新技术助力海水淡化

  据近期英国《自然纳米技术》杂志报道，美国麻省理工学院研究人员日前利用纳米技术开发出可以手持的海水淡化装置。

  与传统的海水淡化方法相比，这一新型装置具有两大优点。一是淡化过程简洁，脱盐效果好。二是设备轻便，可以贴身携带，使用电池就可以工作。专家觉得这种新型装置为海水淡化在沿海干旱地区的普及铺平了道路。

  这种新装置代表了目前国际海水淡化的新技术与新思路。沙特阿拉伯国王科技大学环境科学与工程系海水淡化中心教授王鹏告诉《科学时报》记者，节省能源，减少相关成本，与环境和谐是未来国际海水淡化的发展趋势。

  海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术，愈来愈受到重视和支持，成为未来解决水危机的可行性方案和重要途径。

  据统计，世界上有150多个国家和地区开展了海水淡化工作，共有约14000座海水淡化厂。全球海水淡化日产量已达到6300多万吨，并且还在以每年10％～30％的速度攀升，其中80％用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题。

  国际上采用的海水淡化技术已达十来种，根据不同优势和特点因地制宜满足人类的生产、生活需要。这其中，蒸馏法、电渗析法、反渗透法达到了工业化规模生产应用，多为大型海水淡化项目采用。反渗透技术最大优点是节能，能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。因此，从1974年起，美、日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。

  在美国，海水淡化起步很早。第一个海水淡化工厂于1954年建于美国得克萨斯州，主要提供饮用水和农业用水，浓缩的海水有时也用来生产食用盐。

  美国海水淡化最发达的地方是加州。加州太平洋沿岸现约有20多个海水淡化工厂，大部分使用反渗透技术。然而据加州太平洋机构报道，即便再建8座海水淡化工厂，也只能满足南加州7％的水需求。

  面对日益严峻的用水形势，加州政府于2009年批准在圣地亚哥市建设一座西半球最大的海水淡化厂，2011年项目完工后可日供饮用水约2万吨，满足30万人每日需要量，相当于当地10%的饮用水需求。

  英国最大的海水淡化厂位于伦敦东部贝克顿，为伦敦和英国东南地区的居民供应自来水。这座厂首次采用改进后的四级反渗透技术，能将85%的盐水淡化为饮用水，效率和产能都得到提高。需要我们来关注的是，该公司以可再次生产的能源提炼自废弃食用油的“生物柴油”为燃料，日淡化能力达14万吨水，能够完全满足100万人口的日均需求。

  沙特阿拉伯海水淡化产量居世界第一。王鹏告诉《科学时报》记者，沙特目前超过50％的城市居民用水来自海水淡化，而淡化海水中95%来自热法除盐工程。在沙特东部的阿拉伯湾和西部的红海沿岸共有30多个大规模海水淡化和发电一体化工厂，利用多级闪蒸法，在淡化的同时以蒸汽带动涡轮机发电，以降低高昂的能耗成本。沙特财政部长说，每天大约有150万桶原油用于全国范围内的海水淡化，一旦能源价格走高，也将带动水价随之上涨。

  去年美国《国家地理》曾经做了一个专题：寻找海水淡化新技术。其主题是通过新科技找到更好的海水脱盐方法。

  该文章指出，在未来6年里，新兴的海水脱盐工厂每天可为全球供水量增加13亿加仑，相当于一条科罗拉多河的水量。研究人员目前正在研发至少三项能更加进一步降低能源消耗的海水淡化新技术。

  最适合商业化推广的，称为“正向渗透法”，让水通过多孔膜进入一种盐浓度甚至超过海水的溶液，但溶液里的特殊盐分很容易蒸发。此前在太空执行最后一次飞行任务的美国航天飞机亚特兰蒂斯号携带的两项实验任务之一即是正渗透技术。

  另外两种方法都在薄膜结构上有了创新和改进，一种用碳纳米管来做薄膜的小孔，另一种薄膜的孔，用引导水分子通过活细胞的细胞膜的蛋白质来构成。这样的薄膜结构与目前传统的脱盐半透膜相比，淡化海水的能力提高了5倍，平均每天每平方米薄膜能淡化几万升的海水。

  目前，美国科学家正在改造碳纳米管薄膜。他们正在尝试将碳纳米管阵列嵌入强性的聚合物里，比如目前在淡化海水中使用的聚碳酸酯。美国科学家胡默说：“这是一个快速的提升的领域。我相信这种碳纳米管薄膜很快就可以被制造出来。在水资源日益匮乏的时代，利用碳纳米管薄膜淡化海水意义重大。”

  沙特也在积极寻找着海水淡化的替代能源和新技术。今年年初，沙特公布了一项与IBM合作的研究发展计划，利用太阳能和纳米技术来淡化海水，有望将能源成本降低40%，进一步提升能效。

  该厂将建于沙特东北部城市阿尔卡夫及（Al-khafji），为淡化提供电力的超高聚光光伏发电技术，能效是目前一般光电设备的3倍。考虑到沙漠地带的高温状况，IBM研究人员设计的特殊工艺将使光电板在炙烤下也能长效抗热运行自如。该中心还将研究怎么样把先进的纳米渗透膜技术应用到淡水提取工艺中，使水分子更易和其他海水成分分离，将极大提高海水脱盐过程中反渗透膜的效能。这座沙漠中的太阳能海水淡化厂预计2012年建成，届时将可为本城10万户居民每日供应3万吨净化水。

  新技术的应用将大幅度提高沙特海水淡化工业的效率，有望将每吨淡化海水的成本控制在1.5里亚尔（约合2.7块钱）以内。有关研究计划为期3年，包括在沙特北部与科威特交界的海湾地区建立一个世界上顶级规模的太阳能海水淡化工厂，日产淡化海水3万吨，同时具备10兆瓦的发电能力。沙特另有8座海水淡化厂计划在建，新能源在沙漠王国的未来水源中扮演着逐渐重要的角色。

  王鹏表示，未来，利用太阳能、纳米技术等新技术是海水淡化减少相关成本走向大型化的趋势。