漫谈“无流国”与海水淡化

□ 高 峰

何为“无流国”？

没有河流的国家，简称“无流国”。这样的国家世界上有20个，总面积达514万平方公里，相当于半个欧洲之大。这些国家，没有一条河流，人们的用水问题如何解决呢？

靠天吃水。收集、贮存雨水是无流国最基本的蓄水方法。

太平洋上的岛国图瓦卢，由200多个珊瑚礁组成，没有一个超过1平方公里，哪来河流？掘井取水也是咸的，不能喝。幸而当地雨量充沛，年降水量达2500～3000毫米。每家每户都备有许多水缸、水桶，收集屋顶的雨水。有的人家还在木板屋檐上筑集雨水槽道，将屋面降水全部收集起来，保证终年不愁用水。

印度洋的马尔代夫，它靠近赤道，由于常年有雨，淡水多浅埋在1米多深的沙底。但由于水量有限，必须筑塘集水。在首都马累，有一个庞大的半地下式贮水池，上端撑着荷叶状承接天棚，雨季将水贮满，旱季可供应 5000人饮用。

掘井引水。地下淡水是无水荒漠的生命源泉。

波斯湾的巴林，面积仅622平方公里，雨量稀少。但掘地1米就会有泉水涌出。岛上的居民引泉灌溉了30平方公里耕地，播种粮食、蔬菜，使涸岛“春意”盎然。

印度洋上的岛国科摩罗，在中国的援助下建成了泵泉供水工程，纯净的自来水通过56公里长的管道，流到首都莫罗尼和26个村庄，改变了过去的水荒局面。

海水淡化。亚洲的沙特阿拉伯是世界最大的淡化海水生产国，共有淡化厂1200多座。日产80万吨的朱拜勒淡化厂是世界最大的淡化厂。该厂通过直径2米、长466公里的管道，将淡水直送首都利雅得。在全国公路沿线，蘑菇状的水泥贮水塔比比皆是，每个家庭屋顶也装有筒形铁罐，淡化厂的供水车定时将水泵入罐内。

在亚洲的科威特境内，遍布蘑菇状贮水塔，所贮淡水足供全国人民一周之用。首都有三座分别高187米、140米、113米的贮水塔，高耸入云，夜间晶莹璀璨，成了首都的标志物。

进口饮用水。太平洋的瑙鲁共和国位于22平方公里的“鸟粪岛”上，还不到我国香港的三分之一大。许多人家用澡盆大的砗磲（一种大贝壳）排列于庭院接雨水，常年取用。国民靠挖掘鸟粪矿致富。从1970年开始，人口仅8000多人的瑙鲁年输出矿石200万吨，价值12亿美元，成了世界最富裕的国家之一，因此有财力进口淡水，每年从澳大利亚运来一船船的水，实现了全国自来水化。

海水为什么是咸的?

海水中的各类化学元素中，盐所占的比重最大。根据估算，世界海洋中盐的总含量足有5万兆吨。不妨做这样一个设想：如果将海水中的盐分全部提炼出来铺在世界陆地上，将会有大约150米厚，也就是足足有40层楼的高度；如果将这些总体积23000立方公里的盐丢人北冰洋，填平整个洋面还绰绰有余。

海水中的盐究竟是从哪里来的？这个看似简单的问题，却让众多科学家长期争论不休。它几乎同令人望而生畏的“地球海水起源”问题一样，始终是个难题。直到今天，人们对这一问题的研究从来没有停止过，但意见也从来没有一致过。绝大多数科学家认为，海水中的盐绝对不会是来源于某个单一方面。不过他们强调的重点有所不同。一些人认为，海盐主要是海洋中的“原生物”。在地球刚形成时，有过大降雨和火山爆发。火山喷发出来的大量水蒸气和岩浆里的盐分随着流水汇集成最初的海洋，海水天然地就有了咸味。不过，那时的海水并没有现在这样咸。后来，随着海底岩石可溶性盐类不断溶解，加上海底不断有火山喷发出盐分，海水逐渐变得越来越咸。

另外一些人坚持，海盐主要是陆地上河流流向大海的途中，不断冲刷泥土和岩石，把溶解的盐分带到了大海之中。据估计，全世界每年从河流带入海洋的盐分十分可观。仅美国每年随河川入海的就有12.25亿吨被完全溶解的泥土沙石和5.13亿吨未完全溶解的悬浮颗粒。而据世界环保组织提供的数据，澳大利亚平均每年每平方公里有6吨的土壤流失，欧洲则高达每年每平方公里120吨。通观全球，地表径流每年给大海送去了约400万吨的盐分。自开天辟地第一场降雨以来，地球上的土壤和岩石已经经历了数亿年的水流冲刷，大量的矿物质随之入海，海水必然变得越来越咸。

