盐水能止渴吗?
这看起来很简单:把盐从水里拿出来，这样它就可以喝了。
但它远远比乍看之下更加复杂。这也是在世界上越来越重要，其中淡水资源逐渐被人口增长，发展紧张，干旱，气候变化等等。这就是为什么从美国到澳大利亚的研究人员和公司正在对一个有几个世纪历史的概念进行微调，这个概念可能会成为未来解决全球缺水问题的方法。
“当涉及到增加水的供应，提供了四个选项：增加你的重用，增加存储量，节约，或转向一个新的来源，”汤姆Pankratz，海水淡化顾问和每周贸易出版物的当前编辑说海水淡化报告。“对世界上许多地方来说，唯一的新来源就是海水淡化。”
昂贵的过程
海水淡化技术已经有几个世纪的历史了。在中东，人们长期蒸发含盐的地下水或海水，然后将其凝结成无盐的饮用水，在某些情况下，还用于农业灌溉。
随着时间的推移，这个过程变得更加复杂。大多数现代化的海水淡化设施都使用反渗透，即通过半透膜将水以高压泵出，除去盐和其他矿物质。
在世界范围内，大约有3亿人从150个国家的17000多个海水淡化厂获得淡水。出于需要和能源供应，中东国家主导了这一市场，但随着淡水短缺的威胁在世界各地蔓延，其他国家也迅速加入了这一行列。工业产能正以每年约8%的速度增长国际脱盐协会该行业组织在澳大利亚和新加坡等地“活动频繁”。
此仍然从三月天桥视频节目卡尔斯巴德海水淡化厂，这是超过75％完成。
在美国，一个加州卡尔斯巴德正在建设一座耗资10亿美元的工厂。，提供有关的饮水需求的圣地亚哥地区7％。当它在2015年末网上它将是北美最大的，有50万加仑的每一天的能力。加州目前在作品约16海水淡化厂的建议。
但是，海水淡化是昂贵的。从一个海水淡化厂淡水千加仑的费用平均消费美国$ 2.50至$ 5，Pankratz表示，相对于2 $常规淡水。
这也是一个能耗大户：世界各地的海水淡化厂消耗200多万，每天（PDF）千瓦小时，随着能源成本的植物的总的操作和维护成本的估计的55％。它需要最反渗透植物对能源的3至10千瓦小时从海水淡水产生一立方米。传统的饮用水处理厂通常用每立方米远低于1度电。
它还会造成环境问题，从取代海洋生物到改变它们周围的盐浓度。
对一系列海水淡化技术改进的研究正在进行中，以使这一过程更便宜、更环保——包括减少对化石燃料衍生能源的依赖。化石燃料衍生能源助长了气候变化的恶性循环，而气候变化正是导致淡水短缺的首要原因。
膜升级
大多数专家说，反渗透是有效，因为它会得到。但是，一些研究人员正试图通过提高水用来分隔盐膜挤出更多。
目前用于脱盐膜主要是卷成通过该水芯吸的中空管薄聚酰胺薄膜。节约能源的方法之一是增加了膜，这是直接与他们有多少淡水使相关的直径。公司正在越来越多地从8英寸到移动16英寸直径的膜，其具有有源区域的四倍。
“你可以制造更多的水，同时减少了设备占地面积，”哈罗德Fravel小，执行董事说：美国膜技术协会即前进使用水净化系统的组织。
很多膜的研究集中在纳米材料 - 材料大约比人的头发的直径小10万倍。的技术研究人员麻省理工学院报道在2012年，一个膜制成的单原子厚的片材称为石墨烯可以很好的工作碳原子的且需要较少通过抽水比聚酰胺，它是较厚的大约一千倍的压力。较小的压力意味着较少的能量来操作的系统，因此，降低能源费用。
石墨烯是不仅耐用和难以置信薄，但，不同于聚酰胺，它不是水处理敏感的化合物，如氯。在2013年，洛克希德·马丁公司获得专利的Perforene膜它是一个原子，上面有很多小孔，小到足以困住盐和其他矿物质，但允许水通过。
另一种流行的纳米材料的解决方案是碳纳米管，菲利普·戴维斯，阿斯顿大学研究员谁专门从事高效节能系统用于水处理说。碳纳米管是出于同样的原因石墨烯的吸引力 - 装在一个很小的包坚固，耐用材料 - 并能在盐吸收其重量的400％以上。
膜必须被换出，所以碳纳米管的耐用性和高吸收率会降低更换频率，节省时间和金钱。
膜技术的所有“声音性感，但它并不容易，” Pankratz说。“做的东西如此之薄，仍保持完整时，有工程上的挑战。”
石墨烯和碳纳米管是几十年的广泛使用了，温德尔·埃拉，亚利桑那化学与环境工程教授的大学说：“我看到他们产生影响，但它是一个出路。”
Truby说是商业化的障碍包括工程这样小的材料，使目前的工厂和基础设施相兼容的新的膜。
“这将是关键的升级系统，而不撕裂[他们]下来，建设一个全新的工厂，”他说。
正向渗透
其他正在寻求超越反渗透被称为正向渗透另一个进程。在正向渗透，海水由具有盐和气体的溶液，它创建的解决方案之间的高渗透压差吸入系统。该解决方案通过膜一起，留下盐后面。
Ela表示，在商业海水处理厂，作为预处理而不是单独处理，正向渗透可能是最有效的，因为反渗透在大规模应用中表现得更好。作为预处理，正向渗透可以延长反渗透膜的寿命，通过减少所需的消毒剂和其他预处理选项，促进整个系统的健康。
