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水利行业 最大反渗透式
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面对全球11亿人饮水困难淡化脱盐新技术倍受瞩目
《环球科学》 / 时间:2009-03-29 11:24:50
  据网易2009年3月25日讯 地球表面约四分之三的面积被水覆盖,但是大部分水都是不能饮用的咸水。并且占水量2.5%的淡水保存在泥土、积雪、冰川和地下。因此只剩下不足1%的淡水,用于满足人类和动物的饮用以及农业灌溉――它们还因为全球气候变暖而逐渐萎缩。所以现有淡水资源,越来越难以满足人口增长对饮用水的需求。投资银行分析家高曼 萨克斯估计,全球用水量将每20年翻一番。
  所以,寻找新水源的路程就开始了。其中一种候选的方案是脱盐――(脱盐是一种将海水或者地下水中的盐分提取出来,以获得适合饮用的水的工业技术),但是传统的脱盐法由于其高成本而很难实现。随着技术的改进和对淡水需求的增长,这一情况有所改变。
  耶鲁大学环境工程师梅纳凯姆・以利梅勒克说到:“两种主要的脱盐技术是蒸馏和反渗透(简称RO),蒸馏是将未净化的水蒸发并浓缩,从而得到淡水,这需要消耗大量能源。因此,这通常在中东等有充足石油的地区使用。”加热脱盐法需要高温,因此通常很昂贵(每立方米的淡水成本超过1美元),但是将“废弃”的热量用于其他工业或者发电站(废热发电)可以减少能量浪费。
  以利梅勒克说道:“不过,更多的脱盐工厂采用RO法。这种方法基于高科技的、让水渗透却阻止盐份通过的高分子膜。当含盐溶液位于半透膜一端而低浓度盐溶液位于另一端时,水从低浓度一端向高浓度一端扩散。这种两端溶液浓度趋向于平衡的现象被科学家们称为渗透现象。
  在20世纪五六十年代,科学家们发现他们可以逆转这个过程。他们在高浓度溶液一端增加压强,让水分子穿过半透膜,而浓缩的盐溶液被留在了另一端。为了解决两种溶液之间产生的渗透压,脱盐工厂必须使用7000到8300千帕(每平方厘米71到86.5千克力或者没平方英寸1000到1200磅)的压强。”
  DWS的资深研究科学家比尔・米科斯说道:“普通RO膜是由用多微孔聚乙烯砜制成的机械支撑层,以及可让水通过的微米级的聚酰胺,制成的过滤层组成。后一种物质是主要是由“DuPont's Kevlar(用于制造轻型防弹背心的超高强度芳族聚酰胺聚合物)的第二代组成物” 构成。RO膜技术在最近20年趋于成熟,水渗透性、阻盐能力、使用寿命(现在已经能达到3~5年),以及成本这几个方面都有了显著的进步。
  这些改进与能量复原装置(该装置从高能量一端获得压力并将其大部分转化为进液的推动力)相结合,使得脱盐越来越经济可行。现在的脱盐海水RO设备,生产每立方米淡水的成本在68~90美分。据美国自来水厂协会(American Water Works Association)的资料,美国的市政用水平均价格在每立方米60美分左右。
  德州大学化学工程师本尼 弗雷曼提到:“目前此工艺还需要改进工艺维护流程。RO工厂必须过滤海水并加入化学物质来消除可能引起堵塞的微粒,膜也要定期清洗以防止结垢和生物污染。氯气被加入水中来除菌,但是之后操作员通常需要再除去氯以防止膜发生化学降解。在此方面弗雷曼和吉姆・麦格拉斯(吉尼亚理工学院和Blackburg州立大学聚合物科学家)成功改良出了抗氯的聚砜以充当脱盐膜。
  还有其它研究成果也都致力于改进RO的优越性。以期在未来对抗人类水资源的紧缺。
  近年来,不管是发展中国家还是发达国家,饮用水安全问题多次触动人们脆弱的神经,这一问题已逐渐成为全球性的挑战。
  2007年12月,联合国环境规划署发布报告说,目前全球有11亿人无法获得安全饮用水,这一问题可能因气候变化和人口增长等原因而加剧。联合国甚至警告:如果世界人口持续增加,到2025年,全球三分之一的人口将不得不为获得安全的饮用水而苦恼。
  与发达国家相比,发展中国家由于基础设施落后,饮用水安全问题令人担忧。联合国教科文组织日前发布消息称,发展中国家约90%的污水和70%的工业废水未经处理就排入河道,威胁饮用水安全。而世界卫生组织指出,全球88%的疾病应归咎于不安全的用水以及缺乏相关卫生设施,因饮用水不干净而引发疾病的现象在发展中国家较为普遍。
  即使在欧洲和美国,饮用水安全也是严峻问题。联合国欧洲经济委员会日前发表公报说,欧洲仍有1亿多人缺乏安全饮用水。在欧洲经济委员会56个成员所在的地区,平均每天有37名儿童由于缺乏安全饮用水而死于腹泻。2006年,泛欧地区约17万人因缺乏安全用水患病,其中12万人患甲肝。
  美国媒体最新公布的一项调查报告显示,美国24个大城市的饮用水中含有抗生素和镇静剂等多种药物成分,至少4100万人在日常生活中饮用这种存在安全隐患的水。