1
00:00:00,873 --> 00:00:02,817
我在威斯康星州北部长大，

2
00:00:02,841 --> 00:00:06,650
很自然地与密西西比河
产生了亲密的连结。

3
00:00:07,167 --> 00:00:08,341
小时候，

4
00:00:08,365 --> 00:00:12,512
我会和姐姐比赛谁能最先拼写出

5
00:00:12,536 --> 00:00:16,250
“M-i-s-s-i-s-s-i-p-p-i（密西西比）”。

6
00:00:17,115 --> 00:00:18,679
上小学时，

7
00:00:18,703 --> 00:00:23,244
我学到了早期的探险家
以及他们的冒险，

8
00:00:23,268 --> 00:00:27,078
马奎特和朱莉特，以及他们是
如何通过五大湖，密西西比河

9
00:00:27,102 --> 00:00:30,171
及其支流，发现了美国中西部，

10
00:00:30,195 --> 00:00:33,395
并将到墨西哥湾的贸易路线画成了地图。

11
00:00:34,466 --> 00:00:35,910
在读研究生时，

12
00:00:35,934 --> 00:00:38,395
我很幸运，密西西比河正好

13
00:00:38,419 --> 00:00:40,823
就在我所在的明尼苏达大学

14
00:00:40,847 --> 00:00:42,914
研究实验室窗外。

15
00:00:43,680 --> 00:00:47,080
在那五年期间，
我有机会认识了密西西比河，

16
00:00:47,425 --> 00:00:49,742
我发掘了它无与伦比的特质，

17
00:00:49,766 --> 00:00:52,861
可能某一刻它会将河岸淹没，

18
00:00:52,885 --> 00:00:55,186
不久后，

19
00:00:55,210 --> 00:00:57,410
干燥的河岸线又清晰可见了。

20
00:00:58,218 --> 00:01:00,980
今天，作为一位物理有机化学家，

21
00:01:01,004 --> 00:01:03,035
我致力于利用我所学，

22
00:01:03,059 --> 00:01:06,245
来保护像密西西比河这样的河流，

23
00:01:06,269 --> 00:01:09,399
避免因为人类的活动，
而造成河流盐分升高。

24
00:01:10,374 --> 00:01:11,279
因为

25
00:01:11,279 --> 00:01:15,920
盐分会污染淡水河流。

26
00:01:16,422 --> 00:01:22,264
淡水河流的盐分含量只有 0.05 %，

27
00:01:22,677 --> 00:01:25,700
盐分在这个范围内的水可以安全饮用。

28
00:01:26,296 --> 00:01:30,276
但地球上大部分的水来自我们的海洋，

29
00:01:30,300 --> 00:01:34,322
而海洋的盐含量超过 3%，

30
00:01:34,346 --> 00:01:37,506
如果饮用海水，你很快就会生病。

31
00:01:38,427 --> 00:01:43,061
所以若要将地球上所有的海水

32
00:01:43,085 --> 00:01:46,363
和河流水量相比较，

33
00:01:46,387 --> 00:01:49,331
假设我们把海水放进

34
00:01:49,355 --> 00:01:52,133
奥运标准游泳池中，

35
00:01:52,157 --> 00:01:56,523
那么地球上的河流水量
就相当于一加仑。

36
00:01:57,095 --> 00:02:00,007
所以不难想到，
这是弥足珍贵的资源。

37
00:02:00,031 --> 00:02:02,864
可是我们有把它当作
珍贵的资源来对待吗？

38
00:02:02,888 --> 00:02:05,157
或者，我们对待它的方式，
就像对待铺在大门口的

39
00:02:05,181 --> 00:02:08,394
老式地毯，顶多用来擦擦鞋？

40
00:02:09,244 --> 00:02:13,403
把河流当作老地毯会导致严重的后果，

41
00:02:13,427 --> 00:02:14,627
我们来看看。

42
00:02:15,022 --> 00:02:19,022
我们来看看一茶勺的
盐会有什么影响，

43
00:02:19,530 --> 00:02:21,794
如果我们在一个装满
海水的奥运会标准泳池中

44
00:02:21,818 --> 00:02:25,260
加入一勺盐，

45
00:02:25,284 --> 00:02:27,550
海水依然是海水，

46
00:02:28,085 --> 00:02:30,315
但是再加进同样一茶勺的盐

47
00:02:30,339 --> 00:02:33,331
到一加仑干净河水中，

48
00:02:33,355 --> 00:02:36,402
一下子整罐水就因太咸而无法饮用。

49
00:02:37,149 --> 00:02:38,371
