| 據(jù)英國(guó)《自然—納米技術(shù)》雜志報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員日前利用納米技術(shù)開發(fā)出可以手持的海水淡化裝置。 與傳統(tǒng)的海水淡化方法相比，這一新型裝置具有兩大優(yōu)點(diǎn)。一是淡化過程簡(jiǎn)潔，脫鹽效果好。二是設(shè)備輕便，可以隨身攜帶，使用電池就可以工作。專家認(rèn)為這種新型裝置為海水淡化在沿海干旱地區(qū)的普及鋪平了道路。 這種新裝置代表了目前國(guó)際海水淡化的新技術(shù)與新思路。沙特阿拉伯國(guó)王科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系海水淡化中心教授王鵬告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者，節(jié)省能源，降低成本，與環(huán)境和諧是未來(lái)國(guó)際海水淡化的發(fā)展趨勢(shì)。 解決世界水危機(jī)的可行性方案 海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術(shù)，愈來(lái)愈受到重視和支持，成為未來(lái)解決水危機(jī)的可行性方案和重要途徑。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上有150多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開展了海水淡化工作，共有約14000座海水淡化廠。全球海水淡化日產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到6300多萬(wàn)噸，并且還在以每年10%～30%的速度攀升，其中80%用于飲用水，解決了1億多人的供水問題。 國(guó)際上采用的海水淡化技術(shù)已達(dá)十來(lái)種，根據(jù)不同優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)因地制宜滿足人類的生產(chǎn)、生活需要。這其中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法達(dá)到了工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，多為大型海水淡化項(xiàng)目采用。反滲透技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后把發(fā)展重心轉(zhuǎn)向反滲透法。 在美國(guó)，海水淡化起步很早。第一個(gè)海水淡化工廠于1954年建于美國(guó)得克薩斯州，主要提供飲用水和農(nóng)業(yè)用水，濃縮的海水有時(shí)也用于生產(chǎn)食用鹽。 美國(guó)海水淡化最發(fā)達(dá)的地方是加州。加州太平洋沿岸現(xiàn)約有20多個(gè)海水淡化工廠，大部分使用反滲透技術(shù)。然而據(jù)加州太平洋機(jī)構(gòu)報(bào)道，即便再建8座海水淡化工廠，也只能滿足南加州7%的水需求。 面對(duì)日益嚴(yán)峻的用水形勢(shì)，加州政府于2009年批準(zhǔn)在圣地亞哥市建設(shè)一座西半球最大的海水淡化廠，2011年項(xiàng)目完工后可日供飲用水約2萬(wàn)噸，滿足30萬(wàn)人每日需要量，相當(dāng)于當(dāng)?shù)?0%的飲用水需求。 英國(guó)最大的海水淡化廠位于倫敦東部貝克頓，為倫敦和英國(guó)東南地區(qū)的居民供應(yīng)自來(lái)水。這座廠首次采用改進(jìn)后的四級(jí)反滲透技術(shù)，能將85%的鹽水淡化為飲用水，效率和產(chǎn)能都得到提高。值得關(guān)注的是，該公司以可再生能源提煉自廢棄食用油的“生物柴油”為燃料，日淡化能力達(dá)14萬(wàn)噸水，可以滿足100萬(wàn)人口的日均需求。 沙特阿拉伯海水淡化產(chǎn)量居世界第一。王鵬告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者，沙特目前超過50%的城市居民用水來(lái)自海水淡化，而淡化海水中95%來(lái)自熱法除鹽工程。