数千年来，人们一直尝试在从水中分离盐，从海水中获取淡水。但人们所能做的事情有限，有时会带来严重后果。当古代美索不达米亚人无法弄清楚如何淡化灌溉水并防止盐分在土壤中积聚时，他们的社会就崩溃了。“这是世界上最古老、最烦人但又最严重的问题，”马里兰大学帕克分校的水文学家苏杰·考沙尔说。
由于一系列原因，淡水盐度不断上升，这一问题现在变得更加紧迫。海平面上升导致盐分进入沿海地下水，而其他地方过度开采地下水导致更深、更咸的水进入蓄水层。人类活动——从除冰到洗衣服和施肥——这些不同种类的盐正在污染地表水。去年 10 月，Kaushal和他的同事报告说，世界各地主要河流的盐度正在急剧上升；一些水体的盐度现在比几十年前高出几倍。他说，淡水盐化是一个巨大的全球问题，而不仅仅是地区问题。
第二个相关问题是有害废盐水的负担越来越重。从石油和天然气开采到生产饮用水的海水淡化厂，各行各业都会产生含盐废水，处理起来成本高昂。“我们需要对盐水采取一些措施，” 康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学的环境工程师梅纳赫姆·埃利梅莱奇说。
这些问题的另一面是盐矿开采业。每年有数亿吨矿物盐从岩石或咸水中开采出来。死海是钾的主要来源；犹他州的大盐湖是镁的主要来源。锂（一种对电池和绿色技术至关重要的金属）矿公司正在世界各地的盐水中寻找原料。
意识到这一领域存在机遇的研究人员希望能够从废盐水中提取盐，将问题转化为利润，同时获取更多的淡水。
为了实现这一切，科学家们正在探索利用电力、新材料和溶剂更有效地从水中分离盐的技术。田纳西州纳什维尔范德堡大学的环境工程师林世宏说，由于需要解决的盐水化学反应种类繁多，目标也各异，因此没有一种“杀手级”技术。林世宏说“这就像一千个不同的问题，”。
超咸
显然，极咸的水对人类、动物或植物都不利。海水中含有约 3.5% 的盐，其中大部分是氯化钠，饮用海水会导致肾脏衰竭并致命。咸水含有约0.1-1% 的盐，通常在饮用前进行脱盐处理。但低盐水对健康的影响尚不明确。林世宏说“没有人知道你是否可以喝 30 年而不会出现任何问题，不会增加任何疾病风险”。
饮用水中盐分的安全含量尚无统一标准。世界卫生组织建议，饮用水中的钠含量应低于每升 200 毫克（0.02%），氯化物含量应低于每升 250 毫克（0.025%），但这些指导方针主要基于口味。一项研究表明，饮用水中钠含量超过 0.03%会导致孟加拉国孕妇先兆子痫和妊娠高血压发病率增加。费城宾夕法尼亚大学社会科学家Allison Lassiter 说，盐水还可能造成间接危害，例如，当重金属与水中的盐交换位置时，它们会让重金属从土壤或管道中渗出。
饮用水中钠含量过高与孟加拉国先兆子痫发病率增加有关。
随着盐度的上升，专家们一致认为，当务之急应该是遏制人类的盐污染活动、节约淡水和重复利用废水。许多研究人员预计，海水淡化作为缓解淡水短缺的一种手段，将越来越有必要。
智利的锂矿将盐水散布到广阔的区域以蒸发水分。研究人员正在寻找替代的、更紧凑的锂盐提取方法。
海水淡化的标准方法是加热海水，使水蒸发，然后凝结蒸汽。这一基本原理目前被世界上许多海水淡化厂采用，尤其是那些分布在中东海湾沿岸的海水淡化厂。但这种方法消耗大量能源。
20 世纪 60 年代出现了一种更节能的技术，利用物理压力迫使水分子通过薄膜的微小孔隙，同时留下溶解的盐离子。这种工艺称为反渗透，是当今海水淡化厂的黄金标准。
