可以拯救地球的新興水技術(shù)

李文

有哪些新興技術(shù)可以幫助人們克服清潔水的稀缺性？

人類發(fā)明水井是一個劃時代的革命，雖然水井在人們的生活中經(jīng)常被忽視。但是，利用水井獲取淡水資源，對于內(nèi)陸社區(qū)的擴(kuò)張至關(guān)重要，相關(guān)的歷史事件可以追溯到近1萬年前，比人類車輪發(fā)明還要早3000年。

水井技術(shù)只是人類一長串水技術(shù)的一個節(jié)點(diǎn)，它使人類社會能夠持續(xù)發(fā)展到今天。如今，先進(jìn)的管道網(wǎng)絡(luò)和水處理廠，為人類的生活和生產(chǎn)提供了靈丹妙藥。由于地球上有限的供水面臨巨大壓力，人類再次轉(zhuǎn)向技術(shù)創(chuàng)新。在水技術(shù)方面的新發(fā)明，將會成為21世紀(jì)人類文明不可或缺的部分。

納米過濾技術(shù)：根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)，全球每年有160萬人死于腹瀉，這是因?yàn)槿狈Π踩娘嬘盟约盎镜男l(wèi)生設(shè)施。印度的研究人員已經(jīng)提出了使用納米技術(shù)的水凈化系統(tǒng)來解決這個長期存在的問題。

該技術(shù)使用復(fù)合納米顆粒從水中去除微生物、細(xì)菌和其他物質(zhì)，復(fù)合納米顆粒會釋放出能夠破壞污染物的銀離子。 “我們的工作可以開始拯救生命，”印度馬德拉斯理工學(xué)院的費(fèi)勞帕·彼德普教授說， “每年只需2.50美元就可以為家庭提供微生物安全用水?！?/p>

這表明低成本的水凈化最終可能到來，并且具有商業(yè)化的可能。

膜化學(xué)：人類能夠使用一種特殊的膜對水進(jìn)行過濾和凈化，是現(xiàn)代水處理過程必不可少的一部分。用于過濾的膜孔可以只有10納米或20納米，比人類頭發(fā)絲的1/3000還細(xì)。

雖然膜化學(xué)技術(shù)已經(jīng)存在了好多年，但它仍然是深度研究和開發(fā)的源泉。 “化學(xué)有助于創(chuàng)新水處理的解決方案，例如將咸水轉(zhuǎn)化為適合人類使用的淡水。”北美第二大化學(xué)品生產(chǎn)和銷售公司巴斯夫公司（BASF）全球水資源開發(fā)負(fù)責(zé)人嚴(yán)尼克·弗維特說。

最近這方面研究的突破是，在五年內(nèi)將咸水淡化的成本從每立方米1美元降低到0.5美元到0.80美元之間。新的陶瓷膜技術(shù)有助于將水處理過程變得更加便宜。 “膜技術(shù)越來越重要，因?yàn)橄到y(tǒng)具有完整性，所有處理系統(tǒng)的壽命和成本都有所提高?！比蛐怨こ獭⒆稍兒徒ㄖ静紒砜?維奇（Black & Veatch）業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)鮑威爾·史蒂特解釋道。

海水淡化：雖然人們對海水淡化技術(shù)寄予厚望，但目前海水淡化仍然非常昂貴，反滲透技術(shù)消耗大量能源：每立方米水約消耗4千瓦時的能量。

新加坡正在探索的一個解決方案是，該國在2005年開設(shè)了第一個海水淡化工廠，該工廠是一個生物仿生工廠，即模仿生物的過程來對海水進(jìn)行淡化，主要模仿紅樹林植物和廣鹽魚（可以生活在新鮮淡水或咸水中的魚）的生物過程，以最小化海水淡化過程中的能量消耗。另一種新方法是使用增強(qiáng)水通道蛋白的仿生膜：嵌入細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)，選擇性地將水進(jìn)入或者排出細(xì)胞，同時阻斷鹽的出入。

