臨渴掘鹹井

珠海鬧水荒，澳門也受影響，港人幸有東江水眷顧，暫時仍能生活如常。我國人均水資源不算豐富，隨着經濟發展和人民物質生活改善，食水供應愈趨緊絀，可說是「意料中事」。古人有訓，不應臨渴掘井，今日便讓我談談海水化淡。

海，是世上最大的一口井，蘊藏着全球九成七的水份，問題是我們能否有效地從這口鹹井掘出淡水。超過三十歲的讀者，腦海必然泛起早已拆卸、建於樂安排的海水化淡廠；根據中文維基，原來它曾經是世上最大規模的，想不到香港竟然是這方面的先驅。這座海水化淡廠採用蒸餾技術，簡單來說是把水煲成蒸氣，再把蒸氣凝結為水；試想像，你每次煲水之後，喝的不是茶煲裡的水，而是煲蓋滴下來的水，那是多麼的費時失事，不如買屈臣士蒸餾水算了。很明顯，香港政府也有同感，與其等候煲蓋滴水，不如買現成的東江水吧。

廿多年後的今天，海水化淡廠雖非舉世林立，卻也絕非罕見，在阿拉伯聯合酋長國、沙地阿拉伯、科威特、卡塔爾等中東諸國尤其「流行」，他們沿用蒸餾技術，因其燃料（石油）垂手可得。為減能源消耗，蒸餾式海水化淡廠通常建於發電廠旁邊，後者產生的餘熱可以用來幫前者煲水。讀者可能見過 MSF、MED、MVC 等名詞，不用太在意，全是蒸餾技術的分支。

美國、日本、意大利和西班牙也有淡化海水，由於燃料有價，蒸餾式化淡廠的比例遠低於中東，取而代之的是「逆滲透」技術，洋稱「reverse osmosis」。想像，一個魚缸被一塊薄膜分隔成左右兩半，這塊薄膜只會讓水分子穿過，其他雜質如鹽份一律穿透不了；然後灌水，淡水左邊，海水右邊。海水的鹽份較多，亦即水分子較少；由於左邊淡水的水分子多於右邊，故左邊的水分子會穿過薄膜「遷徙」至魚缸右半，直至兩半有同等數量的水分子為止。右邊鹽份較濃，正常情況下，鹽份應該右向左移，直至兩邊鹽份相約，但不要忘記薄膜只讓水分子穿透，鹽份無處可走。水分子穿過一塊「透水 only」的薄膜由多水走向少水之處，這現象稱為「osmosis」，或「滲透」。很明顯，滲透只能「溝淡」海水。要化淡，我們便要「逆」天而行，向魚缸右邊的海水加壓，「逼」海水的水分子穿過薄膜，左邊的淡水便增多了，這就是「逆滲透」，人工地「逼」水分子朝相反方向走。中東以外的海水化淡廠，大多使用逆滲透。

逆滲透所需燃料固然較少，但對水質要求較高，假如水中雜質太多，薄膜便可能遭阻塞，故進行逆滲透之前通常會對海水作些的預先處理，類似污水處理的工序。另外，海水鹹度也會影響逆滲透的效率。概括來說，若果選址位於鹹淡水交界，處理海水鹹度較低，逆滲透比較化算；鹹度高的地方，蒸餾則較合適。

雖然逆滲透和蒸餾佔了海水化淡市場絕大份額，還有第三種技術值得一談。想一想，逆滲透是強逼水分子穿過一塊其他雜質不能穿過的薄膜；換個角度看，那塊薄膜就像一個把水份和雜質分離的篩子，把想要和不想要的東西分隔開來。如果另一塊薄膜只讓雜質、而不讓水份穿過，那不是同樣達到目的嗎？對，第三種化淡技術 －－ 電透析（electrodialysis）－－ 就是運用這樣一塊薄膜。要明白電透析的原理，必須首先認識正負離子的概念。鹽之所以溶於水，是因為其原子遇水便會拆成帶正電和帶負電的兩部份，是為正、負離子；鹽的化學名稱是「氯化鈉」，溶於水中形成帶正電的鈉離子和帶負電的氯離子，拿走水中的正、負離子，便能淡化海水。

