聚焦海水淡化八大技术 高成本难题有望破局

        世界上有十多个国家的一百多个科研机构在进行着海水淡化的研究，有数百种不同结构和不同容量的海水淡化设施在工作。一座现代化的大型海水淡化厂，每天可以生产几千、几万甚至近百万吨淡水。以下就全球海水淡化前沿技术做一简单汇总。
水资源缺乏带动了全球海水淡化市场的快速发展，海水淡化技术不断更新，将海水资源充分利用，下面看看全球有哪些海水淡化前沿技术?
美国研发出可大幅提高海淡效率的二硫化钼薄膜
        美国伊利诺伊州立大学研究人员2015年在《自然通讯》杂志上发表论文称，他们发现二硫化钼高能材料可更高效地去除海水中的盐分，通过计算机模拟各种薄膜的海水淡化效率并进行对比后发现，二硫化钼薄膜的效率最高，比石墨烯膜还要高出70%。据物理学家组织网报道，这种材料只有一个纳米厚，布满了纳米孔，能够渗漏大量的海水，留下盐分和其他成分，达到淡化海水的目的。独特的原子组成结构让二硫化钼膜的透水性大大提升，其单层膜的厚度能极大地减少推压水的能量，进而大幅降低运营成本。研究人员目前正在测试这种材料在海水净化方面的其他性能，比如对于塑料膜而言常发生的污垢堵塞孔洞等问题。二硫化钼虽然是一种新材料，但研究人员相信，制造工艺改造后，其高性能带来的应用会很广泛。
该研究论文第一作者、伊利诺伊州立大学贝克曼先进科技研究院的机械科学与工程学教授那拉亚娜˙阿鲁鲁说：“这项研究为下一代材料的发展奠定了基础。”
美国富翁研发创新海水淡化解决方案
        因为创造5-HourEnergy品牌能量饮料而大获成功，目前身价被评估高达40亿美元的ManojBhargava从加州旱灾中看到了商机。已年满60岁ManojBhargava认为，水将是世界上下一个热门的商品。在过去几年里，这位低调的CEO开始了新的冒险，他悄悄地把他此前挣得的大部分财富通过他自己设立的投资基金投入了他人生中第二次重要的创新解决方案。ManojBhargava的海水淡化解决方案名为RainMaker，事实上就是安装于平板卡车上的海水淡化装置，可以依靠传统电力把海水蒸馏变成淡水。据了解，一个单独的RainMaker装置可以放置在一个城镇污水厂中。但在危机时，可以将数百台RainMaker装置堆叠在一个大型海洋货船中用于淡化海水。在沿海建设大型海水淡化设施通常需要花费数十亿美元，同时还需要消耗大量的能量。利用这种可以规模化生产的RainMaker，可以拯救处于灾难边缘的加州吗?一些专家认为，发展RainMaker很有前途。由美国内政部管理，位于新墨西哥州的美国海水淡化研究机构的管理者也对RainMaker表示了认可。据了解，RainMaker装置计划于2016年第一季度正式投入商业化生产。
GE开发迷你3D打印涡轮机降低海水淡化成本
       2015年，由GE全球研发中心和美国能源部组成的研究团队研发的一种手持式3D打印设备，有可能使海水淡化变得更为方便。更值得一提的是，他们用的是蒸汽汽轮机的原理。这一概念来自GE科学家DougHofer和VitaliLissianski的创意。在传统的蒸汽涡轮机中，蒸汽凝结就会变成水。尽管这种系统通常用于发电，但Hofer解释说，他们还可以运行这个流动系统去冻结海水或盐水，而不是把它变成蒸汽。通过冻结混合物，盐会以固体的形式自然分离，只留下冰，而冰融化之后就成了干净的水。
GE全球研发中心能源系统实验室的一位项目负责人VitaliLissianski说：“通过冻结海水来淡化并不是什么新鲜事，但我们正在做的方式却非常不同。我们利用自己在叶轮机械方面的丰富知识开发了一种十分经济的解决方案。”“你也可以说是我们的涡轮‘增压’出了一个经济的海水淡化系统。”Lissianski开玩笑地说。Hofer解释说，通过扩大涡轮机的冷气来冷却咸水或海水滴，会大大降低海水淡化所需要的能源。“冷却的气体与海水之间的热传递比传统的热法海水淡化系统更有效率得多。”如果这个手持的3D打印工具能够试制成功，它能够将海水淡化的成本削减高达20%。反过来也将吸引更多的资金被投向海水淡化设备。为加速开发过程，研究团队使用由GE全球研究中心增材制造实验室和GE航空在辛辛那提的增材制造中心开发的技术3D打印出小型化的部件。可能在不久的将来，我们到海滩上玩耍时只需带上这种手持式的工具就行了，无需再携带瓶装水。
加州大学研发出新型外置复合式抛物面聚光海水淡化系统
       2015年，美国加州大学默塞德分校太阳能技术研究所的研发人员开发出了一种名为XCPC的外置复合型抛物面形聚光器，该系统有可能为被持续干旱所困扰的加州带来一种新型的太阳能海水淡化解决方案，并缓解当地的农业灌溉水短缺问题。加州大学太阳能技术研发中心主任RolandWinston表示：“常规的膜法海水淡化过程会产生有用的淡水和大量需要处理的咸水，而XCPC系统可以使水的蒸发过程更加高效，而且成本很低。”
