海水淡化:动物是我们的老师

撰文/高峰

海水淡化:动物是我们的老师

撰文/高峰

信天翁食海鱼，饮海水，却不会被“咸死”。

地球上的水97.2%是海水。由于海水含有大量的盐类，人类饮用海水只能越喝越渴，海水甚至无法用来灌溉农作物。生物体能直接利用的是矿化度每升小于1克的淡水。淡水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需要用水量的日益增加，如果不注意节约用水，再肆意破坏水的资源，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，人们一方面要节约，另一方面也要开发新的淡水源，首先想到的当然就是海水淡化，设法将海水脱除盐分变为淡水。世界上许多国家都建立了海水淡化工厂。海水淡化通常用的传统方法是蒸馏法，使海水急速蒸发产生水蒸汽，冷凝后得到淡水。

海水淡化采用的一些方法，基本却是从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，甚至整年在海上生活，累了在水面上歇息，饿了捕食海中的鱼，渴了就喝海水。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的。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，在鼻管附近有一个去盐腺，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。

自信天翁之后，人们又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黏膜进入机体内，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。

上图：黑脚信天翁

下图：终年与海水相伴的海龟，会淡化体内的海水。