重点是因为，

50
00:02:38,395 --> 00:02:44,061
相比海洋，河流的水太稀少了，

51
00:02:44,085 --> 00:02:46,704
它很容易受到人类活动的影响，

52
00:02:46,728 --> 00:02:49,461
而我们需要小心地保护河流。

53
00:02:50,117 --> 00:02:52,482
最近，我通过调查文献，

54
00:02:52,506 --> 00:02:55,585
了解了全世界各地的河流健康问题，

55
00:02:55,609 --> 00:02:58,839
我完全预期会在水源稀少，

56
00:02:58,863 --> 00:03:03,736
以及重度工业发展区看到“生病”的河流。

57
00:03:03,760 --> 00:03:06,627
我的确在中国北部和印度看到了。

58
00:03:07,736 --> 00:03:12,146
但让我意外的是，
在一篇 2018 年最新的文章中，

59
00:03:12,170 --> 00:03:16,734
提到在全美有 232 个河流抽样站点，

60
00:03:16,758 --> 00:03:19,321
对美国各地河流抽样，

61
00:03:19,345 --> 00:03:21,000
这些站点显示，

62
00:03:21,024 --> 00:03:24,515
在 37% 的地方发现盐度超标。

63
00:03:25,204 --> 00:03:26,926
更让人惊讶的是，

64
00:03:26,950 --> 00:03:29,783
盐度增加最多的站点

65
00:03:29,807 --> 00:03:32,712
在美国东部，

66
00:03:32,736 --> 00:03:34,767
而不是干旱的西南部。

67
00:03:35,480 --> 00:03:38,101
这篇文章的作者推测，

68
00:03:38,125 --> 00:03:42,854
原因可能是因为当地使用
盐来应对道路结冰问题，

69
00:03:43,751 --> 00:03:46,349
另一个可能来源是

70
00:03:46,373 --> 00:03:49,506
含盐的工业废水。

71
00:03:50,084 --> 00:03:55,382
如你所见，人类的活动
可能让干净的河流变成

72
00:03:55,406 --> 00:03:57,906
更像是海水的水。

73
00:03:57,930 --> 00:04:01,413
所以我们必须尽快行动起来。

74
00:04:02,231 --> 00:04:04,056
我有一项提议。

75
00:04:04,942 --> 00:04:09,251
我们可以采取一个
三步计划预防河流污染，

76
00:04:09,275 --> 00:04:14,335
如果工业水的排放者
能采取这个预防步骤，

77
00:04:14,359 --> 00:04:18,533
我们就可以让河流更安全。

78
00:04:18,899 --> 00:04:21,310
此内容包括，第一，

79
00:04:21,334 --> 00:04:23,823
导入水回收和再利用的方法，

80
00:04:23,847 --> 00:04:27,810
从而减少河流取水。

81
00:04:28,403 --> 00:04:29,561
第二，

82
00:04:29,585 --> 00:04:33,593
我们必须将盐分
从工业水中提取出来，

83
00:04:33,617 --> 00:04:37,132
再利用到其他地方。

84
00:04:37,695 --> 00:04:41,760
第三，我们要将目前

85
00:04:41,784 --> 00:04:44,839
使用岩盐的消费者转变成

86
00:04:44,863 --> 00:04:49,447
使用回收盐的消费者。

87
00:04:49,942 --> 00:04:53,418
这三个步骤的处理方法已在实施，

88
00:04:53,442 --> 00:04:56,381
中国北部和印度正在

89
00:04:56,405 --> 00:04:58,568
采用这一机制来补救河流。

90
00:04:59,123 --> 00:05:00,647
但我提出的意见是，

91
00:05:00,671 --> 00:05:04,877
要用这个预防机制
来保护我们的河流，

92
00:05:04,901 --> 00:05:07,435
这样就不需要事后再补救。

93
00:05:08,159 --> 00:05:11,595
好消息是，我们可以使用薄膜技术

94
00:05:11,619 --> 00:05:13,000
来实现。

95
00:05:13,532 --> 00:05:16,762
这种薄膜可以把盐和水分离开。

96
00:05:17,593 --> 00:05:20,728
薄膜在很多年前就已存在，

97
00:05:20,752 --> 00:05:25,714
采用的是聚合材料，
依据体积来进行物质分离，

98
00:05:25,738 --> 00:05:28,029
也可以依据电荷来做分离。

99