问题是，反渗透有一个极限。随着淡水的提取，水源变得越来越咸，使分离过程越来越难以继续。沙特阿拉伯朱拜勒盐水转化公司(SWCC) 的化学家克里斯托弗·费洛斯(Christopher Fellows) 说，这是一个“不可避免的问题”。所有形式的海水淡化都会留下需要处理的废盐水。
开采盐水
有些废盐水直接排入海洋；在加利福尼亚州，一个名为“盐水管线”的管道系统将内陆 100 多公里外产生的废盐水输送到大海。在其他地方，最经济的解决方案是将废盐水注入地下，在远离已利用的地下水的地方。这项技术因其可能引发微地震而受到批评。
另外一种方法是将盐水分散在池塘中，让其在阳光下蒸发，然后收集剩余的盐分——这是一种耗地耗时的策略，而且需要适宜的气候。浓缩盐水的更快、更紧凑的方法是加热盐水并压缩水蒸气以加速蒸发。但纽约市哥伦比亚大学的环境工程师 Ngai Yin Yip 表示，这需要大量的能源，还需要昂贵的合金来承受腐蚀性的热盐水。
安全处理盐水的费用可能非常高昂。例如，拥有咸水地下水的社区有时因为盐水处理成本太高而无法承担海水淡化费用，因此必须从其他地方寻找淡水。加州索尔顿湖海水淡化的研究人员也在努力应对高昂的盐水管理成本——该湖的水质正在变得非常咸，威胁到其中的野生动物。
一些研究人员考虑开采废盐水，而不是将其丢弃。对于新泽西州普林斯顿大学的环境工程师 Jason Ren 来说，海水淡化公司应该从销售盐而不是干净的水中获利。“多年来，我们一直没有抓住重点，”Ren 说。“我们专注于水作为产品；在我看来，水应该是其他资源的副产品。”
Ren和其他研究人员将目光投向了一种特别有价值的矿物：锂。如今，世界上很大一部分锂供应来自干旱的南美洲的天然卤水。卤水分散在广阔的池塘中，在阳光下蒸发数月。随着研究人员发现其他富含锂的卤水（包括石油和天然气工业的废水），他们意识到需要新技术来适应那些土地不足或气候不适合建造蒸发池的地方。
新泽西州普林斯顿大学的研究人员利用色谱原理，沿着垂直线将锂从水和其他盐中分离出来。
其他盐水可以作为非常规的氯化钠来源。具有讽刺意味的是，如今一些公司使用淡水来开采盐：他们用管道将淡水渗入地下盐矿，以溶解氯化钠。然后将这种高纯度的盐水泵送上来，通过管道或运输到氯碱厂——超过一半的化学品生产都依赖于这些化学精炼厂。
即使废盐水中不含有任何特别有价值的盐，研究人员也有其他理由支持开采废盐水的想法：从盐水中去除盐可以释放更多的淡水，而且当废盐水量较小时，处理成本会下降。
新的解决方案
在沙特阿拉伯，国有 SWCC 认识到在生产更多淡水的同时还能带来额外收入的机会，目前正在建设一座示范工厂，从海水淡化废物中获取氯化钠和其他盐类。
Fellows 表示，该工厂计划于今年年底在沙特阿拉伯哈克尔破土动工，采用一种名为纳滤的新兴盐分选技术，这是一系列工艺的一部分。与反渗透一样，纳滤的工作原理是推动水分子穿过膜。但膜的孔径较大，也允许一些盐离子通过：仅带一个电荷的溶解盐离子（如钠、钾和氯）可以穿过屏障，而带两个或多个电荷的离子（如镁和钙）则留在屏障后面。SWCC 面临的关键挑战是生产出纯度足以满足氯碱市场需求的氯化钠。
SWCC 工厂的最后一个阶段是将热盐水煮沸，直到纯氯化钠结晶。Fellows说，这个耗能步骤远非理想。他的团队已经开始探索该阶段的其他策略，包括冷冻脱盐。这种方法的灵感来自海冰由淡水组成，尽管海水是咸的。Fellows 说，这种方法很有吸引力，因为冷冻冰水所需的能量是蒸发沸水所需能量的七分之一。“目前我还不知道哪种策略是制胜的，但对于我们想要进行的不同分离，策略会有所不同，”。
