中国的水资源缺乏,尤其在北方地区,形势已经非常严峻,不仅严重制约国民经济的发展,也是生态环境持续恶化的重要原因--由于长期抽取地下水,使得地下水位急剧下降,已经降到几十米以下,地表植物得不到水的供应,不管你种什么树、种什么草都只能枯死。于是,再怎么“植树造林”也是事倍功半,而荒漠化和沙尘暴则日甚一日。地表污染物得不到水的溶解、稀释和流动、排清,当然也必加剧环境污染。这种情景,相信在北京、华北地区生活的网友深有体会,无用我多言。水是生命之源,人体70%以上的重量是水,没有水,一切无从谈起。
于是各种各样的“解决方案”最近又被炒起来,其中主要集中在“调水”上。例如已经在实施的“南水北调”,尚在研究中的西藏调水(所谓“朔天运河”),等等。这些论者,“手笔”、“气魄”不可谓不大矣,想象不可谓不“雄奇”矣,但是由此而产生的巨大的人力、物力的投入,与及可能出现的种种不可预测的后果--例如耗费巨大而收效远不如预期,或者干脆技术上存在不可克服的困难,统统没有详细考虑过。据资料披露,即使是原“南水北调”方案,总费用摊到每吨水的成本上,还不如直接煮海水了事。“朔天运河”规模浩大,风险极高,而且一旦上马就停不下来,只能不断投入,很可能将整个国家的人力、物力、财力全部吸干,还成了一个半拉子工程。这就不仅仅是经济问题了,势必还会引起社会动荡。请问谁敢保证不会出现这个结果?谁又有任何措施防止出现这样的结果?所以,我劝那些爱激动,爱幻想,爱“大手笔”、“大气魄”的人--多数是“左派”网友,冷静一点,清醒一点为好。
至于“节水”方面,这些喜欢“大手笔”、“大气魄”的“豪迈”的“左派”网友是不会有兴趣的,当然,也可能是没有那种知识。既然他们有那么多空闲时间在网上溜达和吵架,好应该找一找节水方面的资料,增长知识,并以实际行动支援国家建设嘛--资料自己找,我就不给他们代劳了。
除了“调水”和“节水”,第三种方案就是海水淡化了。中国的海岸线并不短,而且沿海的人口和工业密集,用水量远大于内陆地区。如能在海水淡化方面取得突破,实在是比任何修渠筑坝都能投资小效益大,而且立竿见影的解决方案。但是网上看到的这类讨论却是最少的。原因可能是“左派”网友觉得专业知识不足,远不如“朔天运河”这样的“大手笔”、“大气魄”工程容易扯淡--因为这样的方案其实是不需要太多专业知识的,只需要“雄奇”的想象力--越“雄奇”、越“壮丽”越好,扯得越远越好,扯到“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”就最好。这些人不是在做工程设计,而是在作诗。
几年前我倒是在网上看过一个哥们(哪里的就不说了,免得该地区的网友产生误解)搞的海水淡化方案。这位老兄自称是“民间科学家”,有二百多项发明,还有些获得过这个奖那个奖和什么专利之类。他的方案大体来说就是,利用直流电极,将咸水中的正离子集中于阴极,负离子集中于阳极,于是,中间那一部份必然是离子浓度最低的,将它抽取出来,如此重复几次,就可得到符合标准的淡水。此君还说自己已经做过N次试验,证明完全可行云云。
看完这个所谓“方案”,我就再没有兴趣看这位老兄的其他“发明”了。此君和那些天天嚷嚷,唯恐别人不知道自己已经证明了哥德巴赫猜想的“民间数学家”,推翻了爱因斯坦相对论的“民间物理学家”,或者否定了“西方经济学”、创立了“东方经济学”的“民间经济学家”大体同类。根据简单的物理常识,如果正、负离子真能集中到阴极和阳极,那必然产生相应的电势能,这个能量从何而来?显然,只能是直流电源提供的。这种电势能的方向是反抗原直流电场,直至两者互相抵消。因此,每一次“离子分流”都要消耗电能;由于水中的离子运动速度很快,碰撞(引起电场混乱)频繁,要取得一点点的“离子分流”的效果,消耗的电能都会很大。这样即使能将海水淡化,成本也将很高,远远得不偿失--不如直接将海水电解,分离出氢气、氧气和氯气(因含有NaCl),然后将氢气燃烧,重新得到水H2O,还能得到烧碱NaOH和高氯酸HClO3呢。事实上,所谓“离子分流”也根本不可能实现--将出现的情况是,尽管阴极附近正离子浓度高,阳极附近负离子浓度高,但在中间部分,正离子和负离子浓度相等,而总离子浓度维持不变。电场只能改变正、负离子的相对分布,不能改变总离子浓度,咸水依然是那么咸,不信你试试看。
国际上比较先进的方案好象是用渗透薄膜。这种薄膜有很微小的孔,只能让H2O分子通过,而不能让Na+和Cl-离子通过,由此将海水淡化。不过,这种技术比较复杂,薄膜的生产成本高,使用寿命也短,否则早就推广了。难道就没有简单易行的办法了吗?当然不是。关键是看你有没有认真去想,有没有真正用心而不是用嘴去“为人民服务”。在中国这样一个水资源和能源压力都很大的国家,竟然从来没有人提出过类似我下面这样现实和巧妙的解决方案,除了说明某些“干部”(例如主管者)尸位素餐,酒囊饭袋;某些“群众”(例如“左派”网友)以为昭昭,其实昏昏之外,实在没有其他解释。