谈到该系统的主要创新点，RolandWinston表示：“我们的外置复合抛物面形聚光器可以通过收集阳光产生高温，而且可达到的温度要远远高于生产水蒸汽所需要的温度。同时很关键的一点是我们的集热器不需要使用跟踪系统，没有任何需要活动的组件。事实上，其它大部分可以获得如此高温的太阳能技术都需要使用跟踪系统，而且成本较高。”RolandWinston进一步解释道，一般使用跟踪系统的太阳能集热器对于直射阳光要求很高，而且往往需要在晴朗的天气条件下才能运行。而他们的XCPC集热器则完全不同，在朦胧和多云的天气条件下依然可以正常运行。
埃及研发出新型低成本海水淡化膜
       2015年9月底，埃及亚历山大大学的研究人员公布了一种新型低成本的海水淡化膜技术，膜材料价格低廉，同时可以实现低能耗。该技术采用了渗透蒸发(又称渗透汽化，是有相变的膜渗透过程)的技术原理，研究人员开发出醋酸纤维素膜与其它组件相结合，并使用外部热源将膜透过组分汽化，从而达到过滤粒子和盐分的目的。这支由亚历山大大学农业和生物系统工程副教授AhmedEl-Shafei所带领的研发团队表示，经过测试，他们研发的上述膜系统可以使超高盐度的模拟海水以非常高的流量通过，同时脱盐率可以达到99.7%左右。
论文显示，在对人工仿造海水进行脱盐淡化的过程中，研究人员采用了直接透过、载气吹扫法型渗透蒸发技术路线。研究人员解释说，该膜产品采用普通的相变技术，将多组分溶液利用溶液浇铸法铸造而成。浇铸之后，会对膜进行进一步处理使其具有亲水性和其它属性。
印度科学家研发出新型太阳能混合海水淡化系统
       2015年，印度科学理工学院的研究人员研发出了一种太阳能混合海水淡化系统，主要可以用于处理生理盐水和微咸水。
根据研究人员发布的数据显示，在南印度上午9点到下午3点之间、温度为27℃的条件下，利用该混合系统每平方米可以净化大约6.5升的盐水。该混合系统采用了阶梯状的太阳能蒸发器，由一个连一个的半圆形的管道焊接而成，形成一个呈一定倾斜角度的水槽来充当水流通的渠道，同时系统四周安装的真空夹套可以减少热能的损失。据了解，该装置可容纳3-4升待处理的水。该系统利用光伏电池作为能源将水泵进或者泵出整个系统，整个系统就在离网地区也可以实现正常运行。目前，上述技术的具体工作原理及流程已经被国际期刊《InternationalJournalofLowcarbenTechnologies》收录。
印度女科学家发明新型电吸附海水淡化技术
        2015年，印度一位名为DevlinaDas的女科学家研发出了一种独特的、名为“SALINO”的五步法海水淡化技术，这名CSIR(印度科学与工业研究理事会)的高级研究员凭借该技术在瑞典斯德哥尔摩由励讯集团(RELXGroup)主办的2015环境挑战活动中获得了国际大奖。DevlinaDas表示，该发明的灵感来自于当前的水资源利用现状。“SALINO”海水淡化技术的全过程由太阳能和电吸附来提供能量。在消耗水量方面，目前正在流行的反渗透技术比SALINO技术的消耗水量要高30-40%，所以SALINO技术可以实现更低的成本和更高的效率。当谈到其发明的独特性时，DevlinaDas表示，目前全球海水淡化项目普遍采用反渗透膜技术，而这种技术不但浪费水，同时还浪费了大量能源。她说：“SALINO是一种更加节能的新方法，同时也不需要建设任何大型的建筑。DevlinaDas指出，SALINO技术把社区定为服务目标，可以为其提供净化的饮用水。在未来3年，DevlinaDas计划用获得的25000美元奖金建设一个海水淡化示范项目并希望该发明可以使更多水资源紧缺的地区获益。
上海应物所取得碳纳米管海水淡化技术新突破
       目前，利用碳纳米管复合膜进行海水淡化的技术有了新的突破。从理论上看来，碳纳米管似乎非常适合应用于海水淡化领域。因为通过此前科学家们的分子模拟显示，离子在较窄的碳纳米管中遇到较大的能垒而不能通过，而水则没有遇到这样的能垒可顺利通过，所以科学家们一直期待可以通过使用较窄的碳纳米管制备得到的复合膜来大大地降低海水淡化成本，从而为人们提供更多的淡水。但事实上，该技术的除盐能力一直没有得到充分的验证。
中国上海应用物理研究所方海平博士等研究人员认为他们已经发现了为什么碳纳米管除盐能力始终没有达到理论水平的秘密，并提出了相应的解决办法。方海平和他参与研究的同事认为，该技术存在的主要问题在于如果碳纳米管足够窄，则水中的盐分被阻挡不能通过，而这些管道也可能被水中的离子阻塞而导致水也无法通过。他们认为，此前对于碳纳米管用于海水淡化的模拟对于离子和碳纳米管之间的相互作用力描述的并不充分。
通过模拟发现，经过改造的碳纳米管的水通过率可以达到40%左右。另一种思路是，通过向碳纳米管施加一个强大的电场可以把离子移位。但方海平和其同事们更喜欢第一种思路，即防止碳纳米管被阻塞。方海平解释说：“这种方法不需要消耗能源，同时也不需要配置大型的设备来产生强大的电场，可以使海水淡化过程更加方便。”