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(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就會到來。

為了避免這種災難的發(fā)生，人們一方面要節(jié)約，另一方面也要開發(fā)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?yōu)榈?。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(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(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(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(fā)現(xiàn)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(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)境的水分動態(tài)平衡是通過滲透壓調(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(shù)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(xiàn)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(nèi)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(nèi)通過吸氣對腔內(nèi)不斷加壓，壓力差使一部分水滲過黏膜進入機體內(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(nèi)，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(nèi)。人們根據(jù)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(nèi)的海水。