可是这两种解释都有不完善的地方，特别是“海盐主要来自陆地河流输入”的理论。因为人们曾对海洋物质组成、化学性质和江河输入的各种矿物质进行对比分析、计算，结果表明，两者之间的数值差非常大。海洋中按含量多少排列的盐类是氯化物、硫酸盐、碳酸盐。而在河流中，上述物质排列顺序正好颠倒。在含盐的土壤中或盐湖中，积累硫酸钙和硫酸镁较海洋多，而氯化镁则比海洋少得多。科学家们为了说明这些差异，曾提出过种种理论加以解释，但都不能令人信服。

到了20世纪70年代之后，人们从新发现的海底大断裂带上的热液反应中，似乎找到了解释的新证据。科学家对海底热液矿化学反应过程研究后发现，通过海底断裂系的水体流动速率，虽然只相当于河川径流的千分之五，但是，由断裂聚热所产生的化学变化却比经河川携带溶解盐所引起的变化大数百倍。因而海底热液反应是海盐的重要补充的说法，已经为许多海洋科学家所接受。但它只是海盐来自湖泊的一个途径，而绝不是唯一的途径。因而，这种解释也没有最终解开海盐来源之谜。

海水淡化：动物是我们的老师

生物体内含量最多的是水，一切正常的生命活动都是在水中进行的，没有水，养料不能吸收，废物不能排出。口渴就是表明生物体已经失去一部分水，并刺激生物去补充水。

地球上的水并不少，海洋面积就占地球总面积的71%，陆地面积仅占29%，而且其中还包括了许多江、河、湖、泊、溪、涧等。地球上的水97.2%是海水。海水中溶解有复杂的化学成分，每升海水所含的各种离子、分子和化合物的总量（矿化度）在3克以上的是咸水。航海者都知道海水是不能喝的。海水非但苦涩，难以下咽，而且越喝越渴。所以远航必须带足淡水，途中补充给养时，第一件事就是补足淡水。由于海水含有大量的盐类，就连用来灌溉农作物也不能。因此，生物体能直接利用的是矿化度每升小于1克的淡水，主要分布在江、河、湖、泊、地下水、高山积雪和冰川中，仅占全球水资源总量的2.8%。随着现代工业、农业的飞快发展和人民生活用水量的日益增加，如果不注意节约用水，再肆意破坏水资源，那么地球上淡水的危机就会到来。为了避免这种灾难的发生，人们一方面要节流，另一方面要开源。首先想到的当然是海水淡化。海水脱除盐分就可变为淡水。世界上许多国家都建立了海水淡化工厂。常用的传统方法是蒸馏法——使海水急速蒸发，蒸发产生的水蒸汽冷凝后即成为淡水。目前采用的一些新方法是从一些动物中得到启示而研制成功的。

有一种海鸟叫信天翁，分布于太平洋，冬季也可见于我国东北及沿海各地。成熟的信天翁全身纯白，仅翼端及尾端呈黑色，翅膀很长，伸展开来，两翅可达3.6米。它们能一连数月甚至成年在海上生活，累了在水面上歇息，饿了捕食海中的鱼，喝的当然是海水，因为它们只有在繁殖的时候才返回荒岛和陆地。信天翁能喝海水当然会引起人们的注意，人们急于了解它们是怎样解决海水中的盐分问题。经过研究，发现信天翁的鼻部构造与其他鸟类不同，它的鼻孔像管道，所以称为管鼻类。在鼻管附近有去盐腺，这是一种奇妙的海水淡化器，去盐腺内有许多细管与血管交织在一起，能把喝下去的海水中过多的盐分隔离，并通过鼻管把盐溶液排出。以后人们相继发现许多海洋动物都有把海水淡化的本领，如海燕、海鸥、海龟和海水鱼等。

海水鱼终生生活在海水里，喝的当然是海水，而且全身都浸没在海水中，它们又是如何解决海水中的盐分的问题呢？人们当然也不会放过对这一问题的研究。水生动物的体表通常是可渗透的，鱼体内的渗透压和水环境的渗透压差别很大，鱼类与体外水环境的水分动态平衡是通过渗透压调节和体液中盐分含量的渗透作用调节来维持的。海水盐量高，海水硬骨鱼血液和体液的浓度比海水要低，因此体内水分就会不断地从鳃和身体其他表面渗出，为的是保持体内水分代谢的动态平衡。一方面海水鱼必须大量吞饮海水，这样体内盐分就会增加。那么，又如何解决这个矛盾呢？海水硬骨鱼的鳃部有一种特殊的能分泌盐类的细胞，把过多的盐分排出体外；另一方面，海水硬骨鱼肾脏的肾小球的数量很少，肾小管重新吸收水的能力强，从而使排尿量减少到最低限度。就现有的研究材料来看，这些海洋动物虽然各有自己的海水淡化器官，把喝进去的海水盐分排出体外，但是这些“淡化器”基本上都是用细胞的半渗透膜来脱盐淡化海水的，如口腔膜、内腔膜、表皮膜和鳃微血管膜等都是细胞膜，通常称为生物膜。它们喝进海水后，首先在口腔内通过吸气对腔内不断加压，压力差使一部分水渗过粘膜进入机体内，而大部分盐则被阻隔在口腔内，随水流经鳃裂或排泄道排出体外。人们根据这个道理，研制出反渗透膜海水脱盐淡化装置。对海水施加大于渗透压的压力，使海水中水分通过渗透膜，而盐分则被隔在外面，从而得到淡水。其次，海水中的盐分总有一些进入体内，通过泌盐细胞的特殊功能，以自身微弱的生物电形成电磁场，把海水中的盐类，如氯化钠的两种电离子分离，在电场的作用下，渗出膜外，而将水分留在机体内。人们根据这个道理，研制出电渗析膜海水淡化器，在直流电场作用下，使海水中的盐类分解成正、负离子，使它们分别通过阳、阴渗透膜向正极和负极运动，然后收集留在两渗透膜中间的淡水。