中国的煤炭资源还是相当丰富的,但直接烧煤来煮海水又太过奢侈,投资也相当大。目前,中国的电力主要由火电提供,大型火电厂都采用蒸汽轮机发电。这种发电的过程是,通过燃烧煤炭,将锅炉的水汽化,形成高温高压的水蒸汽,直接推动机组叶片旋转发电。部分水蒸汽在叶片上冷却成水,没有用完的水蒸汽也冷却凝固,这两部分水都会收集起来,循环再用,这样就不需要消耗太多的水。
这种循环用水的方式,对于那些水资源很丰富的国家和地区倒是无所谓的。因为水经过蒸馏,纯度很高,杂质很少,可以比较好地保护锅炉、管道和叶片。但是对于中国,尤其水资源非常紧张的华北地区,就应该换一换脑筋来考虑问题了--何不用海水煮沸,然后将发电后重新凝结的淡水收集起来,直接形成居民和工业用的自来水?这样,既不用只为了海水淡化而浪费宝贵的煤炭,也不用专门去建烧煤的海水淡化厂,现有的火电厂稍加改造,就能变成自来水厂,唯一可能增加的成本就是需要采用质量更高、耐腐蚀性更强的锅炉、管道和叶片(加热的海水对金属有一定的电化腐蚀作用,主要是锅炉),维护、保养、清洗、更换的工作多一些罢了。相对于解决水问题的重要性,这是微不足道的代价。
现在就来估算一下,这个办法可以生产出多少的水,多大的经济效益和社会效益:
一个100万千瓦的火力发电厂,年发电量(满负荷)为100万x24x365=87.6亿千瓦时(度)。设电价1元/度,年总产值为87.6亿元(未扣除成本,下同)。
液态水的比热容为4.18焦耳/(克·摄氏度),在1个标准大气压和100℃情况下,水的汽化热为 2253.02焦耳/克 ,因此1克水从20℃开始加热,到沸腾和全部汽化,消耗热量为4.18x(100-20)+2253.02=2587.42焦耳,1吨水就是2587.42x1000x1000=2.5874x10^9焦耳。由于海水实际的含盐量比较低,一吨海水由20℃加热、沸腾和汽化所需的热量大致相同。
一般地,蒸气轮机发电的效率为30%~40%,平均取35%;那么,前述100万千瓦火电厂一年所产生的电能为1000x1000x1000焦耳/秒x365天x24小时x3600秒=3.1536x10^16焦耳;而消耗的全部煤炭燃烧所产生的能量为3.1536x10^16/0.35=9.0103x10^16焦耳。
因此,该电厂年可生产淡水9.0103x10^16/2.5874x10^9=3.4824x10^7吨,或3482.4万吨。这些淡水经过蒸馏,十分干净,完全可以直接作为自来水使用。设水价4元/吨,即可增加年总产值1.393亿元。
南方地区由于天气炎热,无论洗澡、洗衣服、搞卫生和饮用、做饭菜的耗水量都比北方多得多。一般地,设南方城市居民人均月耗水约12吨(含非生活用水,下同),北方7吨。因此,3482.4万吨水,可供应南方3482.4万/(12x12)=24.2万人使用,对于北方来说,就是41.5万人,均相当于一个中等城市了。如果考虑到部分沿海城市已经推广使用海水来作冲厕所等用途(香港也一样),那么可解决的用水人口更多。
2005年全国总发电量24747亿千瓦时(度),其中火电占81.5%,即20169亿千瓦时(度)。如1/3火电使用海水,共可制淡水(直接的自来水)3482.4x(1/3)x20169/87.6=26.73亿吨,可以解决北方地区26.73亿/(7x12)=3182万人,主要是城市人口的用水问题。即使考虑若干环节的损耗,至少极大地缓解京、津、唐和环渤海地区的水资源紧张,还是绰绰有余的。当北方沿海地区的地下和地表抽水减少后,地下水位将重新积累上升,生态环境将改善,地基不稳、城市“下沉”的危机将消除,而黄、淮、海、辽河等的中上游流域也将获得更多的可用水资源。
其实,与其花费巨额成本从1000多公里外的长江引水,不如就近抽取海水,供应京、津、冀、辽、鲁五省市的火电厂,甚至可供应到河南中部、安徽和江苏北部,那里是平原,海拨并不高。现有“南水北调”工程的东线,由于长江下游的海拔低于黄河下游,长江水不能自流到黄河,需要耗费电力抽水,成本也不低。以后再兴建火电厂,应优先考虑建在海边,方便制造淡水(内陆地区则优先考虑建于咸水湖边,例如青海湖)--以前只有南方地区这样做,是为了方便运输煤炭。
这种火电-自来水厂还有两个副产品:一、蒸馏之后剩下的高盐浓度海水,可以作为工业用卤水,或晒制海盐,时间上将比由海水直接晒盐短得多,至少可节省80%。二、煤炭燃烧后的炉灰,混合一定比例的沙、黏土和有机质,可以构成一种比较疏松的土壤,适合某些种类的作物和花卉生长,再不行拿去填垃圾场也可以。总之,非常环保,非常节约,非常循环,非常经济,非常符合“科学发展观”。
我深信自己这个方案,思路和方向上不会有任何问题,细节上完善一下就可以了。如此简单易行,利国利民的大好事,还等什么???