淡水的10%，其成本約為其他水源的2倍。至2019年，美國加利福尼亞州有11家海水淡化廠，另有10家海水淡化工廠建設(shè)計劃已被提出。世界上最大的海水淡化廠——索里克（Sorek）海水淡化廠位于以色列特拉維夫以南，每天生產(chǎn)約52萬立方米的飲用水。相比之下，卡爾斯巴德海水淡化廠每天生產(chǎn)約19萬立方米的水。

2015年，美國一些州的公共水源就已包括經(jīng)過處理以減少溶解鹽的淡化海水或微咸地下水。據(jù)報道，美屬維爾京群島、得克薩斯州、佛羅里達(dá)州和馬薩諸塞州每天共抽取約2.7萬立方米的咸水補(bǔ)充公共水源；佛羅里達(dá)州、加利福尼亞州、得克薩斯州、弗吉尼亞州、堪薩斯州和猶他州每天共抽取100萬立方米的咸水用于公共供水。

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海水淡化的另一種方法：反滲透

鹽水脫鹽的另一種方法是“反滲透（reverse osmosis）”。簡單來說，就是含有溶解鹽分子的水被迫通過半透膜（本質(zhì)上是一個過濾器），其中較大的鹽分子不會通過膜孔，但較小的水分子會通過。

反滲透是淡化鹽水的有效手段，但它比其他方法更昂貴。隨著未來價格的下降，使用反滲透裝置淡化海水可能會變得更加普遍。

位于西班牙巴塞羅那的反滲透海水淡化廠/AP Photo/Emilio Morenatti

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海水淡化水的用途

我們想到海水淡化時，傾向于關(guān)注飲用淡水。其實，淡化海水不僅是為家庭/市政用途生產(chǎn)的。海水淡化還能為農(nóng)業(yè)灌溉提供淡水，用于對水質(zhì)要求高的工藝，如使用鍋爐的工藝，以避免水垢積聚。海水淡化還可以用于藥品、半導(dǎo)體、硬盤等的制造。

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海水淡化不是現(xiàn)代科學(xué)

蒸餾脫鹽是人類最早的水處理方法之一，至今仍常用。在古代，許多地區(qū)的人在船上使用蒸餾的方法將海水轉(zhuǎn)化為飲用水。如今，世界上許多干旱地區(qū)的海水淡化廠將海水轉(zhuǎn)化為飲用水，并處理被天然和非天然污染物污染的水。蒸餾可能是能最大限度減少污染物，并最廣泛使用的一種水處理技術(shù)。

在自然界中，這一基本過程負(fù)責(zé)水循環(huán)。太陽提供能量，使水從湖泊、海洋和溪流等蒸發(fā)。水蒸氣與較冷的空氣接觸，重新凝結(jié)形成露水或雨水。通過使用替代的加熱源和冷卻源，可以人工模擬這一過程，并且可以使它比在自然界中進(jìn)行得更快。

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既然淡水如此稀缺，為什么我們看不到更多海水淡化廠？

我們沒有看到更多海水淡化廠的主要原因是這些工廠的運營成本高昂。鹽很容易溶解在水中，需要大量的能量來破壞化學(xué)鍵，能源消耗增加了工廠的運營成本。海水淡化技術(shù)的成本也很高。

有時，環(huán)境保護(hù)是阻礙海水淡化廠建設(shè)的一個因素。2022年，在加利福尼亞州亨廷頓海灘建造一座海水淡化廠的計劃發(fā)布之后，加利福尼亞州海岸委員會拒絕了建造該廠的投標(biāo)，原因是擔(dān)心水價上漲、海洋生物受到危害以及對已經(jīng)居住在工業(yè)區(qū)附近的貧困家庭造成負(fù)面影響。按項目計劃所說，海水淡化廠每天將抽取約38萬立方米的海水，對其中的1/2進(jìn)行脫鹽，然后將另1/2作為更咸的鹽水排放回去。這種做法遭到該地區(qū)居民的反對。

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你自己的“海水淡化廠”

還記得本文最初的那張“便攜式充氣太陽能蒸餾器”的照片嗎？如果你發(fā)現(xiàn)自己在沙漠中需要喝水，也可以應(yīng)用與該設(shè)備相似的原理。

制作一個簡單的“太陽能蒸餾器”。它利用太陽的熱量進(jìn)行蒸餾過程，在塑料薄膜等物體上形成水蒸氣（見下圖）。在蒸餾器內(nèi)使用咸水或新鮮植物會產(chǎn)生潮濕的空氣，塑料薄膜讓空氣被太陽加熱。潮濕的空氣將凝結(jié)在塑料薄膜的下表面。由于表面張力，水滴會貼著塑料薄膜向低處匯聚，滴落到容器中。

制作簡易“太陽能蒸餾器”：在地上挖一個坑（確保坑底有一點海水或地下水）。在坑的底部放一個碗，用來收集冷凝水。用塑料布蓋住坑（可以用石頭或其他重物將其固定在坑上），確保塑料布的最低部分懸在碗上方。這樣放置一晚，早上就可以從碗里收集冷凝水 / theoutdoorchamp.com

FACTS

據(jù)估計，世界上約30%的灌溉區(qū)存在土壤鹽堿化問題，修復(fù)成本非常高。根據(jù)IDA的數(shù)據(jù)，2015年6月，全球共有18426家海水淡化廠在運營，每天生產(chǎn)8680萬立方米的海水淡化水，為3億多人提供用水。

海水淡化水最重要的用戶在中東（主要是沙特阿拉伯、科威特、阿拉伯聯(lián)合酋長國、卡塔爾和巴林），其使用量約占全球產(chǎn)能的70%；北非（主要是利比亞和阿爾及利亞）約占全球產(chǎn)能的6%。

在工業(yè)化國家中，美國是海水淡化水的重要用戶之一，特別是在加利福尼亞州和佛羅里達(dá)州的部分地區(qū)。2015年，加利福尼亞州總用水量的約11%來自海水和含鹽地下水。

本文翻譯自www.usgs.gov網(wǎng)站文章“Desalination”，原作者“Water Science School”，翻譯整理：員外。翻譯僅供交流研究之用。

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