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根据美国“海水淡化”的新发现,效率可以提高40%,不必担心淡水的枯竭?

发布时间:2022-08-31 11:25:30 浏览次数:488
 

地球表面三分之二被水覆盖,总水量约为1.36x1018立方米。然而,97%的水储备是饮用海水和微咸水,只有约2.53%的饮用淡水。淡水主要以冰川和深层地下水的形式存在,难以开发。河流和湖泊中易于获取的淡水仅占世界总淡水的0.3%。

早在1996年,世界气象组织就指出,缺水是全世界城市面临的首要问题。据估计,到2050年,全球46%的城市人口将缺水。对于水资源稀缺的地区,水长期以来不仅是一种生活资源,也是一种战略资源。由于水资源稀缺,水战的可能性越来越大。即使在中东,围绕水的战争也已经持续了数千年。

随着淡水资源日益紧张,淡化地球上丰富的海水和微咸水以补充淡水资源的短缺已成为一种必要的选择。中国还大力推进海水淡化项目的实施。

目前,世界上有120多个国家和地区采用海水或微咸水淡化技术获取淡水。其中,最受欢迎的是在中东,如沙特阿拉伯、阿拉伯联合酋长国、科威特等地。在一些国家,海水淡化水占淡水消费量的80%以上,利比亚已经开始考虑使用核能来淡化海水。

海水淡化厂
沙特阿拉伯的海水淡化厂占全球海水淡化总量的24%。位于阿拉伯联合酋长国的杰贝尔·阿里海水淡化厂二期工程是世界上最大的海水淡化厂,每年可生产3亿立方米淡水。目前,中国有100多个海水淡化项目,淡水产量超过100万吨/天。

虽然海水淡化技术似乎解决了许多问题,但全球海水淡化总量的80%用于饮用水,解决了1亿多人的供水问题,即世界人口的1/50依赖海水淡化提供饮用水。

然而,事实上,海水淡化的成本仍然远远高于地表水的净化成本。在国内,海水淡化成本约为每吨67元,远高于城市居民的水价。因此,目前中国的发展相对缓慢;对于石油丰富但淡水严重短缺的中东国家来说,海水淡化是唯一的生命线。

海水淡化厂
海水淡化技术目前的主流的技术包括热法(蒸馏)和膜法(反渗透)。
蒸馏法:蒸馏法虽然是一种古老的方法,但由于技术不断地改进与发展,该方法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程。

反渗透法:就是利用渗透的方法来从海水中提取出纯净的饮用水。通常又称超过滤法,是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。

1748年,莱诺对渗透现象进行了研究,并首次作了实验记录,发现用膀胱把水和酒精隔开后,水可以通过膀胱进入酒精,但酒精不能进入水。这类某种溶剂通过半透膜从低浓度到高浓度转移的现象就叫渗透。而半透膜是一种对透过物质有选择性的薄膜,如上文的膀胱。
半透膜
该方法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开的。在通常情况下,淡水通过半透膜扩散到海水一侧,从而使海水一侧的液面逐渐升高,直至一定的高度才停止,这个过程为渗透。此时,海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压,那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的1/40。因此,从1974年起,美日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。

3D半透膜
目前,美国科学家已经找到一种方法使渗透膜的效率提高30%~40%。研究表明,膜密度的均匀性比它的薄厚更重要。科学家们使用了一种多模式电子显微镜技术,将化学成分分析与纳米层3D制图相结合,以模拟如何有效净化水。实验表明,均匀分配膜的密度,可以以更少的成本净化更多的水。所能提升的30%~40%的效率将大幅度降低海水净化成本,缓解淡水资源短缺的压力。

最后

由于地球的水循环,我们不必担心淡水资源的消失。然而,随着人口的增加,对淡水的需求越来越旺盛,环境的恶化导致了地球净水能力的下降。人类缺水似乎是不可避免的,人类并没有停止污染水。

根据《科学》杂志的评估,仅在2016年,全世界产生的1900万至2300万吨(11%)塑料废物就进入了水生生态系统。全球平均每人每周消费约2000个微塑料颗粒,总重量为5克,相当于每周消费一张信用卡。其中,最大的摄入来源是饮用水,甚至在婴儿的胎盘中也发现了微塑料。

面对枯竭的地球,真正解决缺水问题的关键是提高水净化能力,减少水污染。