世界上有十多個(gè)國(guó)家的一百多個(gè)科研機(jī)構(gòu)在進(jìn)行著海水淡化的研究，有數(shù)百種不同結(jié)構(gòu)和不同容量的海水淡化設(shè)施在工作。一座現(xiàn)代化的大型海水淡化廠，每天可以生產(chǎn)幾千、幾萬(wàn)甚至近百萬(wàn)噸淡水。以下就全球海水淡化前沿技術(shù)做一簡(jiǎn)單匯總。
水資源缺乏帶動(dòng)了全球海水淡化市場(chǎng)的快速發(fā)展，海水淡化技術(shù)不斷更新，將海水資源充分利用，下面看看全球有哪些海水淡化前沿技術(shù)？
美國(guó)研發(fā)出可大幅提高海淡效率的二硫化鉬薄膜
美國(guó)伊利諾伊州立大學(xué)研究人員2015年在《自然通訊》雜志上發(fā)表論文稱，他們發(fā)現(xiàn)二硫化鉬高能材料可更高效地去除海水中的鹽分，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬各種薄膜的海水淡化效率并進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，二硫化鉬薄膜的效率最高，比石墨烯膜還要高出70%。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，這種材料只有一個(gè)納米厚，布滿了納米孔，能夠滲漏大量的海水，留下鹽分和其他成分，達(dá)到淡化海水的目的。獨(dú)特的原子組成結(jié)構(gòu)讓二硫化鉬膜的透水性大大提升，其單層膜的厚度能極大地減少推壓水的能量，進(jìn)而大幅降低運(yùn)營(yíng)成本。研究人員目前正在測(cè)試這種材料在海水凈化方面的其他性能，比如對(duì)于塑料膜而言常發(fā)生的污垢堵塞孔洞等問(wèn)題。二硫化鉬雖然是一種新材料，但研究人員相信，制造工藝改造后，其高性能帶來(lái)的應(yīng)用會(huì)很廣泛。
該研究論文第一作者、伊利諾伊州立大學(xué)貝克曼先進(jìn)科技研究院的機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)教授那拉亞娜˙阿魯魯說(shuō)：“這項(xiàng)研究為下一代材料的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。”
美國(guó)富翁研發(fā)創(chuàng)新海水淡化解決方案
因?yàn)閯?chuàng)造5-HourEnergy品牌能量飲料而大獲成功，目前身價(jià)被評(píng)估高達(dá)40億美元的ManojBhargava從加州旱災(zāi)中看到了商機(jī)。已年滿60歲ManojBhargava認(rèn)為，水將是世界上下一個(gè)熱門(mén)的商品。在過(guò)去幾年里，這位低調(diào)的CEO開(kāi)始了新的冒險(xiǎn)，他悄悄地把他此前掙得的大部分財(cái)富通過(guò)他自己設(shè)立的投資基金投入了他人生中第二次重要的創(chuàng)新解決方案。ManojBhargava的海水淡化解決方案名為RainMaker，事實(shí)上就是安裝于平板卡車上的海水淡化裝置，可以依靠傳統(tǒng)電力把海水蒸餾變成淡水。據(jù)了解，一個(gè)單獨(dú)的RainMaker裝置可以放置在一個(gè)城鎮(zhèn)污水廠中。但在危機(jī)時(shí)，可以將數(shù)百臺(tái)RainMaker裝置堆疊在一個(gè)大型海洋貨船中用于淡化海水。在沿海建設(shè)大型海水淡化設(shè)施通常需要花費(fèi)數(shù)十億美元，同時(shí)還需要消耗大量的能量。利用這種可以規(guī)模化生產(chǎn)的RainMaker，可以拯救處于災(zāi)難邊緣的加州嗎？一些專家認(rèn)為，發(fā)展RainMaker很有前途。由美國(guó)內(nèi)政部管理，位于新墨西哥州的美國(guó)海水淡化研究機(jī)構(gòu)的管理者也對(duì)RainMaker表示了認(rèn)可。據(jù)了解，RainMaker裝置計(jì)劃于2016年第一季度正式投入商業(yè)化生產(chǎn)。
GE開(kāi)發(fā)迷你3D打印渦輪機(jī)降低海水淡化成本
2015年，由GE全球研發(fā)中心和美國(guó)能源部組成的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一種手持式3D打印設(shè)備，有可能使海水淡化變得更為方便。更值得一提的是，他們用的是蒸汽汽輪機(jī)的原理。這一概念來(lái)自GE科學(xué)家DougHofer和VitaliLissianski的創(chuàng)意。在傳統(tǒng)的蒸汽渦輪機(jī)中，蒸汽凝結(jié)就會(huì)變成水。盡管這種系統(tǒng)通常用于發(fā)電，但Hofer解釋說(shuō)，他們還可以運(yùn)行這個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)去凍結(jié)海水或鹽水，而不是把它變成蒸汽。通過(guò)凍結(jié)混合物，鹽會(huì)以固體的形式自然分離，只留下冰，而冰融化之后就成了干凈的水。
