（一）海水淡化的冻结过程

本报道吸引之处在于冻结脱盐作用。简单的、低能耗工艺是基于以下事实上：当水冻结时，沾染物能从晶体结构中自动排除。尽管在过去的三十年内不断筹划这些问题，这些方法仍然被认为是从海里产生淡水最有吸引力的。跟逆渗透（译者注：一种从污水、盐水中提取纯净淡水的方法）不同，全世界2200个脱盐工厂中有30%的工厂使用的薄膜分离工艺和冻结脱盐。它们都包含最小腐蚀和污染，不需要预先处理。能量集中蒸馏工艺的优点（占到整个脱盐工厂的70%）是很有吸引力的。该工艺要取1000 Btús（英国热量单位）才可煮沸一磅水，而用来冻结，仅需要144 Btús。

最有前途的新型冻结工艺方法之一是由物理学家待德 · 泰勒（Ted Taylor）设想的，现在被他的伙伴诺伐（NoVa）加以发展。然而，该过程最初目标是脱盐，泰勒声称它也适用于废水处理。

基本上，该工艺像如下形式进行：在冷天（29°F或更低），水从海里抽出，喷到由塑料管排列的控制区。一块70平方英尺的地区被应用在首次试验中，但几乎任何的尺寸都能做的。约10多的喷雾能冻结；因此盐和其他杂质不会带进产生多孔层由纯冰组成的晶体结构内。（某些盐残渣保留在冰表面，但是被最初的融化所冲走。）剩余的液态咸水经过冰块过滤，再回到海里。冰块继续增长窜到较暖的天气的到来，在这时候溶化的冰变成淡水。

泰勒声称水的盐容量下降到500 ppm（ppm—百万分率）（适用饮用）之后，仅有10%的冰得以融化。冰进一步融化使浓度到达10 ppm。而原始海水的盐容量为30，000 ppm。

花在喷射过程上的主要资金是冰储存所需要的土地。最大实用冰厚度为100尺，泰勒估计需要的土地、面积类似于同样容量的蓄水池的面积。同时因为大自然提供了冷冻和溶化二个方面的可能性，仅仅需要的能量是开动抽水机的，它远比任何其他脱盐过程所需的能量为少。

尽管喷射概念本身不是首创的。泰勒希望在他系统的某些细节方面得到专利权的屎护。该工艺最灵敏的部分是喷射的控制：如果微滴太小，它们将从控制区飞走；如果太大，它们不能凝结。找到恰当的媒质既是科学上的事，又具有艺术性。

时间和布局同样是关键。控制区必须是足够的冷以便多孔层所需的原始冰不会过早地溶化。而喷雾必须平均散布以确保均匀、有效空间的冰集结。

泰勒的工艺原则已在实验室的试验中证实，而在长岛Greenport的一个示范性工程已进行了二年。场所预示了国家今后几年内面临的水供给问题——由单一含水层所决定的密集的居住区，而该含水层延伸受到限制且蒙受了盐和有毒化学物质的侵入。

论证工作由纽约州能源研究和发展局（NYSERDA）、纽约州电力局和Greenport村村民提供资金。泰勒特别提到2000吨冰（约48，000加仑可饮水）。已在1984 ~ 85年冬季制得。同时，诺伐和Greenport为了一年内生产1千万加仑水的大型设备（约1英亩半）的建成，提交了一份联合建议给纽约州能源研究和发肢局。如果该项建议被接受，新装置于1985年底能投入运行，并在下一年；季用水高峰时期就能供给淡水。

但是以什么样的价格？泰勒承认Creenport厂最初目标是证实了不顾成本的原则。“但是我们已建立了一个目标，即制造1000加仑的水所需价格为1.25 ~ 1.75美元，”他说。那样的价格范围足以跟长岛（Long Island）其他新水资源竞争，而且比最近脱盐竞争者的每生产1000加仑水化费4美元或更多点要低得多。诺伐用来节约成本的一种方法为附加一个催化工艺（Seeding Procedure），该工艺允许较大的冰晶形成，并增加了冻结到30 ~ 40%水的百分比，因而减少了所需要的抽水能量。

