一種具有“水向上流”功能的海水淡化設備的制造方法
【專利說明】
[0001]技術領域:
涉及一種具有“水向上流”功能的海水淡化設備。
[0002]【背景技術】:
在地球巖石圈存在物質循環和能量循環過程，物質循環過程包括碳循環和水循環，碳循環過程包括有機碳和無機碳之間的循環，
碳循環的過程是這樣的:1)空氣中的二氧化碳通過植物光合作用變成有機碳，2)有機碳即有機物通過燃燒或動植物呼吸重新變成二氧化碳。3)有機物通過地質變化埋沒到地下變成化石能源。4)化石能源經燃燒重新變為二氧化碳。5)地下堿水或海洋堿水吸收二氧化碳變成碳酸鹽類沉淀(如碳酸鈣)。6 )碳酸鹽經過高溫煅燒或地質火山爆發重新變為二氧化碳和堿性灰塵(石灰、水泥等)。
[0003]水循環的過程是這樣的:I)通過光合作用，水變成有機物的成分，2)有機物燃燒或者動植物呼吸變成二氧化碳和水。3)地表或海洋蒸發在大氣層變成水汽或含水氣體。4)大氣層飽和水蒸氣遇冷凝結降水或降雪。5)地表徑流入海洋。6)人類進行海水淡化活動從海洋汲取淡水。
[0004]海水淡化的過程通常有兩種方式:I)在一定大氣壓力環境條件下通過蒸發和冷凝實現海水淡化，其過程需要熱能，成本一般較高。2)通過滲透膜進行反滲透，通過多級反滲透實現海水淡化。
[0005]在海洋中的植物或動物，生活在具有一定含鹽量的海水之中，但是海洋動植物體內的含鹽量遠遠小于周圍的海水，說明動物的皮膚或植物的表皮細胞具有一定的過濾鹽水的能力，或者叫做“海水淡化”能力。
[0006]目前采用的反滲透膜海水淡化模式，實際類似植物的表皮細胞，具有一定的親水功能和少許的排鹽功能，比如利用醋酸纖維素制成的反滲透膜，其中纖維素是親水的，醋酸纖維素也是親水的。在海水淡化過程中采用多級反滲透模式，將海水逐級過濾到含鹽量一定的淡水。
[0007]滲透過程是指在同一壓力下，含鹽量較少的溶液向含鹽量較高的溶液滲透，兩側達到動態平衡產生的壓力差叫做滲透壓。反滲透壓是指在含鹽量較大的一側加壓(或抬高液面)實現水分的反向流動，反滲透過程被經常用作海水淡化過程。
[0008]既然海水淡化是用反滲透壓來實現的，所用材料為滲透膜。能否找到一系列材料來取代反滲透膜呢？為了尋找這一答案，我們先來看自然界的另一現象:水向高處流現象。
[0009]在自然界，由于水的重力作用，水是向“下”流淌的，謗語“水向低處流”就是這種自然現象的真實寫照。但是，在自然界還存在一種“水向高處流”的反常現象，比如:1)滴水蓮在潮濕的環境中葉片會滴落水滴，這些水滴是由植物的根吸收土壤的水分并向“上”運輸經莖部導管至葉片，其中又有部分葉片向下垂落，水分子在垂落的葉片下端聚集成水滴，水滴受重力影響最終向下滴落，這就形成了水分由土壤先向高處葉片“流”而后又向下滴落的現象。2)滴水觀音的滴水現象同滴水蓮無異。3)樹木，自然界所有植物的葉片都存在蒸發現象，直徑20_的植株最大蒸發量每秒鐘可以超過0.05毫升，一天的蒸發量可達4.3千克，而蒸發的水分是由根部吸收，莖部疏導，葉片蒸發的，因此植物的蒸騰作用也是“水向上流”的一種現象。針對這種現象，人們會解釋說:植物的導管和篩管實現由根部至葉片的運輸是由“毛細作用”造成的，在植物體內存在眾多的“毛細管”，這種毛細管有疏導水分和養分的作用。4)人或動物的毛細血管。人們認為在人體動脈或靜脈血管內，血液運輸的動力來自心臟的搏動，心臟的收縮與擴張給血液流淌提供了動力，但是在人或動物的組織內，毛細血管的血液流淌方向是左右上下各個方向的，人或動物體內微循環的動力來自毛細血管壁的結構，即通常所說通過血液的滲透作用到達身體各部分組織器官的，人們還是把這種現象稱作毛細血管的“毛細作用”。5)泉水。一般認為泉水是地下水，是有地下的溫水向地上山體巖石滲透后而又集中，經過山體的狹縫流淌而出的，與植物的滴水現象區別是:植物的毛細作用僅僅能實現“滴水”，山泉形成的水流通常是汩汩涌出，有的山泉流量甚至非常大，每分鐘幾個立方水流量常有記載。6)浸水石頭。在盆栽藝術中，常見一種浸水的石頭，石頭上終年濕漉漉的，石頭上放置上泥巴，栽培上植物，石頭放入水中，只要石頭下邊有水，浸水石頭就不缺水，總結“浸水石”這種現象，也可以歸結為“水向上流”的一種現象。