GE全球研發(fā)中心能源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的一位項(xiàng)目負(fù)責(zé)人VitaliLissianski說(shuō)：“通過(guò)凍結(jié)海水來(lái)淡化并不是什么新鮮事，但我們正在做的方式卻非常不同。我們利用自己在葉輪機(jī)械方面的豐富知識(shí)開(kāi)發(fā)了一種十分經(jīng)濟(jì)的解決方案。”“你也可以說(shuō)是我們的渦輪‘增壓’出了一個(gè)經(jīng)濟(jì)的海水淡化系統(tǒng)。”Lissianski開(kāi)玩笑地說(shuō)。Hofer解釋說(shuō)，通過(guò)擴(kuò)大渦輪機(jī)的冷氣來(lái)冷卻咸水或海水滴，會(huì)大大降低海水淡化所需要的能源。“冷卻的氣體與海水之間的熱傳遞比傳統(tǒng)的熱法海水淡化系統(tǒng)更有效率得多。”如果這個(gè)手持的3D打印工具能夠試制成功，它能夠?qū)⒑Ｋ某杀鞠鳒p高達(dá)20%。反過(guò)來(lái)也將吸引更多的資金被投向海水淡化設(shè)備。為加速開(kāi)發(fā)過(guò)程，研究團(tuán)隊(duì)使用由GE全球研究中心增材制造實(shí)驗(yàn)室和GE航空在辛辛那提的增材制造中心開(kāi)發(fā)的技術(shù)3D打印出小型化的部件。可能在不久的將來(lái)，我們到海灘上玩耍時(shí)只需帶上這種手持式的工具就行了，無(wú)需再攜帶瓶裝水。
加州大學(xué)研發(fā)出新型外置復(fù)合式拋物面聚光海水淡化系統(tǒng)
2015年，美國(guó)加州大學(xué)默塞德分校太陽(yáng)能技術(shù)研究所的研發(fā)人員開(kāi)發(fā)出了一種名為XCPC的外置復(fù)合型拋物面形聚光器，該系統(tǒng)有可能為被持續(xù)干旱所困擾的加州帶來(lái)一種新型的太陽(yáng)能海水淡化解決方案，并緩解當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)灌溉水短缺問(wèn)題。加州大學(xué)太陽(yáng)能技術(shù)研發(fā)中心主任RolandWinston表示：“常規(guī)的膜法海水淡化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有用的淡水和大量需要處理的咸水，而XCPC系統(tǒng)可以使水的蒸發(fā)過(guò)程更加高效，而且成本很低。”
談到該系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，RolandWinston表示：“我們的外置復(fù)合拋物面形聚光器可以通過(guò)收集陽(yáng)光產(chǎn)生高溫，而且可達(dá)到的溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生產(chǎn)水蒸汽所需要的溫度。同時(shí)很關(guān)鍵的一點(diǎn)是我們的集熱器不需要使用跟蹤系統(tǒng)，沒(méi)有任何需要活動(dòng)的組件。事實(shí)上，其它大部分可以獲得如此高溫的太陽(yáng)能技術(shù)都需要使用跟蹤系統(tǒng)，而且成本較高。”RolandWinston進(jìn)一步解釋道，一般使用跟蹤系統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱器對(duì)于直射陽(yáng)光要求很高，而且往往需要在晴朗的天氣條件下才能運(yùn)行。而他們的XCPC集熱器則完全不同，在朦朧和多云的天氣條件下依然可以正常運(yùn)行。
埃及研發(fā)出新型低成本海水淡化膜
2015年9月底，埃及亞歷山大大學(xué)的研究人員公布了一種新型低成本的海水淡化膜技術(shù)，膜材料價(jià)格低廉，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)低能耗。該技術(shù)采用了滲透蒸發(fā)（又稱滲透汽化，是有相變的膜滲透過(guò)程）的技術(shù)原理，研究人員開(kāi)發(fā)出醋酸纖維素膜與其它組件相結(jié)合，并使用外部熱源將膜透過(guò)組分汽化，從而達(dá)到過(guò)濾粒子和鹽分的目的。這支由亞歷山大大學(xué)農(nóng)業(yè)和生物系統(tǒng)工程副教授AhmedEl-Shafei所帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示，經(jīng)過(guò)測(cè)試，他們研發(fā)的上述膜系統(tǒng)可以使超高鹽度的模擬海水以非常高的流量通過(guò)，同時(shí)脫鹽率可以達(dá)到99.7%左右。
論文顯示，在對(duì)人工仿造海水進(jìn)行脫鹽淡化的過(guò)程中，研究人員采用了直接透過(guò)、載氣吹掃法型滲透蒸發(fā)技術(shù)路線。研究人員解釋說(shuō)，該膜產(chǎn)品采用普通的相變技術(shù)，將多組分溶液利用溶液澆鑄法鑄造而成。澆鑄之后，會(huì)對(duì)膜進(jìn)行進(jìn)一步處理使其具有親水性和其它屬性。
印度科學(xué)家研發(fā)出新型太陽(yáng)能混合海水淡化系統(tǒng)
2015年，印度科學(xué)理工學(xué)院的研究人員研發(fā)出了一種太陽(yáng)能混合海水淡化系統(tǒng)，主要可以用于處理生理鹽水和微咸水。