想像你站在天橋之上，下面馬路三線行車，中線供海水「行走」，中線與左線之間是一塊只讓正離子穿過的薄膜，中線與右線之間是一塊只讓負離子穿過的薄膜；換句話說，海水中的正離子只可以「轉左線」，負離子只可以「轉右線」。這還不夠，離子必須保持在左、右兩線，不得返回中線，要達到這點不難，只需在馬路兩旁放置與離子相反的電極便可（即負極在左，正極在右）。正式的電透析裝置不只「三線」、而是正負離子薄膜相間的「多線行車」，分別不大，重點盡在「三線行車」的比喻之中：以電極吸引正、負離子各走一端，再以只容許離子穿透的薄膜確保水份與離子分隔。

蒸餾要煲水，逆滲透要高壓泵水，電透析則要用電抽取離子，每種方法都是向海水注入能量，拆開水分子與離子的「糾纏」。最近，溫哥華一間叫 Saltworks Technologies 的公司，借用太陽的熱能，發明了一種耗能較少的化淡技術。回到「三線行車」的比喻，但馬路兩旁沒有電極，而且三條行車線和天橋全供海水「行走」；原本的兩塊薄膜仍在，但由於三線全是海水，薄膜兩邊的離子密度相等，故沒有離子「轉線」。假設陽光照不到馬路，只照到天橋；烈日當空，天橋的水份蒸發，留下比海水更鹹的超鹹海水，天橋離子過剩，若果建條樓梯通落馬路，離子必會一湧而下。關鍵就在這裡，我們建兩條樓梯，而且是有薄膜的樓梯，只讓某類離子通過：落左線那條樓梯只讓負離子通過，右線那條只透正離子。

離子一湧而下，左線頓變「負資產」，因為有太多負離子湧入，恰巧分隔左、中兩線的薄膜只讓正離子穿透，左線多餘的負電「資產」正好吸引中線的正離子；同樣情況在右線發生，只是正負對調。結果，中線的正、負離子分別被吸引至左、右兩線，中線的海水給淡化了。

Saltworks Technologies 稱此為「Thermo-Ionic」系統，是商標來的，大家不要「亂用」，網上的資料全是 Saltworks 自己發放，找不到第三方的獨立評價。然而，此技術也不能說是未經考驗，它已經拿了幾個科技獎項之餘，亦得到投資者垂青，建了一間測試設施。根據 Saltworks 網頁，這技術比傳統化淡節省八成能源。

以我這個外行人看來，節省耗能不算出奇，因為它明顯地借用太陽能量，我懷疑的是它的「產量」。試想，以蒸餾化淡，若果我需要多些淡水，可以「加猛個火」；以 Saltworks 的技術，我不能「加猛個太陽」，整個程序有賴陽光首先製造「超鹹海水」，日照會不會是它的瓶頸？沒有陽光的日子又怎樣？如果省能是海水化淡的唯一考慮，那我們根本不需要海水化淡，每人只要到沙灘撈一盆水上岸，用玻璃蓋着，等太陽蒸發盆裡的水，玻璃蓋滴下來的便可飲用，這是百分百借用太陽能量淡化海水，能源投入是零。事實上，這個方法我們一直沿用，地球不就是一間巨型蒸餾式海水化淡廠嗎？它的「鍋爐」是太陽，我們喝的是天上滴下來的水。

問題是，現在人太多，地球這間免費巨型蒸餾式海水化淡廠供不應求，我們唯有另覓他法。海水化淡不是高科技，地球也不缺海水，如果我們有無限能源，要多少淡水也不是問題。以這個觀點，我們沒有水危機；我們需要解決的，是能源危機。

（2009 年 11 月 18 日 信報副刊）

後記：今日見報的版本，報館所加的其中一個小標題為「逆滲透『溝淡』海水」，不正確。逆滲透是「化淡」海水，滲透才是「溝淡」海水。

相關連結：
29 Oct 2009, The Economist
A fresh way to take the salt out of seawater

Scientific American
Confronting a World Freshwater Crisis

Encyclopedia of Desalination and Water Resources

Food and Agriculture Organization of the United Nations: Statistics

EarthTrends: Water Resources and Freshwater Ecosystems: Searchable Database