[0010]如果說植物體內“水向上流”是由于“毛細作用”造成的，那么是否可以理解浸水石頭內部也有某些管狀組織結構呢？進而聯想到:是否所有的符合毛細作用要求的任何材料都具備“水向上流”的功能呢？如果你認為僅僅通過“毛細作用”可以實現“水向上流”的功能進而去進行試驗的話，其結果或許成功也或許失敗，因為“毛細作用”僅僅是“水向上流”伴隨的一種現象，并不能把這種伴隨的“現象”當做本質來解釋“水向上流”的原理，或者來揭示“水向上流”的規律。先前人們用“毛細作用”解釋這種“水向上流”的現象，這種解釋在理論上不能自圓其說，或者說是一種有缺陷的理論。因為我們并不能認為管道足夠細就一定具備“毛細作用”。相反，如果假定管道足夠粗，其結果就一定沒有“水向上流”的現象存在嗎？其實真實的答案令人吃驚:答案是“不是的”三個字。原來“水向上流”實質功能并不是由管道的粗細決定的，而是管道與水存在一個接觸面，是有接觸面的大小和接觸面的形狀共同決定的。管道與水的接觸面積和管道的形狀決定水流的大小，管道的走向決定水流的方向。
[0011]在常規認識上，我們存在一個認識誤區:就是我們有時只看到了水流因重力作用存在“水向下流”的現象，并沒有看到“水向上流”，為什么呢？因為沿著管壁向上走的水分子與向下走的水分子相比較，在較粗的管道內是微不足道的，同時因為水分的蒸發作用，在較粗的管道內向上的水分很快蒸發掉了，根本或者難以看到“水向上走”，因此在較粗的管道內“水向上流”的現象幾乎是看不到的。但是在植物體內，導管非常細，接近毛發的細度，并且樹皮隔開了導管與外部空氣的聯系，水分不能蒸發，在樹皮內這種幾乎封閉的系統里，水由根部滲透，通過莖部眾多毛細管道，直達葉片，由葉片蒸發，從而最終形成“水向上流”的功能。具體一點講，形成“水向上流”的原因是:植物體內眾多的毛細管道(導管)與水分子有較大的接觸面積，再加上植物體內下部水分大，上部水分少，由于水分子的“滲透”作用，實現“水向上流”的功能。而滲透作用可以用滲透壓來解釋。滲透壓可以用力學來解釋，這種現象用力學來解釋就是:由于植物體內部水分子在毛細管內受重力和毛細管壁分子吸引力的雙重作用，為達到分子水平的力學平衡，在分子力的作用下，水分便由植物體的“下部”流向植物的“上部”，實現“水向上流”的功能。
[0012]那么，我們是否模仿植物的這種結構制造一種設備實現“水向上流”的功能呢？或者模仿山泉把地下水在沒有常規能源動力消耗的情況下把地下水抽到地表面呢？有句話是:一切皆有可能。但是科學需要嚴禁。我們必須搞清楚“水向上流”的本質原因才能通過某些手段實現“水向上流”的功能。
[0013]前面說過，“水向上流”的本質原因不僅僅是因為管道粗和細，還有個原因就是水分與管道的接觸面積，準確說是單位質量的水分與管道的接觸面積的比值大小。那么是不是任何物質只要與水的接觸面積大就可能實現“水向上流”的功能呢？當然不是。在自然界，有些物質是親水的，有些則是疏水或者是憎水的，對于憎水和疏水物質的存在，人們很容易想到利用某些特定的物質比如親水的材料做成毛細管道來實現所謂的“毛細作用”，而疏水和憎水的物質則不能實現“毛細作用”，因此可以用類似親水物質，比如用聚乙烯醇來制造纖維或毛細管道來實現“水向上流”的“功能”。
[0014]利用親水物質作為毛細管道的材料實現“水向上流”的功能雖然新穎無比，但是可以認為“容易想到”，所以，在我國的法律界，如果通過人工方法制造“水向上流”的器件可以認為是種發明，也可以認為容易想到而否定這種小發明的“創造性”，是不是真的具有“創造性”就要看審查員對這種發明創造所產生意義的理解，或者具有“創造性”或者不具備創造性，怎么判斷就要看審查員對這種設備的社會作用或者說這種設備產生社會效果以及產生的意義進行“傾向性”的判定。
[0015]那么，實現“水向上流”的功能對人類究竟有哪些好處，或者說“水向上流”究竟有什么現實意義呢？
首先來看這種現象I):在夏天比較炎熱的季節，我們走進森林，瞬間有種涼爽的感覺，為什么呢？很多人會說森林有調節氣候的作用，降低了大氣溫度。那么繼續追問一句，森林為什么具有調節氣候的作用？森林調節氣候的機理是什么呢？
再來看另一種現象2):在春夏秋季節，我們用手摸一下植物的莖，比如秸桿、常青藤、絲瓜藤、吊瓜秧，會有一種冰涼或者嗖嗖嗖涼的刺手的感覺，敏感的老年人甚至經受不住這種涼爽的刺激。這種現象說明什么呢？
以上兩種自然現象說明植物的根莖葉都是吸收熱量的。正是因為根莖葉吸收熱量，大批量的植物(或森林)才具有調節氣候的作用。
[0016]那么植物的根莖葉為什么會吸收熱量呢？要理解這個問題，問題好像復雜了很多，為此，我們先來談一下熱力學第一定律，即能量守恒定律。
[0017]能量守恒定律的基本意義是:能量既不能憑空產生也不能憑空消失，只能從一種狀態轉移動到另一種狀態，從一種物體轉移到另一種物體。既然能量不能消失只能轉移，那么也可以說，能量在自然界是無限循環的。“水向高處流”實現了水的勢能增加(水在高處積累或者蒸發都可以造成水的勢能增加)也必然是能量循環的結果，那么“水向高處流”增加的勢能是從哪里來的