未來(lái)之水

薩姆·基恩/文+蘇鷹/譯

在全球變暖的今天，我們?cè)鯓诱业阶銐虻乃?/p>

想象一下打開(kāi)水龍頭而沒(méi)有水流出的場(chǎng)景，或是低頭看看村莊中唯一一口布滿灰塵的枯井。很快，大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家將面臨如此困境。據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，全球12億人口正遭遇嚴(yán)重水資源短缺，未來(lái)十年中，這個(gè)數(shù)字可能將增至18億，氣候變化是導(dǎo)致水資源短缺的原因之一。

然而，發(fā)達(dá)國(guó)家也不能幸免。加州等美國(guó)西部地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了極度干旱，而氣候?qū)＜业木靖钊藫?dān)憂——極度干旱的氣候可能持續(xù)數(shù)十年。未來(lái)可能發(fā)生大規(guī)模的人口遷徙或水資源戰(zhàn)爭(zhēng)。

要避免悲劇，就得節(jié)約，尤其是在水資源消耗量占人類用水總量三分之二的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。另外，維護(hù)好基礎(chǔ)設(shè)施也很重要：一些發(fā)展中國(guó)家因?yàn)樗芷屏褤p失了一半的水。但是節(jié)約和維修并不能完全扭轉(zhuǎn)缺水的現(xiàn)狀，尤其是在當(dāng)下全球變暖、城市化速度加快的情況下。因此，各國(guó)政府正在對(duì)新的水循環(huán)和水收集技術(shù)進(jìn)行投資。我們未來(lái)的水，將會(huì)從哪里來(lái)呢？

海水過(guò)濾

顯然，喝海水將成為解決缺水問(wèn)題的一個(gè)辦法。海水脫鹽方案——即去除海水中的鹽分——存在諸多優(yōu)勢(shì)。全世界大約一半人口居住在海岸線65英里以內(nèi)，且海水占全球水資源總量的97%。

目前，海水脫鹽技術(shù)仍需完善。很多中東國(guó)家的老工廠通過(guò)加熱海水、收集蒸汽來(lái)提取淡水。這種方法需要耗費(fèi)大量能源。而新工廠則通過(guò)反滲透裝置提取淡水：海水在高壓下通過(guò)滲透膜脫鹽。新方法更實(shí)用，但依然耗能且昂貴。新式脫鹽法還會(huì)制造出鹽廢物，如果沒(méi)有妥善處理，可能會(huì)危及海中生物的生命。

我們現(xiàn)在可以期待看到更多的海水脫鹽工廠了——比如以色列建立了4個(gè)大型反滲透法海水脫鹽工廠，其成功先例引得其他國(guó)家紛紛效仿。以色列公司投資10億美元建立的海水脫鹽工廠即將在圣迭戈北部落成;屆時(shí)，它將成為西半球最大的海水脫鹽工廠，每天為加州人供給5000萬(wàn)加侖水。

廢水循環(huán)利用

比起海水脫鹽法，一些專家更贊成廢水循環(huán)利用——把洗澡用水、清洗機(jī)器用水以及廁所用水去污過(guò)濾，并再次利用。

大多數(shù)水循環(huán)工廠分兩個(gè)步驟清潔廢水。第一步，讓廢水在高壓下通過(guò)過(guò)濾器。這些過(guò)濾器的孔隙比人的頭發(fā)還要細(xì)幾百倍，可以過(guò)濾掉廢水中的廢物顆粒、有機(jī)化學(xué)物質(zhì)、細(xì)菌、病毒以及其他污物。第二步，用過(guò)氧化氫、臭氧或紫外線脈沖消滅所有滲出過(guò)濾器的病菌。

水循環(huán)是一項(xiàng)成熟技術(shù)：加州每天循環(huán)利用幾千萬(wàn)加侖廢水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉。那么，是什么阻止人們把循環(huán)過(guò)濾后的處理水直接作為生活用水呢？是人們的心理作用。喝掉經(jīng)過(guò)處理的廢水，讓很多人感到惡心。他們認(rèn)為這些再循環(huán)利用的處理水是不潔凈的，其潔凈程度也許僅僅比廁所用水高一點(diǎn)而已。

然而事實(shí)是，循環(huán)水是最潔凈的飲用水來(lái)源之一——與瓶裝飲用水的質(zhì)量相當(dāng)，甚至更好。俄勒岡州和加州的啤酒廠曾計(jì)劃用再循環(huán)水做啤酒，正是基于這個(gè)原因——處理水非常干凈，沒(méi)有任何異味。再循環(huán)水比大多數(shù)自來(lái)水都要潔凈。比如說(shuō)，密西西比河的水到達(dá)新奧爾良之前，河流經(jīng)過(guò)的城市就已經(jīng)幾次循環(huán)利用過(guò)河水了。而在這些廢水成為民用自來(lái)水之前，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了比水循環(huán)工廠過(guò)濾還要嚴(yán)格的凈化環(huán)節(jié)。

新加坡和納米比亞幾年來(lái)在應(yīng)用水循環(huán)技術(shù)的進(jìn)程中，從未發(fā)現(xiàn)居民用了處理水而導(dǎo)致疾病的案例。美國(guó)航空航天局2008年開(kāi)始在國(guó)際空間站應(yīng)用水循環(huán)技術(shù)。（空間站的俄羅斯宇航員不循環(huán)使用自己的尿液，但是他們把便袋給美國(guó)人進(jìn)行循環(huán)利用。）在美國(guó)，德克薩斯州和新墨西哥州等干旱地區(qū)已經(jīng)應(yīng)用了水循環(huán)技術(shù)。圣迭戈城大部分的供水依靠幾近干涸的河流。2014年，該城市政府投資30億美元建設(shè)水循環(huán)工廠，2035年后，水循環(huán)工廠生產(chǎn)的處理水可以供給城市三分之一的自來(lái)水，總量約為8300萬(wàn)加侖。1998年，圣迭戈市政府曾經(jīng)否決了水循環(huán)的提議，但這一次，他們除了利用這個(gè)辦法解決缺水問(wèn)題，別無(wú)他法。

