新技术是如何刺激增长的回收水吗
一艘渡轮犁沿着旧金山湾,拖着尾巴搅动盐、沙子和污泥和进一步污染已经打算的浑浊液体,约翰Webley变成饮用水。但Webley, CEO的海湾地区启动开发一种新的,energy-skimping海水淡化系统,不是摄动。
“看看这个摄入量的颜色,”他说,指着管喂养棕色液体进入设备家用炉的大小。通过这一过程被称为正向渗透,一个新颖的解决方案公司开发拉水分子跨膜,留下盐和杂质。当低温加热,分离出石油等生物工程解决方案,让干净的水被抽走。
这种方法使用不到四分之一的电力所需标准海水淡化,方便运行在可再生能源的技术,Webley说。他的公司特列维系统,最近赢得了国际低能海水淡化竞争和建立一个飞行员太阳能发电厂海水淡化在阿拉伯联合酋长国。
与世界用水需求不断上升和极端干旱的现在的加州将变得更加频繁和广泛随着气候变暖,淡水来自海洋和其他盐来源将会越来越重要。
“最终,我们必须开发新水源,”David Sedlak说一个大学伯克利分校土木与环境工程教授和作家“水4.0:过去、现在和未来的世界上最重要的资源。”海水淡化、废水回收和捕获和储存雨水,将“三大支柱”,他说,以取代“水源将会变得不那么可靠和可用的未来。”
然而,海水淡化是昂贵的,能源密集型和能破坏海洋生态系统。此外,当海水脱盐水占60%的今天,Sedlak和其他人说更实际和可持续淡化淡盐水和使用技术回收废水。所以世界各地的公司都致力于新技术降低海水淡化成本,减少对环境的影响和扩大其应用。
除了把盐从海水,许愿的经济也可以净化等技术,含盐地下水工业废水和其他形式的液体废物。包括淡化下水道水补给地下水蓄水层,它将很快开始做大城市水在南加州地区。
“这是特别有趣的,我们可以在真正运行,真正的脏水,“Webley说。“你真的应该从整个事情是开始,让我们挤出一切我们可以重用,然后开始谈论其他的选择。”
超过17000座海水淡化厂在全球150个国家,一个能力,将在2020年增加近一倍,根据2014年联合国世界水资源发展报告》。海水淡化生产210亿加仑的水,每天根据国际海水淡化协会,提供了一个至关重要的水源在干旱的地方,如中东和澳大利亚。主要的新海水淡化设施工作中国,智利和其他地方。
然而,目前的标准技术,反渗透,高压泵迫使水通过半透膜排除盐分和杂质,使用大量的能源和对环境的影响巨大。这些影响包括水生生态系统遭到破坏,如吸吮鱼卵的摄入水;使用严厉的化学品清洁膜和释放大量的高盐液体盐水回水中。成本各不相同,但从反渗透海水淡化工厂的最低价格是大约750美元一英亩(325851加仑)-地下水的平均成本的两倍多。
工程师和企业家在全球范围内正试图制定绿色海水淡化。有些发明新替代传统反渗透。其中包括:以色列、脱盐水的依赖使其世界领袖在这个过程中,推出了最先进的技术,包括小说“semi-batch”反渗透过程由Desalitech减少能源和盐水,和一种不含化学物产生的植物在一个盒子里IDE技术;,新加坡和德国Memsys正在hybrid-thermal膜技术节能足以在太阳能上运行。
在美国,water-strapped California leads in both innovations and needs. The largest seawater desalination plant in the Western Hemisphere, a $1 billion state-of-the-art reverse osmosis facility being built near San Diego, is set to begin producing 54 million gallons a day — supplying water to 300,000 residents — in early 2016. At least 15 other desalination plants on the West Coast are in some stage of planning, and some small ones are already operating.