新加坡公用事業(yè)委員會（PUB）首席技術(shù)官亨利·賽安說：“如果科學(xué)可以找到一種有效模仿這些生物過程的方法，那么海水淡化可能會產(chǎn)生創(chuàng)新的工程解決方案。海水淡化將可以創(chuàng)造奇跡?！?/p>

智能監(jiān)測：僅在發(fā)展中國家，估計(jì)每天在輸水管網(wǎng)中損失的水量多達(dá)4500萬立方米。輸水管網(wǎng)的跑、冒、滴、漏不僅對供水公司來說成本高昂，而且還會增加水資源短缺的緊張壓力，并增加污染物滲入供水系統(tǒng)的可能性。

全球管網(wǎng)泄漏探測公司梅格公司（SebaKMT）業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)戴爾·哈特立表示：“當(dāng)多達(dá)60%的輸送水源下落不明時，投入數(shù)十億美元用于修建額外的水庫和水處理廠似乎并不是明智之舉。”

新的監(jiān)測技術(shù)可幫助供水公司確保其龐大供水網(wǎng)絡(luò)的完整性。電子儀器，例如壓力和聲學(xué)傳感器等，可以實(shí)時無線連接到集中式和基于云的監(jiān)控系統(tǒng)中，將使公司能夠更快地檢測和查明輸水管網(wǎng)中的泄漏情況。

智能灌溉：世界上大約70%的淡水被用于農(nóng)業(yè)。通過部署精準(zhǔn)的灌溉系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)算法和建設(shè)模型，采用更智能的方法進(jìn)行灌溉用水管理，已經(jīng)開始為發(fā)達(dá)國家的農(nóng)民帶來好處。然而，雖然這種方法包含新的儀器和分析技術(shù)，但是這種創(chuàng)新來自于思維方式的變化，強(qiáng)調(diào)測量和預(yù)測的重要性。

“在過去，人們對測量所感受到的壓力并不大，因?yàn)槲覀儺?dāng)時的監(jiān)測所需要的技術(shù)含量并不高，”國際商用機(jī)器公司（IBM）智能水管理專家克來爾·何達(dá)克說，“對于水行業(yè)而言，智能灌溉是一種新思維，與其他人習(xí)慣于投入新的工程一樣。”

污水處理：工程措施仍然有一席之地。生活在城市地區(qū)的許多人，即使是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，仍然沒有對其污水進(jìn)行充分處理，污水廢水經(jīng)常在未經(jīng)處理時就被排放，流入河流、河口，或者被用作灌溉水源。

新技術(shù)有望將污水廢水轉(zhuǎn)化為能源，或者生產(chǎn)飲用水。例如，有一種模塊化混合活性污泥消化器，現(xiàn)在用于去除肥料水中的養(yǎng)分，并且將污水廢水處理所需的能量降低一半。

“人們迫切需要更緊湊的污水處理系統(tǒng)，以便在土地稀缺的城市地區(qū)建造新工廠，升級和擴(kuò)大現(xiàn)有設(shè)施?！比蛭鬯幚砉舅{(lán)水生物（Bluewater）公司董事會顧問戴維德·歐文博士說， 他是污水廢水處理專家。

移動處理設(shè)施：隨著全球液壓行業(yè)的擴(kuò)大，人們迫切需要一種能夠高度移動的水處理設(shè)施。人們投資建設(shè)反滲透裝置，可以使用這種裝置處理大量的水以提取出其中的氣體，然后將處理后的水體注入地下。

密歇根大學(xué)環(huán)境工程與企業(yè)家教授彼德·安德斯說：“隨著性價比更合適新產(chǎn)品的開發(fā)成功，將會在水處理行業(yè)產(chǎn)生連鎖效益。”安德斯補(bǔ)充說：“隨著這些技術(shù)的發(fā)展，人們學(xué)會處理大量的水，我們將看到更便宜、更加適合飲用的水處理系統(tǒng)，我們將開始擺脫大規(guī)模的集中型水處理系統(tǒng)。”