00:05:28,371 --> 00:05:31,895
用来将盐和水分离的薄膜，

100
00:05:31,919 --> 00:05:34,942
通常是根据电荷来做分离。

101
00:05:34,966 --> 00:05:37,569
这些薄膜本身带有负电荷，

102
00:05:37,593 --> 00:05:40,434
能协助排斥溶解盐中

103
00:05:40,458 --> 00:05:42,525
带负电荷的氯离子。

104
00:05:43,974 --> 00:05:48,426
我刚才提到，这些薄膜
在很多年前就有了，

105
00:05:48,450 --> 00:05:55,433
目前，它们每分钟能
净化两千五百万加仑的水。

106
00:05:55,457 --> 00:05:57,372
甚至更多。

107
00:05:57,770 --> 00:05:59,170
但是它们能做的远不只这些。

108
00:06:00,254 --> 00:06:04,952
这些薄膜是以渗透原理为基础的。

109
00:06:05,421 --> 00:06:10,426
渗透是我们身体中
会发生的自然过程——

110
00:06:10,450 --> 00:06:12,268
和细胞的工作原理有关。

111
00:06:12,292 --> 00:06:15,714
渗透作用就是有两个不同的空间，

112
00:06:15,738 --> 00:06:19,316
将两种不同浓度的盐溶液分开，

113
00:06:19,340 --> 00:06:21,410
一份是低盐度，

114
00:06:21,434 --> 00:06:23,504
另一份是高盐度。

115
00:06:23,528 --> 00:06:27,562
将两个空间隔开的是
一张半渗透性的薄膜。

116
00:06:27,871 --> 00:06:30,307
在自然渗透的过程中，

117
00:06:30,331 --> 00:06:34,341
水会很自然的通过薄膜，

118
00:06:34,365 --> 00:06:36,286
从低盐份浓度的地方

119
00:06:36,310 --> 00:06:38,778
流动到高盐度浓度的地方，

120
00:06:38,802 --> 00:06:41,309
直到两边的浓度达到平衡。

121
00:06:42,437 --> 00:06:46,112
逆渗透作用则是逆转这个过程。

122
00:06:46,136 --> 00:06:48,260
为了实现逆转，

123
00:06:48,284 --> 00:06:53,138
我们就要施加压力
给高浓度的那一端，

124
00:06:53,162 --> 00:06:56,741
这么做就能让水往反方向流动。

125
00:06:57,130 --> 00:07:00,559
高浓度的那一端含盐量会增加，

126
00:07:00,583 --> 00:07:01,963
浓度更高，

127
00:07:01,987 --> 00:07:05,983
而低浓度那一端
则会变成净化过的水。

128
00:07:06,436 --> 00:07:11,253
利用逆渗透方法，
我们可以把 95%

129
00:07:11,277 --> 00:07:15,879
的工业用水转化为干净的水，

130
00:07:15,903 --> 00:07:20,116
只留下 5% 高浓度的盐混合物。

131
00:07:21,022 --> 00:07:24,339
而这 5% 高盐浓度的混合物

132
00:07:24,363 --> 00:07:25,513
并非废物。

133
00:07:25,879 --> 00:07:28,581
科学家也研发出了改造过的薄膜，

134
00:07:28,605 --> 00:07:32,948
让某些盐可以通过，

135
00:07:32,972 --> 00:07:34,122
而其他的不行。

136
00:07:34,939 --> 00:07:36,273
使用这些薄膜，

137
00:07:36,297 --> 00:07:39,395
也就是我们熟知的纳米过滤膜，

138
00:07:39,419 --> 00:07:42,752
这 5% 的高浓度溶液，

139
00:07:42,776 --> 00:07:46,267
就能被转化成纯盐溶液，

140
00:07:46,863 --> 00:07:51,934
所以，总的来说，
有了逆渗透技术和纳米薄膜，

141
00:07:51,958 --> 00:07:54,434
我们就能把工业废水

142
00:07:54,458 --> 00:07:58,228
转化成水和盐，

143
00:07:58,633 --> 00:08:00,247
这样一来，

144
00:08:00,271 --> 00:08:04,668
就能实现河流保护机制
的第一和第二步。

145
00:08:05,557 --> 00:08:10,160
我曾向一些工业水
使用者介绍了这个机制，

146
00:08:10,184 --> 00:08:12,871
通常得到的反馈是，

147
00:08:12,895 --> 00:08:15,561
“不错啊，但是谁会要我的盐呢？”