泰勒声称他同伴的制作工艺能容易地扩大到废水处理中，至少四十四个州冬季在温度计温度下降到冰点以下时是如此。对于诺伐来说，质问是为了证明工艺进展在二种情况下都好：在海水里，盐浓度从30，000 ppm减少到10 ppm是比较容易的，而把废料从1 ppm减少到10/十亿（许多水处理过程所需要的标准）就困难得多。

诺伐的喷雾 - 冻结工艺营利性质的表演将在三年之内完成，泰勒说，它多半是在存在有水问题的沿海居民中（如长岛卡德角（Capecod）或大西洋城市）。但是他了解到它实际上用来清除和补充美国整个中西部州被污染的地下水展这么个情况。现在正在进行的几个试验以论证该原则。

诺伐并不是进行冻结脱盐试验的仅有伙伴。在前十年内，出现了几个其他的方法；其中大多数集中在二个设计类型的其中一个上：直接接触型，该型中，一种冷却剂可与水直接混合，而较简单、但低效的间接接触式是应用了热交换器来冷却水。

直接接触冻结有二种类型：真空和第二次致冷剂。在真空过程中，预先冷却水喷射到一个真空室内，在那儿它的一部分飞溅成蒸汽，并去掉足够热量使在剩余物内产生出冰 - 咸水混合物。运输和军火工业（Carrier and Colt）在六十年代末建成了这类的试点工厂（承包给联邦政府现在已停办的盐水研究中心或oSW），但是该系统太复杂及花费了。

在第二个致冷过程中，一种不能跟水混合的液态化学物质如丁烷或卤化碳被注入到咸水中。当致冷剂煮沸时，它能从咸水中除去热，导致冰晶形成。这个方法存在的主要问题是致冷剂随后必须从水中分离开来一一一个复杂和困难的步骤。

间接接触工艺同样存在一些问题。第一，当盐溶液冻结时，冰晶常常粘附在热交换器的壁上，在冰箱内形成了很多霜，这样增加了在热传递方面的阻力。早期设计应用了刮刀式（Scraper）的热交换器，在这个中间，壁被机械地擦净以除去冰，但是这些证明是非常花费的。较新的表面处理技术应用在无棒状物的壁上，实际上它们已排除了对刮除器的需要。

这样一种工艺可由芝加哥桥梁和钢铁公司（CBI）在1978年作出。设计由联邦水研究和技术中心（oSW的后继者）资助。一个实验室规模每日生产6000加仑水的工厂在该公司的伊利诺斯州普莱恩菲尔德（Plainfield）的设备中进行试验。CBI已在沙特阿拉伯的延布（Yanbu）建立了每日生产5000加仑的工厂。

约翰 · 安德烈庞特（Job Andrepont），CBI工程经营者说，工艺是以独特电解抛光处理为特色的，它使得热交换器表面更为光滑。一种“下降薄膜”冻结器设计——在这个冻结器里面，一个咸水薄膜在冷却时流到管子表面——也将使得热交换器免于冻结。CBI销售业务的代言人弗兰克 · 雷诺（Frank Reynolds）说，即使这样，该系统往往太贵无法跟海水脱盐的逆渗透过程相竞争。但是对于工业应用来说，源头水弄脏了薄膜或者蒸馏装置，CBI系统是有它的明显的优点的。

共晶冻结（Eutectic freezing）是另一种冻结脱盐方法（在晶体化学中，共晶溶液是一种结构随温度而变化的东西）。海水变冷到0℃以下，在该温度它变成纯冰和盐晶——取代了浓咸水，如在其他方法中所示的。共晶冻结法优点是没有咸水流到环境中，因此这种方法来产生灌溉水只是一种设想（因为这个里面盐的排出物会污染地下水）。该方法的缺点是高能源消耗。Avco和Fluor二者以井晶冻结进行了，试验，但是都没有形成一个盈利性质的体系。

