新興技術拯救地球水資源
 
發布日期:2019-04-18     來源:中國水利報      瀏覽次數:3008     字體:      

  方舟

  人類發明水井是一個劃時代的革命,雖然水井在人們的生活中經常被忽視。水井只是一長串水技術的一個節點,卻使社會持續發展到今天。如今,先進的管道網絡和水處理技術為生活、生產提供了便捷。但是全球水資源仍面臨巨大的壓力,人們將重點轉向水技術的發明創新。21世紀,有一些新興水技術可以幫助人們解決水資源短缺的問題。

  納米過濾

  根據世界衛生組織的統計,全球每年有160萬人死于腹瀉,這是因為缺乏安全的飲用水,以及基本衛生設施落后。印度的研究人員已經提出使用納米技術的水凈化系統來解決這個長期的問題。

  該技術使用復合納米顆粒,從水中去除微生物、細菌和其他物質,復合納米顆粒會釋放出能夠破壞污染物的銀離子。“我們的工作可以拯救生命。”印度馬德拉斯理工學院的費勞帕·彼德普教授說,“每年只需2.5美元就可以為家庭提供微生物安全用水。”這表明,低成本的水凈化可能出現,并且具有商業化的可能。

  膜化學

  人們能夠使用一種特殊的膜對水進行過濾和凈化,這是現代水處理過程必不可少的一部分。用于過濾的膜孔可以只有10~20納米,比人類頭發絲還細3000倍。

  雖然膜化學技術已經存在多年,但它仍然是值得深度研究和開發的項目。“化學方法有助于創新水處理的解決方案,例如將咸水轉化為適合人類使用的淡水。”北美第二大化學品生產和銷售公司巴斯夫公司全球水資源開發負責人嚴尼克·弗維特說。

  最近,這方面研究取得了新突破,5年內將咸水淡化的成本從每立方米1美元降低到0.5~0.8美元之間。新的陶瓷膜技術有助于將水處理過程變得更加便捷。

  海水淡化

  人們對海水淡化技術寄予厚望,但目前海水淡化的費用昂貴,反滲透技術消耗大量能源,每立方米水約消耗4千瓦時的能量。

  新加坡正在探索的一個解決方案。該國在2005年開設了第一個海水淡化工廠,該工廠是一個生物仿生工廠,即模仿生物的過程來對海水進行淡化,主要模仿紅樹林植物和廣鹽魚(可以生活在新鮮淡水或咸水中的魚)的生物過程,以將海水淡化的能量消耗降到最低。另一種新方法是使用增強水通道蛋白的仿生膜,嵌入細胞膜中的蛋白質,選擇性地將水進入或者排出細胞,同時阻斷鹽的出入。

  新加坡公用事業委員會首席技術官亨利·賽安說:“如果可以找到一種有效模仿這些生物過程的科學方法,那么海水淡化可能會產生新的解決方案。”

  智能監測

  僅在發展中國家,每天在輸水管網中損失的水量大約為4500萬立方米。輸水管網的“跑冒滴漏”不僅對供水公司來說成本高昂,而且還會增加水資源短缺的壓力,并增加污染物滲入供水系統的可能性。

  全球管網泄漏探測公司梅格公司業務發展總監戴爾·哈特立表示:“當多達60%的輸送水源下落不明時,投入數十億美元用于修建額外的水庫和水處理廠似乎不是明智之舉。”

  新的監測技術可幫助供水公司確保其龐大供水網絡的完整性。電子儀器,例如壓力和聲學傳感器等,可以實時無線連接到云監控系統,將使公司能夠更快地檢測和查明輸水管網中的泄漏情況。

  智能灌溉

  世界上大約70%的淡水用于農業。一些國家通過部署精準的灌溉系統、計算機算法和建設模型,采用更智能的方法進行灌溉用水管理,已經給本國農民帶來好處。這種方法包含儀器和分析技術的創新,但這種創新根本上是因為思維方式的變化——強調測量和預測的重要性。國際商用機器公司智能水管理專家克來爾·何達克說:“對于水行業而言,智能灌溉是一種新思維,與其他人習慣于投入新的工程一樣。”

  污水處理

  在城市中,即使是經濟發達地區,也不能保證對污水進行充分處理。污水廢水經常在未經處理前就排放到河流、河口或被用作灌溉水源。

  污水處理新技術有望將污水廢水轉化為能源或者生產飲用水。例如,有一種模塊化混合活性污泥消化器,能將污水廢水處理所需的能量降低一半。

  移動處理設施

  隨著全球液壓行業規模的擴展,人們迫切需要一種能夠高度移動的水處理設施。人們投資建設反滲透裝置,可以處理大量的水以提取其中的氣體,然后將處理后的水體注入地下。

  密歇根大學環境工程與企業家教授彼德·安德斯說:“隨著水處理設施新項目的研發成功,水處理行業將會產生連鎖效益。”他補充說,“隨著這些技術的發展,人們學會處理大量的水,我們將看到更便捷、更適合飲用的水處理系統,將擺脫大規模的集中型水處理系統。”

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