为了解决全球水资源短缺问题，我们需要更加认真地对待海水淡化

随着气候变暖，地球上许多干旱地区将变得更加干燥，而人类人口和用水需求却在增长。到 2025 年，全球多达 60% 的人口可能面临严重缺水问题。

地球上的水资源 97% 是海水，剩下的 3% 大部分是无法获取的，冻结在冰川或永久冻土中。只有一小部分（约 0.5%）以淡水形式存在于蓄水层和河流中，可供人类利用。然而，通过一种称为海水淡化的过程，我们可以进入海洋来满足我们的口渴。

海水淡化技术已经存在了几十年，用于将海水和地下咸水转化为饮用水。但科学家认为，在未来气候更温暖、更干燥的时代，海水淡化技术将变得越来越重要。在最近由联合国牵头的一次评估中，研究人员表示，“‘传统’水源，如湖泊、河流和含水层中收集的雨水、融雪和河流径流，已不足以满足缺水地区的人类需求。”

在 2019 年美国地球物理联合会会议的媒体圆桌会议上，劳伦斯伯克利国家实验室水能弹性研究所所长 Peter Fiske 讨论了为什么我们可能需要更认真地考虑这项技术（有时因其高成本和高能耗而被否定）以稳定未来的水供应。以下是您需要了解的内容。

从海洋到水龙头

顾名思义，海水淡化就是从水中去除盐分的过程。海水淡化当然可以用于海水，也可以用于含盐地下蓄水层。目前，全球 177 个国家和地区共有约 16,000 家海水淡化厂在运营，每天可生产约 9500 万立方米的水，相当于 38,000 个奥林匹克游泳池的水量。其中约一半的水产自中东和北非。沙特阿拉伯生产了全球 15.5% 的淡化水，阿拉伯联合酋长国生产了 10.1%。但海水淡化也是美国沿海地区的重要水源，该地区生产了全球 11.2% 的淡化水。

早在 20 世纪 30 年代，第一台海水淡化器就将海水煮沸，以冷凝形式获取淡水。但如今，新工厂通常使用一种称为反渗透的技术，它比旧的热过程消耗的能量更少。反渗透利用压力将海水推过膜。只有淡水才能穿过屏障，而在另一侧留下盐水。该过程本质上仍然相当耗能，因为您要强制进行与无干预时相反的过程 - 即淡水通过膜向咸水扩散，直到盐度相等。水越咸，将其穿过膜所需的能量就越大。这就是海水淡化厂需要稳定能源来生产淡水的原因。

这些工厂从一定体积的海水中榨出的淡水量各不相同，但对于海水来说，淡水量约占取水量的 50%。这意味着每两加仑海水，海水淡化就会产生一加仑淡水和一加仑浓盐水。

海水淡化中的污垢

从设计上讲，海水淡化会消耗大量能源。将水推过膜需要增加压力，以迫使水逆着其自然渗透趋势移动。即使在过去 20 年里取得了一些进步，从海洋中生产淡水仍然比采购任何其他饮用水源（包括利用淡水含水层或河流或处理咸水源（咸度介于海洋和淡水之间的水））消耗更多的能源。

但在一些需要从遥远地方进口水的干旱地区，海水淡化所消耗的能源可能不会比长途运输淡水所需的能源多多少。菲斯克说，圣地亚哥官员考虑到州水利工程所使用的能源——该工程是加州最大的单一能源用户，管理着一条 444 英里长的渡槽，将水从萨克拉门托-圣华金三角洲输送到中央谷地和南加州——SWP 每生产一单位水所需的能源总量与卡尔斯巴德海水淡化厂生产的水所需的能源差不多。水很重；每升水重逾两磅。每当需要将水泵上山才能到达水龙头时，我们都要消耗大量的能源。

此外，菲斯克还补充道，其中一些遥远的水源并不是特别可靠。科罗拉多河也为加州人提供了大量水源，但水资源分配过度——这意味着水资源管理者承诺给农场和城市的水量超过了河流的承载量。特别是在干旱年份，依赖这些地表水源的用水者将面临缺水。

