|
據近期英國《自然—納米技術》雜志報道，美國麻省理工學院研究人員日前利用納米技術開發出可以手持的海水淡化裝置。
與傳統的海水淡化方法相比，這一新型裝置具有兩大優點。一是淡化過程簡潔，脫鹽效果好。二是設備輕便，可以隨身攜帶，使用電池就可以工作。專家認為這種新型裝置為海水淡化在沿海干旱地區的普及鋪平了道路。
這種新裝置代表了目前國際海水淡化的新技術與新思路。沙特阿拉伯國王科技大學環境科學與工程系海水淡化中心教授王鵬告訴《科學時報》記者，節省能源，降低成本，與環境和諧是未來國際海水淡化的發展趨勢。
解決世界水危機的可行性方案
海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術，愈來愈受到重視和支持，成為未來解決水危機的可行性方案和重要途徑。
據統計，世界上有150多個國家和地區開展了海水淡化工作，共有約14000座海水淡化廠。全球海水淡化日產量已經達到6300多萬噸，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。
國際上采用的海水淡化技術已達十來種，根據不同優勢和特點因地制宜滿足人類的生產、生活需要。這其中，蒸餾法、電滲析法、反滲透法達到了工業化規模生產應用，多為大型海水淡化項目采用。反滲透技術最大優點是節能，能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美、日等發達國家先后把發展重心轉向反滲透法。
在美國，海水淡化起步很早。第一個海水淡化工廠于1954年建于美國得克薩斯州，主要提供飲用水和農業用水，濃縮的海水有時也用于生產食用鹽。
美國海水淡化最發達的地方是加州。加州太平洋(601099,股吧)沿岸現約有20多個海水淡化工廠，大部分使用反滲透技術。然而據加州太平洋機構報道，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。
面對日益嚴峻的用水形勢，加州政府于2009年批準在圣地亞哥市建設一座西半球最大的海水淡化廠，2011年項目完工后可日供飲用水約2萬噸，滿足30萬人每日需要量，相當于當地10%的飲用水需求。
英國最大的海水淡化廠位于倫敦東部貝克頓，為倫敦和英國東南地區的居民供應自來水。這座廠首次采用改進后的四級反滲透技術，能將85%的鹽水淡化為飲用水，效率和產能都得到提高。值得關注的是，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14萬噸水，可以滿足100萬人口的日均需求。
沙特阿拉伯海水淡化產量居世界第一。王鵬告訴《科學時報》記者，沙特目前超過50%的城市居民用水來自海水淡化，而淡化海水中95%來自熱法除鹽工程。在沙特東部的阿拉伯灣和西部的紅海沿岸共有30多個大規模海水淡化和發電一體化工廠，利用多級閃蒸法，在淡化的同時以蒸汽帶動渦輪機發電，以降低高昂的能耗成本。沙特財政部長說，每天大約有150萬桶原油用于全國范圍內的海水淡化，一旦能源價格走高，也將帶動水價隨之上漲。
新技術助力海水淡化
去年美國《國家地理》曾經做了一個專題：尋找海水淡化新技術。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，相當于一條科羅拉多河的水量。研究人員目前正在研發至少三項可以進一步降低能源消耗的海水淡化新技術。
最適合商業化推廣的，稱為“正向滲透法”，讓水通過多孔膜進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。此前在太空執行最后一次飛行任務的美國航天飛機亞特蘭蒂斯號攜帶的兩項實驗任務之一即是正滲透技術。
另外兩種方法都在薄膜結構上有了創新和改進，一種用碳納米管來做薄膜的小孔，另一種薄膜的孔，用引導水分子通過活細胞的細胞膜的蛋白質來構成。這樣的薄膜結構與目前傳統的脫鹽半透膜相比，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升的海水。
目前，美國科學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。美國科學家胡默說：“這是一個飛速發展的領域。我相信這種碳納米管薄膜很快就可以被制造出來。在水資源日益匱乏的時代，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。今年年初，沙特公布了一項與IBM合作的研究發展計劃，利用太陽能和納米技術來淡化海水，有望將能源成本降低40%，進一步提高能效。
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電技術，能效是目前一般光電設備的3倍。考慮到沙漠地帶的高溫狀況，IBM研究人員設計的特殊工藝將使光電板在炙烤下也能長效抗熱運行自如。該中心還將研究如何把先進的納米滲透膜技術應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。這座沙漠中的太陽能海水淡化廠預計2012年建成，屆時將可為本城10萬戶居民每日供應3萬噸凈化水。
新技術的應用將大幅提高沙特海水淡化工業的效率，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。有關研究計劃為期3年，包括在沙特北部與科威特交界的海灣地區建立一個世界上規模最大的太陽能海水淡化工廠，日產淡化海水3萬噸，同時具備10兆瓦的發電能力。沙特另有8座海水淡化廠計劃在建，新能源在沙漠王國的未來水源中扮演著越來越重要的角色。
王鵬表示，未來，利用太陽能、納米技術等新技術是海水淡化降低成本走向大型化的趨勢。
|