海水淡化:動物是我們的老師

撰文/高峰

海水淡化:動物是我們的老師

撰文/高峰

信天翁食海魚，飲海水，卻不會被“咸死”。

地球上的水97.2%是海水。由于海水含有大量的鹽類，人類飲用海水只能越喝越渴，海水甚至無法用來灌溉農作物。生物體能直接利用的是礦化度每升小于1克的淡水。淡水僅占全球水資源總量的2.8%。隨著現代工業、農業的飛快發展和人民生活需要用水量的日益增加，如果不注意節約用水，再肆意破壞水的資源，那么地球上淡水的危機就會到來。

為了避免這種災難的發生，人們一方面要節約，另一方面也要開發新的淡水源，首先想到的當然就是海水淡化，設法將海水脫除鹽分變為淡水。世界上許多國家都建立了海水淡化工廠。海水淡化通常用的傳統方法是蒸餾法，使海水急速蒸發產生水蒸汽，冷凝后得到淡水。

海水淡化采用的一些方法，基本卻是從動物中得到啟示而研制成功的。

有一種海鳥叫信天翁，分布于太平洋，冬季也可見于我國東北及沿海各地。成熟的信天翁全身純白，僅翼端及尾端呈黑色，翅膀很長，伸展開來，兩翅可達3.6米。它們能一連數月，甚至整年在海上生活，累了在水面上歇息，餓了捕食海中的魚，渴了就喝海水。它們只有在繁殖的時候才返回荒島和陸地。信天翁能喝海水當然會引起人們的注意，人們急于了解它們是怎樣解決海水中的鹽分問題的。經過研究，發現信天翁的鼻部構造與其他鳥類不同，它的鼻孔像管道，在鼻管附近有一個去鹽腺，這是一種奇妙的海水淡化器，去鹽腺內有許多細管與血管交織在一起，能把喝下去的海水中過多的鹽分隔離，并通過鼻管把鹽溶液排出。

自信天翁之后，人們又相繼發現許多海洋動物都有把海水淡化的本領，如海燕、海鷗、海龜和海水魚等。海水魚終生生活在海水里，喝的當然是海水，而且全身都浸沒在海水中，它們又是如何解決海水中的鹽分的問題呢？人們不會放過對這一問題的研究。水生動物的體表通常是可滲透的，魚體內的滲透壓和水環境的滲透壓差別很大，魚類與體外水環境的水分動態平衡是通過滲透壓調節和體液中鹽分含量的滲透作用調節來維持的。海水鹽量高，海水硬骨魚血液和體液的濃度比海水要低，因此體內水分就會不斷地從鰓和身體其他表面滲出，為的是保持體內水分代謝的動態平衡。一方面海水魚必須大量吞飲海水，這樣體內鹽分就會增加。那么，又如何解決這個矛盾呢？海水硬骨魚的鰓部有一種特殊的能分泌鹽類的細胞，把過多的鹽分排出體外；另一方面，海水硬骨魚腎臟的腎小球的數量很少，腎小管重新吸收水的能力強，從而使排尿量減少到最低限度。

就現有的研究材料來看，這些海洋動物雖然各有自己的海水淡化器官，把喝進去的海水鹽分排出體外，但是這些“淡化器”基本上都是用細胞的半滲透膜來脫鹽淡化海水的，如口腔膜、內腔膜、表皮膜和鰓微血管膜等都是細胞膜，通常稱為生物膜。它們喝進海水后，首先在口腔內通過吸氣對腔內不斷加壓，壓力差使一部分水滲過黏膜進入機體內，而大部分鹽則被阻隔在口腔內，隨水流經鰓裂或排泄道排出體外。人們根據這個道理，研制出反滲透膜海水脫鹽淡化裝置。對海水施加大于滲透壓的壓力，使海水中水分通過滲透膜，而鹽分則被隔在外面，從而得到淡水。

其次，海水中的鹽分總有一些進入體內，通過泌鹽細胞的特殊功能，以自身微弱的生物電形成電磁場，把海水中的鹽類，如氯化鈉的兩種離子分離，在電場的作用下，滲出膜外，而將水分留在機體內。人們根據這個道理，研制出電滲析膜海水淡化器，在直流電場作用下，使海水中的鹽類分解成正、負離子，使它們分別通過陽、陰滲透膜向正極和負極運動。然后收集留在兩滲透膜中間的淡水。

上圖：黑腳信天翁

下圖：終年與海水相伴的海龜，會淡化體內的海水。