海水淡化与环境污染

随着近几年淡水资源的不断枯竭和海水淡化成本日益降低，海水淡化工业已被许多人看好，国内外的科学家、商人都想在这一领域大干一场。据统计，到2006年初，全球已经拥有了12000多座海水淡化厂，有每天制造4000万立方米淡水的能力。预计到2010年底，将在这个规模的基础上再增长12%。

所谓海水淡化，其实是从海水中提取淡水的一项复杂而艰难的技术。反过来讲，海水淡化过程也可以被看做是一个“海水浓缩”的过程。就拿目前比较流行的反渗透处理法为例吧：当海水从半渗透膜通过时，只有像水分子那样小直径的分子可以来去自如，而像盐分子这样的大个分子却只能“吃闭门羹”，被乖乖地挡在外面，由此而增加了海水的浓度。科学家们为了保证淡化的质量，防止小孔被过多的盐分子堵住，浓缩的海水需要被及时带走。这就导致海水淡化会产生副产品——“淡化废水”，这种废水既高盐度，又高碱度，并且其中富含重金属，对水下生物会造成破坏性很大的影响。如果淡化废水来自蒸馏淡化水厂，排出的废水还会改变海洋的温度，对海底生物产生巨大的影响。如果建设一个日产10万吨淡水的海水淡化厂，只要连续3天直接把浓盐水排入海中，8平方公里的海域盐度就会提高20%，如果排放一个月，盐度提高20%的面积将会上升到23平方公里。要知道，盐度超过4%，部分海洋生物就已经开始奄奄一息了。这些环境问题在海水淡化应用最广泛的地区——中东地区——就显得更为突出了。因为该地区拥有目前世界上50%的海水淡化能力，每天能生产l100多万立方米的淡水。由此可以肯定，其淡化废水的排放量也是惊人的。仅海湾地区，每秒钟就可以生产出115立方米的淡水，但同时每秒钟又制造出1000立方米的浓缩海水，快赶上当地最主要的沙特阿拉伯河的径流量每秒1456立方米了。如此发展下去，海水会越来越浓，海洋会越来越稠了。

淡化废水排放虽然不像化工厂泄露那样见血封喉，但是排放出来的化学物质数量也是十分庞大的。其中，最让人关注的两种物质就是氯和铜。海水淡化厂引入的海水通常需要经过氯气消毒。溶解的残留氯气排放出来大部分会自发地分解和稀释掉。然而相关毒物学研究表明，低浓度的溶解氯气(低于每升100微克)依然是海洋生物的“鹤顶红”。因此美国环境管理局规定，海水中氯的长期观测值应该低于每升7.5微克，短期值也不得超过每升13微克。更为致命的是，氯和水中的氧形成的化合物，结合海洋中的有机物可以形成对身体造成不可逆损害的致癌物。大部分的金属离子和废水中的铜离子通常会沉积在海底的沉淀物中。这些物质会被海底淤泥中的生物摄入，并通过食物链富集到大型海洋生物体内。

和单独的物理化学分析不同，现实中的淡化废水不是简单的毒性叠加，而是一个毒药的“满汉全席”。通过复杂的机理，盐度、碱度、高温和化学属性很有可能相互增强。然而我们对这些潜在的复合毒性还知之甚少，需要更多相关的研究来揭示其中的奥秘。另一方面，海边生态环境对淡化废水的排放也有很大影响。例如，海底的海草、水藻和珊瑚礁瓠能降低海水的流动和海底沉淀物的迁移，从而把废水排放问题转换为局部环境的灾难。因此，淡化废水排放口的位置应该尽量躲开这种海底动植物茂密的地方。

纵使海水淡化困境重重，然而面对日益紧张的淡水资源，海水淡化仍然是我们需要给予考虑的方法之一。目前任何方法都不是万能的和十全十美的，只有因地制宜地、正确地施用科学，才能给我们带来所需要的东西。