淡化海水其实很简单

目前的中国令人匪夷所思，天津和青岛就在海洋边上，但是依然使用南水北调的水。原因据说是缺乏淡水，海水淡化困难。

海水的含盐量大概是千分之三十，是人体血液含盐量的四倍，这种水不能直接饮用，必须经过淡化处理。目前海水淡化技术非常多，有蒸发法、反渗透法、闪蒸法、太阳能加热法、电解析法、热膜联产法、过滤法、冷冻法等等。但是这些方法虽然都能够生产淡水，其成本却远远高于淡水的市场价。由于大部分海水淡化企业都是亏本经营，所以海水淡化并没有大规模进行。所以，海水淡化的关键目前不是技术，而是如何降低成本。

降低成本的关键是能源问题。因为无论是反渗透，还是电解析、还是蒸发都需要能源和动力。尤其是使用蒸发法，由于水的比热容是4.2千焦每公斤，水的汽化热是2260千焦每公斤。所以每淡化一公斤水都必须有一个巨额能量的流通。这种物质和能量同时流通的技术成为一个大规模淡化水的难点。由于这个难点，海水淡化得成本就很高了。例如蒸发法，必须有热源，一般在发电厂附近进行；例如反渗透，需要消耗大量电能加压；例如闪蒸，必须使用大量电能来降低气压；例如冷冻法，也需要电制造低温环境。正因为这种成本的压力，目前海水淡化技术越来越复杂，工艺越来越精妙，方法越来越多。但是实用的技术还是古老的几种。

实际上这个难点并不难。大规模的淡化海水我以为并不像人们想象的那样复杂，只需要借助自然的力量做自然中经常发生的事情即可，不需要过于复杂的技术，但是需要庞大的场地。

我们就拿蒸发——凝结法来说。蒸发需要大量的热量，热量来自哪里？夏季的空气中都是热量啊！！！难道我们不能使用空气热能？那么蒸汽又如何再次凝结为淡水呢？利用蒸汽和海水的温度差吧！！夏季的空气和海水总是存在十几度甚至二十摄氏度的温度差。笔者还主张利用海拔引起的自然的温度差，这个温度差叫“绝热直减率”，是海拔升高每一百米温度降低0.65摄氏度，可以利用这一点让空气爬坡淡化，这个已经在《利用空气能提升水头的一项技术》讲过了。我们知道，水的蒸发受到几个因子的影响，一个是温度，一个是空气水汽压的饱和度，一个是水的蒸发面积。那么我们在淡化海水的时候创造这三个条件就能够产生大量蒸汽。一个如何增加温度？夏天的海面温度就很大，夏天的沙漠近地层温度就很高，只要引进这些热空气加热水即可；二一个，如何增加空气中饱和水汽压，这个需要制造一个密闭空间，在密闭空间中引入热空气加热，就能够实现饱和；三一个，如何增加蒸发面积，这个需要占地，但是如果我们占领的是海洋面积，或者占领的是没有产出的沙漠、石头山地、荒地，那么这个问题也能够解决。以上技术总括起来就是把水引到面积广阔的地方，用密闭建材封闭起来，只让热空气进来就能够实现大量蒸发的效果。然后把这些湿热空气用管道通到海水中，利用海水低温吸收热量，迫使蒸汽液化。

例如，在青岛的海面上做一个这种海水淡化设施，设备就比较简单：在海面上修建一个夹芯板或者钢架塑料棚，长度可以长达500米以上，密闭即可，然后在海水里修建一个长度在200米以上的一个U型管，管道直径在一米以上，把这个U型管一头放到钢架塑料棚的末端，另一端放到大气中，在钢架塑料棚和钢管连接处安装一个排气扇，把饱和水汽抽进U型管，利用管壁和海水接触，把四十多度的水汽温度传导给海水，从而实现海水淡化。如果饱和水汽温度是45摄氏度，那么每立方空气中含有85克水，它的温度降低到海水15摄氏度，可以产生大约67克淡水。然后，把地温地湿的空气排出到大气中。这个海水淡化的过程实际上是这样：入口———高温低湿度的空气———与海水密封接触———高温高湿度的空气———脱水———低温低湿度的空气——出口。