（二）太阳把咸水转变为食用水

博茨瓦纳的技术专家正在从事由不能饮用、含盐水中脱盐向受干旱袭击的卡拉哈里沙漠人民提供洁净的水供应。卡内（Kanye，博茨瓦纳的城镇）的农村工业改革中心（RIIC）试验了小型利用日光的简单的蒸馏群。他们依赖了包括利用太阳光加热、蒸发和凝聚的简单脱盐过程，从盐水里提取洁净水。

博茨瓦纳目前已进入了干旱的第四个年头。下雨在11月。对于卡拉哈里的很多居民——他们中很多是游牧的猎人——正常水的供给日趋减少。他们通常能找到的是盐井水。因此有必要对紧急情况的水供给大声疾呼。

RIIC现在已明了用太阳光脱盐可作为合乎逻辑的水资源，但是工程的技术人员是通过试验和失误才得出了这个结论的。Teedzani Woto，该工程联合领导者说：“最初，我们认为燃烧木材的蒸馏器会是一个好的想法，因为沙漠里的人们夜里常常围坐在火的周围。我们想他们能在夜晚的火上放置一个蒸馏器。”

在燃烧着木材的蒸馏器中，盐水被注入金属壶内加热。水蒸气凝聚在一个管子出口处，排放到一个单独容器内。这些简单蒸馏器在博茨瓦纳是有效的，所以研究小组说服沙漠人们来试验它。

研究小组还发现蒸馏器自火中窃取了很多热，因而他们点燃二处火（一处堆在周围，一处对于蒸馏器的），应用了二倍多的木材。Woto说：“无论如何，我们发现由于局限性，产量非常低——最高为0.7升/小时。这对当地居民是不够用的。”研究人员也注意到在周围地区被砍伐的树木。随后燃烧木材的蒸馏器也丢弃了。

根据Woto意见，“现在我们发现仅能在永久性的居民区作这类工作，我们集中在大型的村社的蒸馏器上。”今天，在RHC试验蒸馏器应用了太阳来加热咸水。他们作成了不同的设备，但是其基本工作是相同的方法。水被送到具有玻璃顶的浅的封闭箱中。在里面，温度升高，水蒸发，蒸汽凝结在玻璃表面。这种脱盐水滴掉到玻璃上并进入槽内，最后流入一塑料容器。不用大的蒸馏器，改革中心宁可挑选几个小的最终流入一个收集器的蒸馏器。

Woto说：“我们集中注意力于砖 · 铁胶合剂 · 玻璃纤维蒸馏器上”，工作在Khawa和Lokgware二个沙漠上进行。9个以玻璃纤维为底部和框架组成的“墨西哥”蒸馏器现在建在Khawa，除了某些砖蒸馏器以外，将建立另外16个蒸馏器。在Lokgware RIIC建立了16个墨西哥蒸馏器，一个砖蒸馏器接近完成。

根据Woto意见：每一个设计有它优点及不足。墨西哥蒸馏器产量最离，为15升/每小时。但是，博茨瓦纳仅有一个玻璃纤维制造厂，供给不足。Woto说：更多的批评为，我们存在一个运输玻璃纤维到我们“沙漠地点的问题——它成本很高，又有很大数量的损耗。”

“砖蒸馏器是比较能接受的，因为我们能找到当地的砖瓦制造商。但是这仅仅产生了墨西哥脱盐水的一半。”他指出铁胶合结构长期存在着腐蚀问题，任何水泥或砖结构能长时间来加热。这二个东西也易于蒸汽渗透，所以RIIC正在继续作出修改。

[High Technology，1985年9月，New Scientist，1986年1月]