这一过程应比反渗透使用更少的能源，埃拉说，因为它是由热力学驱动。但去年夏天麻省理工学院的科学家报告说，海水淡化的正向渗透可能证明更多的能源消耗比反渗透由于从第一步骤得到的溶液中高浓度的盐。
英国公司现代水利工作在阿曼的第一个商业的正向渗透装置，在阿拉伯半岛的东南沿海。每天26000加仑，该系统具有比大多数的大型反渗透系统更小的容量。公司官员并没有换来对植物的评论请求。然而，该公司报告指出，相较于反渗透工厂有能量减少42％。
希瑟库利，与水项目主任太平洋研究所，总部位于加州的可持续性研究组织说，大多数必威体育2018正向渗透技术尚处于研发阶段，而且商业用途是5到10年了。
稀释液
降低脱盐的能量成本的另一种方法是RO-PRO，或反渗透压力延迟渗透。RO-PRO作品通过使受损的淡水源，例如废水，通过膜进入从反渗透，其通常会被排放到海洋中的高盐溶液剩。两者的混合产生被用来驱动反渗透泵压力和能量。
由所使用的系统的启发挪威国家电力公司南加州大学(University of Southern California)环境工程教授艾米•切尔德里斯(Amy Childress)及其同事正在加州试用RO-PRO。Childress说，“乐观的”估计显示，RO-PRO可以减少30%的反渗透所需的能量。她指出，一些未指明的公司对他们的试点项目表现出了兴趣。
一个工人在Akutsima，纳米比亚脱盐设备清洁太阳能电池板。
重获和可再生能源
Fravel说，许多植物都试图从进程中夺回能量。涡轮增压器，例如，从浓缩盐水的出流采取动能并将其重新应用于传入海水的一侧。“你可能有900供给侧每平方英寸磅]和浓缩可能在700磅现身。这是一个很大的精矿流中的能量，”他说。
预处理水它去之前，膜还可以节约能源。“越好进入反渗透之前可以清洁的水，更好的运行，” Fravel说。在巴林，日本，沙特阿拉伯和中国的工厂正在使用预处理了一个顺畅的反渗透工艺。
将可再生能源纳入到能源投入中是提高海水淡化可持续性的一个特别有前途的方法。必威体育2018目前估计有1%的海水淡化来自可再生能源，主要是小型设施。但是一些大型的工厂已经开始在他们的能源组合中加入可再生能源。
在与干旱作了多年的斗争之后，澳大利亚在2006年至2012年间建成了6个海水淡化厂，投资超过100亿美元。Pankratz说，这些电厂都使用一些可再生能源发电，主要是通过附近的风力发电场将能源输送到电网中。此外，悉尼海水淡化厂(Sydney Water desalination plant)为这座澳大利亚人口最多的城市提供了约15%的用水，它的动力来自其南面约170英里(约合160公里)处的67台涡轮首都风力发电场(Capital Wind Farm)。
太阳能是许多重淡化国家的吸引力 - 特别是在中东和加勒比海地区，其中阳光充足。在更为雄心勃勃的项目之一，阿拉伯联合酋长国能源公司马斯达尔在2013年宣布，它的工作在世界上最大的太阳能海水淡化工厂，能够每天生产超过2200万加仑，有计划的推出在2020年。
环境影响
计划用海水，当然，必须考虑海洋生物的影响。大量的海水淡化设施使用公海的摄入量;这些往往筛选，但海水淡化过程中仍然可以服用时或植物的治疗阶段内杀灭微生物，库利说。新地下摄入量，其中去沙用它作为天然的除尘器下，可能有助于缓解这种担忧。
此外，还有一个如何摆脱淡化后的大量非常海水水的问题。每两加仑设施的手段需要饮用一加仑水和一加仑的水是咸的，当它来到的两倍左右。大多数植物履行这一回相同的水体，用作进水源。
RO-PRO技术提供了一种降低排放中盐浓度的方法，这种方法会伤害海底生物。另一种越来越受欢迎的方法是使用扩散器，这是一系列的喷嘴，增加海水混合的体积，防止高盐点的精矿排放。
在较新的最近的研究寻址放电海洋中的一个，阿斯顿大学戴维斯加热海水放电与太阳能转换氯化镁成氧化镁，他称之为“良好的代理，以吸收二氧化碳。”该研究还为新生阶段，但可能有减少排放，并使用太阳能发电扎普精矿从海洋清除二氧化碳的双重环境效益。
大小明智
埃拉说，较小的植物，如在阿曼的正向渗透装置，可能是海水淡化技术的未来。很多较新的创新，可以使规模较小的经济意义，而企业就不必在基础设施建设这么多的投资，他说。
“相反，大型工厂，我们可以踏踏实实地每天海水淡化厂万加仑，”埃拉说。“我看到小服务社区分权和小型海水淡化厂。”
这也将提供环境效益，如允许可再生能源，以发挥更大的作用，因为它与太阳能和风能比大权力的小厂更容易，他说。
Pankratz说，海水淡化总是会比淡水处理更加昂贵。不过，创新将有助于淡化日益成为可行的选择，因为对淡水需求的增长日益干渴世界。
本文首次发表于Ensia。