这个海水淡化装置由于利用了空气中的热能，所以非常节省成本。而且把多余热量送给了海水，简化了蒸汽冷却工序，把低温低湿度的空气直接排出到大气中也简化了工序。但是，如果在沙漠地区，这个冷却过程就比较复杂了，因为沙漠的海水是远程调过来的，它是有限的，如果单纯利用给海水加温来淡化海水，那么海水的温度最终有可能达到四五十摄氏度，冷却效果将会打折扣。因为，如果在20摄氏度蒸发，那么每公斤海水可能吸收2596千焦热能，但是如果它液化降温到20摄氏度，同样地释放出2596千焦热能，相当于热量是平衡的。但是实际上我们通过一个从大气中抽进干热空气的方法加热了水，所以水里面的热能实际上是持续增加的。不好之处是海水温度不断升高，最后和高温空气温度一样，那么就不会再液化生产淡水，这个工艺失效。那么如何处理多余的热量呢？一个方法是利用高温水直接气化，把水汽释放到空气中不要了，这样的做法是能源浪费。另一个方法是封闭干热空气进气口，让空气在蒸汽房中实现密闭循环。这样一来，理论上是热力平衡的，实际上由于海水的量远远多于液化水量，每次液化和气化都有一部分热量聚集到海水中，每次淡化水都需要加进去一些补充水，这些热量会被补充水带走。还有另外一种方法，就是我在《利用空气能提升水头的一项技术》说的，把饱含水汽和热量的水蒸气输送到高原上，利用那里稀薄的空气和天然低温来液化和降温。为了降温，可以使用传热装置，例如像暖气片一样的设备，这种设备中流淌温度低的海水，湿热空气通过具有较大接触面的暖气片，把热量快速地排放到海水中。高温气体还有一种液化方法，就是改变钢管的粗细大小，这样可以改变水汽压大小，根据克拉伯龙方程，气压改变的时候，水汽的温度也会改变，温度改变，水汽就可以液化，利用这一点就能够把水温提高更高一些，液化水更多一些。

当然对于高温海水更好的淡化办法是“多级闪蒸法”，只要大气压在人工控制下突然降低，海水就会剧烈快速蒸发，利用这种办法也可以处理高浓度海水淡化问题。

有人说，你这个方法好是好，但是只能在夏季实行，冬季就残废了呗。其实冬季要淡化海水比夏季还容易，只需要“打捞淡水”即可。这时候利用水在固化以后的另外一个特性，利用冰的“单矿岩”特性。冰是单矿岩，不能和其他物质共处，所以水在结晶过程中，会自动排除杂质，以保持其纯净，包括各种矿物质都不再溶解在冰块中。冷冻法海水淡化正是利用这一原理。海水冷冻以后称为海冰，所谓的海冰实际上是淡水冰块和含盐卤水和气泡组成的混合物。由于海冰中含有大量的卤水，卤水的固化温度根据稀溶液定律，又称为稀溶液的依数性！难挥发性溶质的稀溶液中溶剂的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压的数值，只与溶液中溶质的数量有关，与溶质的本性无关。根据依数性，如果一公斤水中含有58.5克盐（一摩尔），那么其水的凝固点下降为零下3.72摄氏度。那么据此推算海水的凝固点在零下2.2摄氏度以下。这时候淡水的凝固点和海水的凝固点就发生了变化，有了2.2摄氏度的温度差。在寒冷的冬季海水表面就会固化成为冰，而把盐分沉淀到下层。这时候只需要打捞冰块就是淡水。这个淡水冰只需要冲洗以下就是纯净的淡水了。

由于海水的凝固温度在零下2度以下，就可以利用这一点淡化海水。在寒冷的冬季，海水在大自然下温度下降了零下依然是液体。这时候实际上如果有冰块，就可以实现固态水、液态水和气态水三相共存。这时候如果向水吹送冷空气，它依然会蒸发带走一定的热量，而水体在失散热量的情况下会快速固化，这时候水汽遇见更加寒冷的物体就会再次液化成为淡水，而固化过程中产生的也是淡水冰块，冰块经过洗净就可以打捞利用。所以为了增加液化速度，可以利用喷淋技术，把过冷却海水喷洒到低气压的房子，喷淋的同时吹送冷空气，由于喷洒极大地增加了液体和空气的接触面积，吹风使得过冷却海水就会迅速固化，再经过清洗分离出淡水冰，然后把蒸汽再次通到冰块中实现蒸汽的液化和冰块的液化。这个工艺堪称完美，但是需要利用冷环境，我国的沙漠地区冬季是一个超级冷的环境，夏季是一个超级热的环境，所以这两种技术都很适合。

利用这两项技术为海水东水西调做保障，也可以利用这两项技术为沿海城市提供淡水。这样一来淡化成本大幅度下降，当然工序依然比较多。