但居民的费用和环境影响的担忧就像化学使用和盐水处理问题放缓甚至停止了最近的一些项目。
“海水淡化是一个真正在加州的一个热点问题——很多人反对,“亚伦Mandell说道的创始人及董事长水外汇。
Mandell希望平息这些担忧与他公司的新流程使用大型抛物面镜收集和集中太阳的能量。在这个太阳能仍然纯净的水蒸发,而固体留在后面。被测试的系统是由水地区在加州的农业中央山谷,清洁灌溉径流污染的盐可以从土壤中过滤出来。演示每天生产大约14000加仑的新鲜水,一个受欢迎的当地农民的福音今年收到联邦分配没有水。该公司计划扩大和提高产量明年初每天200万加仑。
Mandell指出他的盐副产品是干燥的,可以挖掘有用的化学物质,而不是绕组与危险盐水的昂贵的抛弃。更重要的是,水地区和农场否则休耕土地,失去收入微咸废水的处理现在被重新投入新的作物用水。
“我们看到的机会是花费很多的钱是浪费产品并将其转化为有价值的东西,”他说。“本质上,我们双方解决水的问题…处理和重用。
“我们面临的最大挑战之一是,我们在处理大量的农业企业,仍然祈求下雨。很多农民确实依赖于这些季节性的水循环。所以让人们对气候变化的思考而不是季节性干旱绝对是一个挑战。”
劳伦斯利弗莫尔国家实验室和斯坦福大学的研究人员正在研究一种新的淡化方法使用多孔碳气凝胶电极。这个系统,他们的电话主要材料电极电容式海水淡化或FTE-CD删除盐电。虽然尚处于初级阶段,但它的开发者说这项技术需要很少的设备或能量,并且系统可以缩放以适合任何需要:从便携式个人对城市水处理设备。
“加州等地,有大量的含盐地下水,FTE-CD可以提供饮用水可能比海水淡化可以实现成本低得多,”Michael Stadermann说协作开发劳伦斯利弗莫尔的物理化学家。“淡化苦咸水,我们预测,这种方法可能是五倍的能源效率比反渗透。”
最热门的新技术之一在英国实验室在板凳上,Saudi Arabia and South Korea and elsewhere is one-atom thick, perforated graphene membranes that can cut reverse osmosis desalination to a fraction of its current cost. Developed at the Massachusetts Institute of Technology, the membrane’s pores can be tuned to optimize permeability. The hang-up for now is how to mass-produce the material.
城市水需求,即使是那些致力于替代方法说反渗透(RO)可能在可预见的未来仍将是首选。
“你可以谈论一些其他的技术,我在其中的一些工作,“梅纳以利米勒说,耶鲁大学环境与化学工程教授,耶鲁大学的环境工程项目主任,“但如果你需要产生水的饮用水供应,我仍然认为罗是黄金标准”。
反渗透已成为近年来更节能,现在接近最大值,以利米勒说。尽管如此,他和其他人正试图通过改善膜进一步上涨。最大的问题之一是污染,生物膜生长膜随着时间的推移,使泵工作难以迫使水通过。以利米勒正在与纳米技术使bacteria-resistant膜。
新方法还回收能源减少泵水通过膜所需的电力。制造商能量回收公司。估计,其活塞式压力交换器被安装在新的圣工作反渗透装置每年将节省115千瓦小时的电力,相当于保持超过45000吨的二氧化碳从空气中。
即便如此,脱盐水产生的新工厂将花费圣地亚哥县水区大约2000美元一英亩-是目前的两倍支付淡水通过从科罗拉多河和圣华金三角洲。然而,这些来源over-tapped越来越不可靠,留下一个县的居民与稀缺水资源觉得他们几乎没有其它选择。
世界总有一天会感到同样的压力,使耐旱供水无价的在一个干燥的未来。但是现在,许多专家说,尽管新兴技术使海水淡化更加可行,经济和环境成本仍然过高。
“有技术最小化,在某些情况下消除一些环境影响,”希瑟·厄尔说,水项目的主任太平洋研究所非盈利研究组织在奥克兰,加利福尼亚州。埋水的摄入,例如,使海洋生物,扩散器可以稀释的盐水到安全水平。至于“其他环境影响:能源使用和产生的温室气体排放,”厄尔说,技术的进步都降低,但问题依然存在,是否还有其他选择?”