148
00:08:16,014 --> 00:08:19,014
这就是为什么第三步很关键，

149
00:08:19,038 --> 00:08:22,818
我们必须要将使用岩盐的消费者，

150
00:08:22,842 --> 00:08:25,548
转化为使用回收盐的消费者，

151
00:08:26,080 --> 00:08:28,707
那么这些消费者是谁呢？

152
00:08:29,056 --> 00:08:31,326
2018 年，

153
00:08:31,350 --> 00:08:36,249
我发现美国消费盐的人当中 43%

154
00:08:36,273 --> 00:08:39,519
都是把盐用在防止道路结冰上。

155
00:08:40,289 --> 00:08:43,553
39% 是化学工业在使用。

156
00:08:43,577 --> 00:08:46,410
我们来看看这两种应用。

157
00:08:46,927 --> 00:08:49,934
我很震惊，

158
00:08:49,958 --> 00:08:53,117
在 2018 年到 2019 年冬季，

159
00:08:53,141 --> 00:08:56,094
一百万吨的盐被用在

160
00:08:56,118 --> 00:09:00,161
宾夕法尼亚州的道路上。

161
00:09:01,315 --> 00:09:03,114
一百万吨的盐足以

162
00:09:03,138 --> 00:09:06,338
装满三分之二的帝国大厦。

163
00:09:07,030 --> 00:09:10,802
也就是说从地球上
开采出了一百万吨的盐，

164
00:09:10,826 --> 00:09:12,524
用于我们的道路，

165
00:09:12,548 --> 00:09:16,490
接着这些盐就
被冲刷进了我们的河流。

166
00:09:17,625 --> 00:09:21,022
所以我的提议是，至少我们可以

167
00:09:21,046 --> 00:09:24,666
从含盐的工业废水中提取那些盐，

168
00:09:24,690 --> 00:09:27,102
避免这些盐进入我们的河流，

169
00:09:27,126 --> 00:09:30,180
把它们使用在我们的道路上。

170
00:09:30,204 --> 00:09:32,954
这样至少在春季融冰之时，

171
00:09:32,978 --> 00:09:35,728
出现高盐度的径流时，

172
00:09:35,752 --> 00:09:38,006
我们的河流状况会更好，

173
00:09:38,030 --> 00:09:40,577
可以有强的抵抗能力。

174
00:09:42,053 --> 00:09:43,434
身为一名化学家，

175
00:09:43,458 --> 00:09:47,568
更让我激动的机会是

176
00:09:47,592 --> 00:09:52,274
把循环盐导入化学工业这个概念。

177
00:09:53,052 --> 00:09:57,449
氯碱工业是个理想的对象，

178
00:09:58,028 --> 00:10:01,498
它是环氧树脂的来源，

179
00:10:01,522 --> 00:10:04,376
也是聚氨酯和各种溶剂，

180
00:10:04,400 --> 00:10:08,040
以及我们日常生活中
许多实用产品的来源。

181
00:10:08,593 --> 00:10:12,928
该产业使用氯化钠盐
作为主要的原材料。

182
00:10:13,934 --> 00:10:16,236
所以我的想法是——

183
00:10:16,260 --> 00:10:18,649
首先，我们先来谈谈线性经济。

184
00:10:18,673 --> 00:10:22,006
在线性经济中，
人们从一个矿里找盐，

185
00:10:22,030 --> 00:10:24,085
它会经历这个氯碱过程，

186
00:10:24,109 --> 00:10:26,069
被制成基本的化学物质，

187
00:10:26,093 --> 00:10:28,831
接着又被转换成其他新的产品，

188
00:10:28,855 --> 00:10:30,788
或者更有功能性的产品，

189
00:10:31,300 --> 00:10:33,982
但在转换过程中，

190
00:10:34,006 --> 00:10:37,815
通常都会重新
生成盐，算是副产品，

191
00:10:37,839 --> 00:10:40,237
