剑15中出现了一篇关于净化水的文章,主要讲述了利用太阳能提取净水的问题。在看这篇文章之前,我们先来了解下这个话题的一些背景知识吧。
全球范围的水资源问题越来越严重,造成水资源短缺的原因主要有以下几点:
1、人口增长过快:随着经济的发展,物质生活的改善,出现人口大爆(population explosion),对自然资源的消耗也是惊人的。
2、时空分布不均:世界上有2/3的人口住的地区每年至少会有一个月时间的干旱,一些干旱地区(arid area)以及一些四面环海的岛国,都是相当缺水的(water shortage/scarcity)。
3、工农业发展需求大,伴随浪费和污染严重的问题。
4、生态环境恶化,干旱(drought)频率增加。随着全球变暖等生态问题的不断发展,全球气候系统出现异常,爆发干旱的频率也随之增加。
面对水资源的短缺问题,污水处理(sewage disposal)能够帮助解决水污染问题,促进水资源的循环利用。但大规模解决饮用水的问题目前还是依靠海水淡化(desalination)。
最初是航海的兴起推动了海水淡化的发展,早在16世纪末,人们就已经会用简单的蒸馏器蒸发海水提取淡水了。到如今,海水淡化的方法已经发展到了数十种,常见的主要是蒸馏法(又称热法)和反渗透法(又称膜法)。
1、蒸馏法 (distillation)：
这种方法的原理是通过热源，加热饱和盐水使其部分蒸发，蒸汽生成淡水实现盐水分离。通过这种方法所得的淡水水质较高,且能够处理的海水含盐量从几百毫克/升到几万毫克/升不等。所以,蒸馏法的应用场合较广。
目前蒸馏法的海水淡化装置主要有多级闪蒸(multi-stage flash)技术、蒸汽压缩蒸馏法(Vapor Compression)、设备蒸馏法(multi-effect)
2、反渗透膜法(reverse osmosis membrane)：
该法原理是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜(semipermeable membrane)，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。
反渗透法的技术发展非常快,且具有能耗低(是蒸馏法的1/40),投资省,规模可大可小等优点,已经成为海水淡化的主要选择。海水淡化的各种方法都有各自的优点和缺点,不同地区或国家在选择哪种方法时往往还需要从地理环境因素、技术因素、经济因素、需求因素等方面进行具体考虑。
海水淡化的潜在问题
无疑,海水淡化给很多国家带来了福音,尤其是一些发展中国家。但我们也必须解决海水淡化的潜在严重缺点，主要是海水淡化污染排放对生态环境的负面影响。海水淡化会产生浓盐水(strong brine)、添加剂等多种废弃物，目前多直接排入海洋，如大规模生产将对生态环境造成不容忽视的影响。
在目前技术条件下，淡化海水产生的高盐废水(high salinity wastewater)盐度比海水增加约1倍，一般有直排入海和用于化工制盐两种处理方式。制盐方式由于受占地、盐场接纳能力(capacity)、市场需求等因素限制，一般很少采用。高浓度盐水被排入海洋后，海水含盐度进一步增加，当这个海域温度增加后，它们一起降低了溶解氧水平，被称为‘缺氧’，这会影响这个区域的水生生物。一些耐盐性(salt tolerance)较差的海洋生物会因此死亡，这对海洋生物和海洋生态系统造成重大风险。同时也会造成渔业等海洋经济损失，一些国家和地区曾因此对受损渔民进行过赔偿。
未来海水淡化仍然可以发挥很大的作用,但人们还应该考虑到对环境的友好,替换能源的使用等等因素,做到可持续发展
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