微生物凈水

未來(lái)，水循環(huán)工廠也許可以利用微生物去除廢水中的有機(jī)化學(xué)廢物，而不是依靠傳統(tǒng)的過(guò)濾器凈水。微生物凈水有一個(gè)額外的好處：產(chǎn)電微生物還能提供電力。

產(chǎn)電微生物在消化廢水污物的同時(shí)，還能釋放電力。產(chǎn)電是自然界的常見(jiàn)現(xiàn)象——例如光合電子傳遞。與植物不同，產(chǎn)電微生物不在體內(nèi)儲(chǔ)存電子，而是利用微生物像頭發(fā)一般的附屬肢體讓電子沉積在物體表面，比如礦物質(zhì)的表面。在實(shí)驗(yàn)用的燃料電池中，科學(xué)家用電線和收集來(lái)的電子取代礦物質(zhì)。也許這些微生物將來(lái)可以聚集足夠的電力，供給水循環(huán)工廠，實(shí)現(xiàn)自給自足。

塑料網(wǎng)和油膜

一些管理水的方法看似簡(jiǎn)單，但是前景廣闊。比如說(shuō)，在干旱平原地區(qū)生活的居民，可以在兩點(diǎn)之間拉一張密集的塑料網(wǎng)，霧來(lái)時(shí)，就能收集到水分，然后將水滴儲(chǔ)存在儲(chǔ)蓄槽中。危地馬拉的一個(gè)小村落，每天運(yùn)用水收集系統(tǒng)收集6300升水，在濕潤(rùn)的季節(jié)，他們收集的水量會(huì)更多。科學(xué)家認(rèn)為，運(yùn)用孔隙更小的材料或是更先進(jìn)的制作方法，這種塑料網(wǎng)收集的水量將大幅度增加。人們可以用這些收集來(lái)的水灌溉花園、種植糧食。想象一下，在多霧的舊金山，每個(gè)房頂上都有一片菜地。

油膜保護(hù)也是一個(gè)科技含量低卻有效的方法。儲(chǔ)水器中大量的水通過(guò)蒸發(fā)流失：在某些情況下，人們用掉的水甚至不如蒸發(fā)掉的水多。用薄膜覆蓋水表面，可以有效防止水通過(guò)蒸汽流失。薄膜甚至只需要一個(gè)分子的厚度，就能產(chǎn)生效果。油膜的材料可以取自沒(méi)有毒性的化學(xué)品，例如椰子油或棕櫚油。

風(fēng)可能會(huì)破壞油膜，讓水重新暴露在天然環(huán)境中。但是，以后裝有傳感器的無(wú)人機(jī)或軟式小型飛船都可以隨時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)水器，發(fā)出油膜破損的信號(hào)。最近，一項(xiàng)測(cè)試表明，用船把油膜撒到德克薩斯州的一個(gè)湖中，可以減少15%的水蒸發(fā)量。

人工降雨

改變天氣是所有現(xiàn)代節(jié)水方法中最冒險(xiǎn)的方法之一。比如“云種散播”，就是將碘化銀等化學(xué)制劑噴灑在云朵上，而水分子就會(huì)聚集在這些制劑顆粒的周圍，水分子聚集得多了，就會(huì)形成降雨或降雪。

至少，這在理論上可行。第一次大型實(shí)驗(yàn)是在上世紀(jì)40年代，人們看到云種散播的效果后激動(dòng)萬(wàn)分。但近來(lái)，改變天氣做法的可靠性遭到質(zhì)疑。懷俄明州的一項(xiàng)6年科研項(xiàng)目表明，人工降雨的方法只能增加5%-15%的降水量。不幸的是，只有30%的時(shí)間符合人工降雨的條件。所以，降水增加的總比例只有約3%。不過(guò)，聊勝于無(wú)，尤其是在干旱時(shí)期。總之，人工降雨技術(shù)還不足以成熟到長(zhǎng)期廣泛地應(yīng)用于實(shí)踐中。

太空采水

如果地球的水資源消耗殆盡，我們可能就要從行星或彗星上采水了。科學(xué)家已經(jīng)在這些星球上安置了探測(cè)器用于研究。將來(lái)，人們可能在這些星球的深處挖掘水，甚至把水帶回地球。盡管這聽(tīng)起來(lái)像是天方夜譚，但太空資源采集公司已經(jīng)存在，行星資源公司就是其中之一，他們準(zhǔn)備在十年后開(kāi)始采集行星資源。

據(jù)行星資源公司估算，一個(gè)直徑1600英尺的行星能挖掘出的白金，比人類歷史上挖掘出的白金總量還多。但是太空資源采集公司的真正目標(biāo)是行星上的水資源。一些天文學(xué)家認(rèn)為，位于木星和火星之間的塞雷斯行星的含水量（比如冰）比地球總含水量還多。行星上收集的水不僅能用來(lái)為人類解渴，還能轉(zhuǎn)化為宇宙飛船的燃料。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，太空采水不但能解決人類的當(dāng)務(wù)之急，還能為人類探索太空提供更多的可能。

[譯自美國(guó)《大西洋月刊》]