根據(jù)研究人員發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，在南印度上午9點(diǎn)到下午3點(diǎn)之間、溫度為27℃的條件下，利用該混合系統(tǒng)每平方米可以凈化大約6.5升的鹽水。該混合系統(tǒng)采用了階梯狀的太陽(yáng)能蒸發(fā)器，由一個(gè)連一個(gè)的半圓形的管道焊接而成，形成一個(gè)呈一定傾斜角度的水槽來(lái)充當(dāng)水流通的渠道，同時(shí)系統(tǒng)四周安裝的真空夾套可以減少熱能的損失。據(jù)了解，該裝置可容納3-4升待處理的水。該系統(tǒng)利用光伏電池作為能源將水泵進(jìn)或者泵出整個(gè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)就在離網(wǎng)地區(qū)也可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。目前，上述技術(shù)的具體工作原理及流程已經(jīng)被國(guó)際期刊《InternationalJournalofLowcarbenTechnologies》收錄。
印度女科學(xué)家發(fā)明新型電吸附海水淡化技術(shù)
2015年，印度一位名為DevlinaDas的女科學(xué)家研發(fā)出了一種獨(dú)特的、名為“SALINO”的五步法海水淡化技術(shù)，這名CSIR（印度科學(xué)與工業(yè)研究理事會(huì)）的高級(jí)研究員憑借該技術(shù)在瑞典斯德哥爾摩由勵(lì)訊集團(tuán)（RELXGroup）主辦的2015環(huán)境挑戰(zhàn)活動(dòng)中獲得了國(guó)際大獎(jiǎng)。DevlinaDas表示，該發(fā)明的靈感來(lái)自于當(dāng)前的水資源利用現(xiàn)狀。“SALINO”海水淡化技術(shù)的全過(guò)程由太陽(yáng)能和電吸附來(lái)提供能量。在消耗水量方面，目前正在流行的反滲透技術(shù)比SALINO技術(shù)的消耗水量要高30-40%，所以SALINO技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更低的成本和更高的效率。當(dāng)談到其發(fā)明的獨(dú)特性時(shí)，DevlinaDas表示，目前全球海水淡化項(xiàng)目普遍采用反滲透膜技術(shù)，而這種技術(shù)不但浪費(fèi)水，同時(shí)還浪費(fèi)了大量能源。她說(shuō)：“SALINO是一種更加節(jié)能的新方法，同時(shí)也不需要建設(shè)任何大型的建筑。DevlinaDas指出，SALINO技術(shù)把社區(qū)定為服務(wù)目標(biāo)，可以為其提供凈化的飲用水。在未來(lái)3年，DevlinaDas計(jì)劃用獲得的25000美元獎(jiǎng)金建設(shè)一個(gè)海水淡化示范項(xiàng)目并希望該發(fā)明可以使更多水資源緊缺的地區(qū)獲益。
上海應(yīng)物所取得碳納米管海水淡化技術(shù)新突破
目前，利用碳納米管復(fù)合膜進(jìn)行海水淡化的技術(shù)有了新的突破。從理論上看來(lái)，碳納米管似乎非常適合應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域。因?yàn)橥ㄟ^(guò)此前科學(xué)家們的分子模擬顯示，離子在較窄的碳納米管中遇到較大的能壘而不能通過(guò)，而水則沒(méi)有遇到這樣的能壘可順利通過(guò)，所以科學(xué)家們一直期待可以通過(guò)使用較窄的碳納米管制備得到的復(fù)合膜來(lái)大大地降低海水淡化成本，從而為人們提供更多的淡水。但事實(shí)上，該技術(shù)的除鹽能力一直沒(méi)有得到充分的驗(yàn)證。
中國(guó)上海應(yīng)用物理研究所方海平博士等研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了為什么碳納米管除鹽能力始終沒(méi)有達(dá)到理論水平的秘密，并提出了相應(yīng)的解決辦法。方海平和他參與研究的同事認(rèn)為，該技術(shù)存在的主要問(wèn)題在于如果碳納米管足夠窄，則水中的鹽分被阻擋不能通過(guò)，而這些管道也可能被水中的離子阻塞而導(dǎo)致水也無(wú)法通過(guò)。他們認(rèn)為，此前對(duì)于碳納米管用于海水淡化的模擬對(duì)于離子和碳納米管之間的相互作用力描述的并不充分。
通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)改造的碳納米管的水通過(guò)率可以達(dá)到40%左右。另一種思路是，通過(guò)向碳納米管施加一個(gè)強(qiáng)大的電場(chǎng)可以把離子移位。但方海平和其同事們更喜歡第一種思路，即防止碳納米管被阻塞。方海平解釋說(shuō)：“這種方法不需要消耗能源，同時(shí)也不需要配置大型的設(shè)備來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)大的電場(chǎng)，可以使海水淡化過(guò)程更加方便。”
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