在沙特東部的阿拉伯灣和西部的紅海沿岸共有30多個(gè)大規(guī)模海水淡化和發(fā)電一體化工廠，利用多級(jí)閃蒸法，在淡化的同時(shí)以蒸汽帶動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電，以降低高昂的能耗成本。沙特財(cái)政部長(zhǎng)說，每天大約有150萬(wàn)桶原油用于全國(guó)范圍內(nèi)的海水淡化，一旦能源價(jià)格走高，也將帶動(dòng)水價(jià)隨之上漲。 新技術(shù)助力海水淡化 去年美國(guó)《國(guó)家地理》曾經(jīng)做了一個(gè)專題：尋找海水淡化新技術(shù)。其主題是通過新科技找到更好的海水脫鹽方法。 該文章指出，在未來(lái)6年里，新興的海水脫鹽工廠每天可為全球供水量增加13億加侖，相當(dāng)于一條科羅拉多河的水量。研究人員目前正在研發(fā)至少三項(xiàng)可以進(jìn)一步降低能源消耗的海水淡化新技術(shù)。 最適合商業(yè)化推廣的，稱為“正向滲透法”，讓水通過多孔膜進(jìn)入一種鹽濃度甚至超過海水的溶液，但溶液里的特殊鹽分很容易蒸發(fā)。此前在太空?qǐng)?zhí)行最后一次飛行任務(wù)的美國(guó)航天飛機(jī)亞特蘭蒂斯號(hào)攜帶的兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)之一即是正滲透技術(shù)。 另外兩種方法都在薄膜結(jié)構(gòu)上有了創(chuàng)新和改進(jìn)，一種用碳納米管來(lái)做薄膜的小孔，另一種薄膜的孔，用引導(dǎo)水分子通過活細(xì)胞的細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)來(lái)構(gòu)成。這樣的薄膜結(jié)構(gòu)與目前傳統(tǒng)的脫鹽半透膜相比，淡化海水的能力提高了5倍，平均每天每平方米薄膜可以淡化幾萬(wàn)升的海水。 目前，美國(guó)科學(xué)家正在改造碳納米管薄膜。他們正在嘗試將碳納米管陣列嵌入強(qiáng)性的聚合物里，比如目前在淡化海水中使用的聚碳酸酯。美國(guó)科學(xué)家胡默說：“這是一個(gè)飛速發(fā)展的領(lǐng)域。我相信這種碳納米管薄膜很快就可以被制造出來(lái)。在水資源日益匱乏的時(shí)代，利用碳納米管薄膜淡化海水意義重大�！� 沙特也在積極尋找著海水淡化的替代能源和新技術(shù)。今年年初，沙特公布了一項(xiàng)與IBM合作的研究發(fā)展計(jì)劃，利用太陽(yáng)能和納米技術(shù)來(lái)淡化海水，有望將能源成本降低40%，進(jìn)一步提高能效。 該廠將建于沙特東北部城市阿爾卡夫及（Al-khafji），為淡化提供電力的超高聚光光伏發(fā)電技術(shù)，能效是目前一般光電設(shè)備的3倍�？紤]到沙漠地帶的高溫狀況，IBM研究人員設(shè)計(jì)的特殊工藝將使光電板在炙烤下也能長(zhǎng)效抗熱運(yùn)行自如。該中心還將研究如何把先進(jìn)的納米滲透膜技術(shù)應(yīng)用到淡水提取工藝中，使水分子更容易與其他海水成分分離，將極大提高海水脫鹽過程中反滲透膜的效能。這座沙漠中的太陽(yáng)能海水淡化廠預(yù)計(jì)2012年建成，屆時(shí)將可為本城10萬(wàn)戶居民每日供應(yīng)3萬(wàn)噸凈化水。 新技術(shù)的應(yīng)用將大幅提高沙特海水淡化工業(yè)的效率，有望將每噸淡化海水的成本控制在1.5里亞爾（約合2.7元人民幣）以內(nèi)。有關(guān)研究計(jì)劃為期3年，包括在沙特北部與科威特交界的海灣地區(qū)建立一個(gè)世界上規(guī)模最大的太陽(yáng)能海水淡化工廠，日產(chǎn)淡化海水3萬(wàn)噸，同時(shí)具備10兆瓦的發(fā)電能力。沙特另有8座海水淡化廠計(jì)劃在建，新能源在沙漠王國(guó)的未來(lái)水源中扮演著越來(lái)越重要的角色。 未來(lái)，利用太陽(yáng)能、納米技術(shù)等新技術(shù)是海水淡化降低成本走向大型化的趨勢(shì)。 |
