海水淡化:動(dòng)物是我們的老師

撰文/高峰

海水淡化:動(dòng)物是我們的老師

撰文/高峰

信天翁食海魚，飲海水，卻不會(huì)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(wú)法用來(lái)灌溉農(nóng)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(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)的飛快發(fā)展和人民生活需要用水量的日益增加，如果不注意節(jié)約用水，再肆意破壞水的資源，那么地球上淡水的危機(jī)就會(huì)到來(lái)。

為了避免這種災(zāi)難的發(fā)生，人們一方面要節(jié)約，另一方面也要開(kāi)發(fā)新的淡水源，首先想到的當(dāng)然就是海水淡化，設(shè)法將海水脫除鹽分變?yōu)榈Ｊ澜缟显S多國(guó)家都建立了海水淡化工廠。海水淡化通常用的傳統(tǒng)方法是蒸餾法，使海水急速蒸發(fā)產(chǎn)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(dòng)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(jiàn)于我國(guó)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(zhǎng)，伸展開(kāi)來(lái)，兩翅可達(dá)3.6米。它們能一連數(shù)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(shí)候才返回荒島和陸地。信天翁能喝海水當(dāng)然會(huì)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(wèn)題的。經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)信天翁的鼻部構(gòu)造與其他鳥類不同，它的鼻孔像管道，在鼻管附近有一個(gè)去鹽腺，這是一種奇妙的海水淡化器，去鹽腺內(nèi)有許多細(xì)管與血管交織在一起，能把喝下去的海水中過(guò)多的鹽分隔離，并通過(guò)鼻管把鹽溶液排出。

自信天翁之后，人們又相繼發(fā)現(xiàn)許多海洋動(dòng)物都有把海水淡化的本領(lǐng)，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(dāng)然是海水，而且全身都浸沒(méi)在海水中，它們又是如何解決海水中的鹽分的問(wèn)題呢？人們不會(huì)放過(guò)對(duì)這一問(wèn)題的研究。水生動(dòng)物的體表通常是可滲透的，魚體內(nèi)的滲透壓和水環(huán)境的滲透壓差別很大，魚類與體外水環(huán)境的水分動(dòng)態(tài)平衡是通過(guò)滲透壓調(diào)節(jié)和體液中鹽分含量的滲透作用調(diào)節(jié)來(lái)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(nèi)水分就會(huì)不斷地從鰓和身體其他表面滲出，為的是保持體內(nèi)水分代謝的動(dòng)態(tài)平衡。一方面海水魚必須大量吞飲海水，這樣體內(nèi)鹽分就會(huì)增加。那么，又如何解決這個(gè)矛盾呢？海水硬骨魚的鰓部有一種特殊的能分泌鹽類的細(xì)胞，把過(guò)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(shù)量很少，腎小管重新吸收水的能力強(qiáng)，從而使排尿量減少到最低限度。

就現(xiàn)有的研究材料來(lái)看，這些海洋動(dòng)物雖然各有自己的海水淡化器官，把喝進(jìn)去的海水鹽分排出體外，但是這些“淡化器”基本上都是用細(xì)胞的半滲透膜來(lái)脫鹽淡化海水的，如口腔膜、內(nèi)腔膜、表皮膜和鰓微血管膜等都是細(xì)胞膜，通常稱為生物膜。它們喝進(jìn)海水后，首先在口腔內(nèi)通過(guò)吸氣對(duì)腔內(nèi)不斷加壓，壓力差使一部分水滲過(guò)黏膜進(jìn)入機(jī)體內(nèi)，而大部分鹽則被阻隔在口腔內(nèi)，隨水流經(jīng)鰓裂或排泄道排出體外。人們根據(jù)這個(gè)道理，研制出反滲透膜海水脫鹽淡化裝置。對(duì)海水施加大于滲透壓的壓力，使海水中水分通過(guò)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(jìn)入體內(nèi)，通過(guò)泌鹽細(xì)胞的特殊功能，以自身微弱的生物電形成電磁場(chǎng)，把海水中的鹽類，如氯化鈉的兩種離子分離，在電場(chǎng)的作用下，滲出膜外，而將水分留在機(jī)體內(nèi)。人們根據(jù)這個(gè)道理，研制出電滲析膜海水淡化器，在直流電場(chǎng)作用下，使海水中的鹽類分解成正、負(fù)離子，使它們分別通過(guò)陽(yáng)、陰滲透膜向正極和負(fù)極運(yùn)動(dòng)。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(huì)淡化體內(nèi)的海水。