新兴技术拯救地球水资源
 
发布日期:2019-04-18     来源:中国水利报      浏览次数:2717     字体:      

  方舟

  人类发明水井是一个划时代的革命,虽然水井在人们的生活中经常被忽视。水井只是一长串水技术的一个节点,却使社会持续发展到今天。如今,先进的管道网络和水处理技术为生活、生产提供了便捷。但是全球水资源仍面临巨大的压力,人们将重点转向水技术的发明创新。21世纪,有一些新兴水技术可以帮助人们解决水资源短缺的问题。

  纳米过滤

  根据世界卫生组织的统计,全球每年有160万人死于腹泻,这是因为缺乏安全的饮用水,以及基本卫生设施落后。印度的研究人员已经提出使用纳米技术的水净化系统来解决这个长期的问题。

  该技术使用复合纳米颗粒,从水中去除微生物、细菌和其他物质,复合纳米颗粒会释放出能够破坏污染物的银离子。“我们的工作可以拯救生命。”印度马德拉斯理工学院的费劳帕·彼德普教授说,“每年只需2.5美元就可以为家庭提供微生物安全用水。”这表明,低成本的水净化可能出现,并且具有商业化的可能。

  膜化学

  人们能够使用一种特殊的膜对水进行过滤和净化,这是现代水处理过程必不可少的一部分。用于过滤的膜孔可以只有10~20纳米,比人类头发丝还细3000倍。

  虽然膜化学技术已经存在多年,但它仍然是值得深度研究和开发的项目。“化学方法有助于创新水处理的解决方案,例如将咸水转化为适合人类使用的淡水。”北美第二大化学品生产和销售公司巴斯夫公司全球水资源开发负责人严尼克·弗维特说。

  最近,这方面研究取得了新突破,5年内将咸水淡化的成本从每立方米1美元降低到0.5~0.8美元之间。新的陶瓷膜技术有助于将水处理过程变得更加便捷。

  海水淡化

  人们对海水淡化技术寄予厚望,但目前海水淡化的费用昂贵,反渗透技术消耗大量能源,每立方米水约消耗4千瓦时的能量。

  新加坡正在探索的一个解决方案。该国在2005年开设了第一个海水淡化工厂,该工厂是一个生物仿生工厂,即模仿生物的过程来对海水进行淡化,主要模仿红树林植物和广盐鱼(可以生活在新鲜淡水或咸水中的鱼)的生物过程,以将海水淡化的能量消耗降到最低。另一种新方法是使用增强水通道蛋白的仿生膜,嵌入细胞膜中的蛋白质,选择性地将水进入或者排出细胞,同时阻断盐的出入。

  新加坡公用事业委员会首席技术官亨利·赛安说:“如果可以找到一种有效模仿这些生物过程的科学方法,那么海水淡化可能会产生新的解决方案。”

  智能监测

  仅在发展中国家,每天在输水管网中损失的水量大约为4500万立方米。输水管网的“跑冒滴漏”不仅对供水公司来说成本高昂,而且还会增加水资源短缺的压力,并增加污染物渗入供水系统的可能性。

  全球管网泄漏探测公司梅格公司业务发展总监戴尔·哈特立表示:“当多达60%的输送水源下落不明时,投入数十亿美元用于修建额外的水库和水处理厂似乎不是明智之举。”

  新的监测技术可帮助供水公司确保其庞大供水网络的完整性。电子仪器,例如压力和声学传感器等,可以实时无线连接到云监控系统,将使公司能够更快地检测和查明输水管网中的泄漏情况。

  智能灌溉

  世界上大约70%的淡水用于农业。一些国家通过部署精准的灌溉系统、计算机算法和建设模型,采用更智能的方法进行灌溉用水管理,已经给本国农民带来好处。这种方法包含仪器和分析技术的创新,但这种创新根本上是因为思维方式的变化——强调测量和预测的重要性。国际商用机器公司智能水管理专家克来尔·何达克说:“对于水行业而言,智能灌溉是一种新思维,与其他人习惯于投入新的工程一样。”

  污水处理

  在城市中,即使是经济发达地区,也不能保证对污水进行充分处理。污水废水经常在未经处理前就排放到河流、河口或被用作灌溉水源。

  污水处理新技术有望将污水废水转化为能源或者生产饮用水。例如,有一种模块化混合活性污泥消化器,能将污水废水处理所需的能量降低一半。

  移动处理设施

  随着全球液压行业规模的扩展,人们迫切需要一种能够高度移动的水处理设施。人们投资建设反渗透装置,可以处理大量的水以提取其中的气体,然后将处理后的水体注入地下。

  密歇根大学环境工程与企业家教授彼德·安德斯说:“随着水处理设施新项目的研发成功,水处理行业将会产生连锁效益。”他补充说,“随着这些技术的发展,人们学会处理大量的水,我们将看到更便捷、更适合饮用的水处理系统,将摆脱大规模的集中型水处理系统。”

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