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海水淡化重大突破:治海淡 反渗透不是好药方

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海水淡化重大突破:治海淡 反渗透不是好药方

发布日期:2017-01-26 00:00 来源:http://www.ykklm.com 点击:

海水淡化重大突破:治海淡 反渗透不是好药方

浩瀚的大海一望无际。我问:君虽海量,不无病乎?碧波万顷,然无一瓢可饮也。

  大海回答说:我没有毛病。你走近看看,最好到海水里面看看。你不过是看到一些自由自在也是成双成对的带负电荷的阴离子、带正电荷的阳离子在一刻不停地晃晃荡荡,平均总含量不过是差不多每99个我水分子或离子中才1个盐分子或离子,或者体积上看,100份的水中只有1.5份的盐体积,或者重量上也就是3.5%的盐。所谓一粒老鼠屎坏了一锅粥,一个盐分子坏了我九十九个水分子。本来也是很容易不费钱的事情,用勺子抠出那粒老鼠屎,一锅粥也还能将就,用勺子抠出那个盐分子,一切都好。但大家不是这么简简单单科学地干的,而是干的很有技术含量,找来一张巨大的纱布,配上宏伟漂亮的机器设备,高大上耗电极多的压力泵,活生生的硬是把99份的稀粥压过纱布,把99个水分子压过反渗透膜,留下一粒大老鼠屎、一个盐分子。能不累、能不成本高?也好比99个黄豆中有一粒比黄豆还大的砂子,不是拣出砂子,而是拣出黄豆,其功夫不可谓不大啊。当然,找不到一把合适的勺子或拣砂子的工具,是这么累着干费钱费功夫干的根本原因。

  海水中的这些阴离子大部分是氯离子,少量的硫酸根离子、碳酸根离子、溴离子和氟离子,阳离子则主要的是钠、镁、钙、钾和锶离子。其中的氯离子、钠离子还是人类天天需要食用的食盐。如果你有能耐,你还可以从我这里得到无穷尽的钾肥、镁金属,要知道,中国是一个典型的缺钾肥的国家,而镁金属比铝还轻巧,其作用比铝合金也毫不逊色。

  要想喝淡水,只不过是请出这1%个数的阴阳离子而已,温柔点最好。就这么点含量,与人类工业污染的含无机盐废水的污染程度相比几乎是可忽略不计了。但现实是,海水淡化是如此的高大上,动用了巨大的国家资源,吸引了无数英雄豪杰,从英国人开始,一晃已经400多年了。

  早些年,煮水论英雄,也是可以理解的。水沸腾了,强迫水分子和盐分子说再见,但代价也是巨大的,大量的热能被消耗了,不到万不得已,傻瓜才会这么干。后来,1930年代发现了只透过水不透过盐的半透膜,1953年美国人开始利用这种膜在高水压下,强行的也是恶狠狠的把水分子和盐分子分开在了膜的两边,就是所谓的反渗透海水淡化技术。再后来的60年时间里,反渗透成了一种淡化海水的习惯,这种技术几乎发展到了极致,但仍然需4度电左右换取一吨淡水。因为泥巴烧不着,所以能源在地球上还是稀有资源。这种用一种稀有资源换取另外一种稀缺资源的做法,肯定不是长久之计,也不合天理。因为技术惯性和知识框架的效应,最聪明的人继续幻想着如何更高效地让水分子透过膜,现在最玄幻的石墨烯、二硫化钼也被用来尝试作为渗透膜了。但无论如何,因为含盐水和淡水之间永远存在的渗透压,就是自然状态下,淡水在半透膜的一侧可以帮着膜对面的海水爬到250米高的摩天大楼上,这之间的压力就有25个大气压了。就算作为半透膜的反渗透膜本身没有任何阻力,也需要大于25个大气压的压力,才能强迫海水中的水分子脱离海水中盐的束缚进入淡水中。因为反渗透膜需要承受高水压,所以,其厚度不能太薄,无论如何,都需要能量让99%的水分子透过一个有厚度的膜。代价真的惨不忍睹,所谓望洋只能常常兴叹。

  说来遗憾,自从1950年代有了可工业化应用的离子交换膜技术后,只是主要地用在了用电驱动的电渗析领域,比如离子膜法烧碱的生产,以及少量的用在了用浓度差驱动的扩散渗析领域,比如废酸、废碱的回收。本来,海水中的异物不过是些也有用也有价值的离子,况且数量也不是很多,按个数论,只有~1%。利用离子膜交换技术,依据等价交换原则,一种物质的正电离子和另外一种物质的正电离子,一个负电离子和另外一种负电离子在膜的两侧互相交换赎买,不动刀枪,海水淡化就不是像现在这样的暴力强迫水分子和盐分子互相拆散的行为,所谓杀敌一千自损几百了,而是文明的离子间的以物易物的文明交易行为。通过浓度差驱动的,也不是很费劲的离子膜交换,让海水里原来舒舒服服赖着不走的那些懒汉离子替换为喜欢离开水分子出来走走逛逛的阴阳离子。在元素周期表里,为了彻底地解决海水淡化问题,让海水成为大众的宝物,上苍恰恰给我们准备了一套唯一的一阴一阳两个离子。当他们阴阳交会之时,就是双飞之刻,留下淡淡的海水。


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