许多研究小组正在研究一种替代方法，即利用电力而不是压力来进行分离。在这种技术中，电流被用来将溶解的盐离子拉过专门的离子交换膜，这种膜只允许离子朝一个方向移动。当离子穿过这些膜时，它们所处的盐水会变得更稀或更淡。研究人员希望该技术能够用于预稀释极咸的盐水，这样就可以使用传统的反渗透来挤出更多的淡水。
在这些基于电力的技术的一个变体中，林的团队试图让穿过离子交换膜的盐离子浓度不断增加，直到它们形成固体晶体。林说，这种在不蒸发水的情况下使盐结晶的尝试对某些盐（如发电厂废水中常见的硫酸钠）很有效，但对废盐水中最丰富的盐氯化钠却无效。林说，钠离子和氯离子与水分子的结合非常紧密，以至于它们也会拖着水穿过膜。
为了避免蒸发和使用膜，哥伦比亚大学的 Yip 团队成员转而研究化学溶剂。一种有希望的候选溶剂是现成的二异丙胺 。该溶剂漂浮在盐水之上，在低温下选择性地将水分子吸入自身，留下大部分盐离子。在较高温度下，二异丙胺会转变为排斥水，并自发排出吸收的水，因此可以回收水并重新使用溶剂。
Yip 表示，他的团队已经使用这种方法从盐水样本中回收淡水，这些盐水的含盐量是海水的十倍——这个浓度对于标准的反渗透来说是一项不可能完成的任务。研究人员表示，除非采取进一步措施去除污染溶剂和盐，否则淡水部分可能无法饮用。但这项技术可以帮助那些寻求从废盐水中回收水的行业。研究人员目前正在参加美国能源部组织的一项有奖竞赛，以建立一个小型试点，利用太阳能进行排水步骤。
任和他的同事采用了一种完全不同的方法，灵感来自树木。树木可以克服重力将水吸到几米高的地方，从叶子中释放出干净的水蒸气，同时将溶解的化合物困在组织中。他的团队的方法模仿树木，使用长纤维串，一端吸收盐水。当盐水向上流动时，利用色谱法的共同原理将盐分分离——不同的化合物以不同的速度通过介质。
任的主要目标是氯化锂，它极易溶解且体积小，因此其离子会迅速向上移动，领先于较大的钠离子。任已成功利用这种方法从智利的天然盐水样品中回收锂，比传统蒸发方法消耗更少的能量和空间。该团队正在设计一个封闭的模块，其中包含一串串这样的管线。研究人员的目标是从石油和天然气作业产生的废盐水中提取锂，同时回收蒸发的水。
然而，大自然中还有更多的灵感：嵌入细胞膜的高选择性通道蛋白。Elimelech说，有一种离子通道每千个钾离子中只允许一个钠离子通过。他的团队目前正在研究模仿这些通道蛋白的膜，尽管目前它们还处于早期开发阶段。
价格壁垒
这些想法能否实现取决于经济效益。费洛斯指出，如果 SWCC 从沙特阿拉伯的海水淡化盐水中开采出所有可用的氯化钠，将足以满足全球三分之一的市场需求。与此同时，咸水淡化产生的废盐水可以提供丰富的矿物石膏，但非常规盐水开采不太可能在经济上与传统的岩石采石相媲美。
Fellows 表示，新市场（例如锌溴电池等盐燃料技术的出现）可能会为某些盐创造新的需求。法规也可能发挥作用，要么提高处理废盐水的成本，要么鼓励在各种应用中使用盐水盐，例如在道路盐中使用盐水石膏。
有一点是明确的：淡水需求在增加。研究人员表示，利用新技术解决目前海水淡化的限制很重要。但这并不能替代仍然必不可少的节约淡水步骤。将盐从水中分离出来总是需要能源、时间或土地空间，因此海水淡化总是要付出代价的。