这些盐也会进入工业废水。

192
00:10:41,402 --> 00:10:46,497
所以，我们可以导入循环，

193
00:10:46,521 --> 00:10:51,371
从工厂回收工业废水中

194
00:10:51,395 --> 00:10:52,815
的水和盐，

195
00:10:52,839 --> 00:10:56,910
再把它送到氯碱处理的前端。

196
00:10:58,388 --> 00:10:59,594
这就是循环盐。

197
00:10:59,936 --> 00:11:02,078
那么这会有多大的影响呢？

198
00:11:02,420 --> 00:11:04,849
让我举个例子。

199
00:11:04,873 --> 00:11:08,359
全世界的环氧丙烷有 50%

200
00:11:08,383 --> 00:11:10,835
是通过氯碱过程制作出来的，

201
00:11:11,379 --> 00:11:16,616
也就是全球每年总共生产

202
00:11:16,640 --> 00:11:18,849
约五百万吨的环氧丙烷。

203
00:11:19,768 --> 00:11:23,926
那么，从地球开采的五百万吨盐，

204
00:11:23,950 --> 00:11:27,839
通过氯碱过程转换成环氧丙烷，

205
00:11:27,863 --> 00:11:29,553
在这个过程中，

206
00:11:29,577 --> 00:11:33,801
五百万吨的盐最后会进入废水中。

207
00:11:34,547 --> 00:11:36,031
五百万吨的盐

208
00:11:36,055 --> 00:11:39,452
足以填满三个帝国大厦，

209
00:11:39,794 --> 00:11:41,794
那还只是一年的量。

210
00:11:42,157 --> 00:11:47,696
这样大家就可以了解到
为什么循环盐

211
00:11:47,720 --> 00:11:51,637
可以帮助我们的河流
抵御过多的盐排放。

212
00:11:52,446 --> 00:11:54,035
各位可能会纳闷，

213
00:11:54,059 --> 00:11:58,049
“哦，天呐，很多年
以前就有这些薄膜了，

214
00:11:58,073 --> 00:12:02,178
为什么大家都不去做
废水循环利用呢？

215
00:12:02,741 --> 00:12:04,772
根本原因就是，

216
00:12:04,796 --> 00:12:07,709
做废水再利用需要资金。

217
00:12:08,114 --> 00:12:09,700
其次，

218
00:12:09,724 --> 00:12:12,886
在这些区域水的价值被低估了，

219
00:12:13,323 --> 00:12:15,244
没有及时进行循环再利用。

220
00:12:15,244 --> 00:12:19,783
如果我们不规划淡水的可持续性，

221
00:12:19,807 --> 00:12:22,164
就将要面临严重的后果。

222
00:12:22,188 --> 00:12:25,340
可以问问世界上最大的化学品制造商，

223
00:12:25,364 --> 00:12:29,027
去年，他们因为德国莱茵河水位过低，

224
00:12:29,051 --> 00:12:33,040
遭受了 2 亿 8 千万美金的损失，

225
00:12:33,995 --> 00:12:37,855
也可以问问南非开普敦的人民，

226
00:12:37,879 --> 00:12:42,077
他们遇到了一年比一年严重的干旱，
让所有储存的水被耗尽，

227
00:12:42,101 --> 00:12:45,368
甚至被限制冲马桶，以节省水源。

228
00:12:46,292 --> 00:12:48,077
所以我们可以看到，

229
00:12:48,101 --> 00:12:50,315
现在我们有解决办法，那就是薄膜，

230
00:12:50,339 --> 00:12:54,766
用这个方法可以得到纯净水，

231
00:12:54,790 --> 00:12:57,004
得到纯盐，

232
00:12:57,028 --> 00:12:59,172
一石二鸟。

233
00:12:59,196 --> 00:13:02,433
为未来的世代，保护我们的河流吧。

234
00:13:02,734 --> 00:13:03,893
谢谢。

235
00:13:03,917 --> 00:13:06,611
（掌声）