但海水淡化还有其他环境问题，而盐水处理是最严重的问题之一。产生的废水含盐量极高，腐蚀性极强。如果这还不够糟糕，废水中还含有一些在淡化过程中遗留下来的化学物质，包括用于将颗粒凝结在一起的凝结剂和抗菌剂。上述联合国研究估计，全球每天的海水淡化产生 1.415 亿立方米的盐水，比淡水产量高出 50%，相当于 56,600 个奥运会游泳池，里面充满了需要处理掉的肮脏废水。在海水淡化厂，这些盐水被泵回大海。如果它与周围的水充分混合，就没什么问题。但如果盐水汇集起来，就会形成对海洋生物有毒的水滴。

海水淡化还会通过吸入海水进行加工的进水管危害海洋生物。浮游生物和鱼幼体可能会被吸入工厂，较大的生物则会被卡在管道入口处的网状物上。这两种情况最终都是致命的。将进水管埋在沙子下可以减轻这种影响，沙子可以起到天然过滤器的作用。但全球水资源智库太平洋研究所的研究主任希瑟·库利表示，这种方法并不总是可行的——如果海底岩石太多或黏土太多，这种方法就行不通了。

稳定供水

虽然自诞生以来，淡化水的价格一直在下降，但其价格仍远高于传统水源。菲斯克说，对于圣地亚哥地区的居民来说，科罗拉多河的水价约为每英亩英尺 1,100 美元，而相同数量的淡化水价格约为 2,200 美元。（不过，根据最近的一份报告，淡化水的价格甚至更高，2019 年 6 月为每英亩英尺 2,685 美元。）自该工厂于 2015 年开始供水以来，居民每月的水费增加了约 5 美元。尽管存在如此明显的差异，但菲斯克表示，当地水务管理人员认为，为了拥有一个不会因气候变暖而改变的水源，这笔成本是值得的。

库利说，我们还没有完全认识到改善供水的其他方法。“我们发现，在加州，许多地方我们仍然有更便宜的选择，这些选择能源消耗更少，对环境的影响也更小，”她说。

节约用水就是其中一种方式。库利说，尽管人口和经济增长，但如今许多加州城市的用水量比 30 年前要少。这要归功于各种措施带来的用水效率提高，包括改用低流量马桶和前置式洗衣机。收集雨水并将其用于补充地下水盆地，而不是将其排入大海，也可以增加我们的水供应。库利说，处理废水并重新利用，而不是将其排入河流，也是一种经济高效的供水选择。

NALCO Water 负责审查水处理系统的化学工程师 Jane Kucera 表示，目前海水反渗透的效率已接近理论上所能达到的水平。虽然新纳米材料可以降低水通过膜所需的能量，从而带来一些好处，但海水淡化厂还需要进行其他升级，以减少碳足迹。Kucera 表示，第一步是利用太阳能、风能和波浪能等可再生能源为工厂供电。Fiske 补充说，另一项改进是用紫外线等电化消毒技术取代制造需要大量能源的消毒化学品。

尽管成本高昂，菲斯克表示海水淡化可能是解决气候变化造成的水资源短缺问题的答案。他说，沿海城市可以依赖海水淡化，而内陆社区可以利用这一过程来利用含盐地下水或重复利用废水。知道何时建造这些工厂的关键是能够准确估计未来几年的水供应量，这样我们就可以预测何时何地会有足够多的需求，使淡化水物有所值。

菲斯克还认为，改变海水淡化基础设施的建设方式可以大大降低成本。“目前，我们的大多数海水淡化设施往往规模庞大、设计独特，需要花费很多年的时间进行设计、许可、建造和调试，”他说。“如果我们要使用所有这些其他非传统水源，我们就必须制造更加集成和模块化的水处理系统。”

菲斯克设想建造一系列小型设施，这些设施可以根据社区使用的水源调整盐度水平。这些工厂将起到一种干旱保险的作用，防止居民在干旱年份缺水。如果他的愿景（或它的某个版本）得以实现，菲斯克说：“我认为，更多地使用再生水和循环水（通过海水淡化生产）可以解决我们 21 世纪的缺水问题。”