碘在海水中的浓度只有0.06ppm,属于微量元素。某些海藻可以从其周围海水中富集碘,如海带含有高达0.5%左右的碘,故以海藻为原料间接从海水中提取碘较普遍,我国即主要从海带中提碘,每年约135吨,远不够需求。由于海藻资源的限制,许多国家在研究从石油油井卤水和地下卤水中提碘,且已有了成熟的技术。我国研究人员利用吸附剂直接从海水中提碘,浓集因数达1.7×105,在国际上是独创的,为我国直接从海水中提碘开辟了远景。
(四)海水提钾
钾在工农业和医药卫生方面用途广泛。海水中所含钾的储量远远超过钾盐矿物储量。我国是钾资源不足的国家,至今尚未发现大储量的可溶性钾矿。目前主要是从制盐生产的苦卤中提取钾,也只能生产10万吨左右的氯化钾,如能突破从海水中直接提钾,则是极有价值的。目前我国的海水提钾研究已有一定基础,以天然无机交换剂为富集剂的提钾方法已通过千吨级的中间试验,期望取得进一步发展,以建立我国的海水提钾工业。
(五)海水提铀及重水
铀裂变时能释放出巨大的能量,一千克铀所含的能量约相当于2500吨优质煤燃烧时释放的能量。陆地上铀的贮量有限,目前有开采价值的总共不过100万吨左右。海水中铀的浓度虽不高,每升海水只含3.3微克,但铀在海水中的总量仍非常可观,达45亿吨,相当于陆地上贮藏量的4500倍。因此世界上一些国家,特别是缺乏陆地铀矿的国家,都在进行海水提铀的研究。目前研究的提取方法有起泡分离法、吸附法和生物富集法等。从研究发展看,海水提铀工业也是可以实现的。
重水也是一种巨大的能源,一吨海水中所含重水的核聚变反应,可释放出相当于256吨石油燃烧所产生的能量。海水中含有丰富的重水(氘氚等),实现从海中提取重水,海洋就能为人类提供取之不尽的能源。现在较大规模地生产重水的方法有蒸馏法,电解法,化学交换法和吸附法等。
三、海水资源的利用
这里所指的海水资源,特指海水中的淡水资源及海水的直接利用。由于淡水资源日趋短缺而海水却极为宏富,如何通过海水淡化工程把海水中的淡水开发出来,这将是未来海洋资源开发的一个重要课题。
海水淡化共有20多种技术方法。目前技术纯熟、经济效益较好的是蒸馏法、电渗析法和反渗透法。
电渗析技术就是通过不同电性离子交换膜的单一选择透过性能,使海水中电解质盐类的离子分离,从而达到海水淡化的目的。目前世界上已建立了几十个应用电渗析法日产千吨淡水的工厂,技术上也有很多新进展,电渗析技术的应用范围也由初期单纯的水处理扩展到浓缩制盐、化工、食品的工业提纯和精制等。我国的电渗析海水淡化技术已进入了生产应用阶段,目前已有2000多台装置在运转,技术水平接近国际先进水平。
反渗透法是从五十年代发展起来的海水淡化新技术。反渗透法使用的是半透膜,当盐水通过半透膜时,只让水分子通过,而不让盐通过。在半透膜容器内的盐水面上施加压力,当压力大于海水渗透压时,容器内的水分子即通过膜面向外渗透,从而达到淡化水的目的。反渗透淡化技术能耗小,造价低,脱盐率高,被认为是最有前途的淡化技术。我国反渗透淡化技术发展也很快,已进入了应用阶段。
蒸馏淡化法即通过将海水加热蒸发。再把蒸汽冷凝得到淡水,这是传统的方法,目前生产能力最大。这种技术正朝着容量大型化(日产10万吨以上)和目的多重化的方向发展,如利用淡化后的浓缩海水提取有用物质,利用火力发电余热进行海水淡化等。我国已进行了日产百吨的淡化装置的试制,具备了设计和研制大、中型蒸发淡化装置的技术能力。
我国发展海水淡化技术,应选择适合国情的技术路线。在目前比较成熟的几种淡化方法中,反渗透方法能耗最低,造价不高,脱盐效率好,使用方便,特别适用于沿海能源不足地区。故我国的海水淡化技术应以反渗透法为重点。在反渗透技术和电渗析技术大规模应用于海水和西北地区苦咸水淡化之前,可以把蒸馏淡化技术作过渡性方法,予以适当发展,并尽量与热电厂热量的利用相结合。
海水直接利用包括沿海工业冷却用水、大生活用水和耐盐植物灌溉。这是海水资源开发的又一领域。据预测,2000年时美国工业用水的三分之一将由海水解决。我国今后也要发展海水直接利用工程,在沿海地区,特别是在电力、冶金、化工等行业推广海水冷却方法,同时推广在生活领域中使用海水,如冲洗、除尘、消防等。2000年时,我国火力发电总用水量约为500亿吨,如果沿海地区新建和扩建的电厂都使用海水作冷却水,则每年用量即达350多亿吨,其它冶金、化工、石油等行业使用海水冷却水的潜在需量也是相当可观的。
从海水中开发水资源,无论是海水淡化还是直接利用海水,都是资金和技术密集型事业,需要对此进行战略部署。在技术进步上要做好研究和储备工作;在产业发展上要进行规划论证和分阶段实施;在政策引导上要制订相应的措施,如在沿海工业大户中推广海水冷却等。