住建部 | 飲用水廠加強(qiáng)病毒去除與控制的運(yùn)行管理建議
昨天 10:5510
談?wù)劄槭裁匆愫Ｋ?/h1>
來(lái)源:海洋世界傳播 作者:海邊思源 2020/2/11
關(guān)鍵詞:海水淡化工程 海水脫鹽 蒸餾法
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國(guó)際氣象節(jié)談海水淡化？
是的，沒(méi)跑題，耐住性子，看看分析——
因?yàn)槿驓夂蜃兓?/strong>
根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的說(shuō)法，現(xiàn)在有大量證據(jù)表明氣候系統(tǒng)變暖是毫無(wú)疑問(wèn)的。
目前全球平均溫度比一個(gè)世紀(jì)前高了0.74℃，聽(tīng)起來(lái)可能并不太多。
然而，在世界的許多地區(qū)，這個(gè)微小的變化足以改變降雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，使得夏季更干燥、更悶熱，湖泊蒸發(fā)得更快，從而引發(fā)更多的干旱，對(duì)全球淡水供應(yīng)也將產(chǎn)生越來(lái)越大的影響。
那么，我們的水會(huì)不會(huì)用完呢？
許多人會(huì)說(shuō)：胡說(shuō)！我們的地球被稱為“藍(lán)色星球”。而且大多數(shù)水在被消耗后還會(huì)自然再生，怎么可能會(huì)用完呢？
然而，根據(jù)聯(lián)合國(guó)的數(shù)據(jù)，到2025年，將有18億人面臨“絕對(duì)缺水”的局面，全球三分之二的人口可能面臨淡水供應(yīng)緊張或限制。
首先，地球上大約97%的水是咸的，并不適合農(nóng)業(yè)或人類飲用。此外，絕大多數(shù)的淡水都被凍在極地冰囊里，其余大部分都在土壤中，或者在地下深處，無(wú)法獲取，可供人類和其他所有陸地生命飲用的淡水少得可憐。
不幸的是，隨著全球氣溫升高，氣候變暖，飲用水和灌溉用水的需求量都將增加。在20世紀(jì)，人類對(duì)淡水的消耗增加了9倍，而以前由雨水自然灌溉的農(nóng)作物則需要采用人工灌溉。
中國(guó)有多缺水？
我國(guó)水資源總量為2.8萬(wàn)億立方米，居世界第6位，但人均水資源量只是世界人均水資源量的四分之一，每畝耕地水量也只有世界平均值的三分之二，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。
中國(guó)水資源的時(shí)空分布很不均勻，就空間分布來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)，水資源約占全國(guó)水資源總量的80％，但耕地面積僅為全國(guó)的36％左右，黃河、淮河、海河流域，水資源只有全國(guó)的8％，而耕地則占全國(guó)的40％。
中國(guó)用全球7％的水資源養(yǎng)活了占全球21％的人口，據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，中國(guó)缺水的高峰將在2030年出現(xiàn)，那時(shí)人口將達(dá)到16億，全國(guó)實(shí)際可利用水資源量接近合理利用水量上限，水資源開(kāi)發(fā)難度極大，若不采取有效措施，屆時(shí)因缺水造成的損失將更加巨大。
海水淡化真的不錯(cuò)！
據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)，目前有超過(guò)20億人得不到生活所需的干凈淡水，這也是導(dǎo)致每年200萬(wàn)人死亡的間接原因，而這些人很多卻都生活在具有漫長(zhǎng)海岸線的國(guó)家。
常識(shí)告訴我們，人是不能喝海水的，但是生活在海里的生物卻有其獨(dú)特的“海水淡化裝置”。
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魚在吃東西的時(shí)候，部分海水就會(huì)隨食物進(jìn)入腹中。但魚的皮膚表層、口腔黏膜、鰓以至所有細(xì)胞的膜都存在一種半滲透薄膜，可以讓含鹽量低的水向含鹽量高的水那一邊滲透，直至兩邊含鹽量相等為止。
魚體中的含鹽量比海水低，因此魚體中的水會(huì)自動(dòng)向體外滲出。為了補(bǔ)償滲出的水并且保持體內(nèi)一定的含鹽量水平，魚鰓里的排鹽細(xì)胞可以把大量的鹽分從血液中不間斷地提取出來(lái)，隨同黏液以高濃度狀態(tài)傳至鰓腔里，再流出體外。
紅樹林也有著類似的適應(yīng)能力，比如真紅樹（屬于紅樹科）通常生長(zhǎng)在海水淹沒(méi)最嚴(yán)重的沿海環(huán)境中，它們的根具備天然的海水淡化功能，可以通過(guò)專門的過(guò)濾器將水吸收到體內(nèi)。這種方式使真紅樹可以選擇哪些分子可以進(jìn)入體內(nèi)，哪些需要被過(guò)濾掉。在這個(gè)系統(tǒng)的加持下，99%的鹽分在根部就會(huì)被過(guò)濾掉。
我們?cè)趺催M(jìn)行海水淡化？
目前人們已研究出了多種海水淡化方法，比較常用的實(shí)現(xiàn)海水脫鹽的方法主要有三種：蒸餾法、冷凍法和反滲透法。
蒸餾法是最古老的海水淡化方法，工藝較成熟。首先把海水加熱到100℃，使海水冒出水蒸氣，然后讓那些不含鹽分的水蒸氣通過(guò)特別的管子跑到專門預(yù)備的冷凝裝置里。到了那里，水蒸氣變成了一滴滴小水珠，這些小水珠聚集在一起就成了淡水。蒸餾法簡(jiǎn)單但耗時(shí)，而且得到的淡水十分有限，所消耗的能源也特別多。
蒸餾法
為了減少能源消耗，人們創(chuàng)造了水電聯(lián)產(chǎn)這種把發(fā)電與海水淡化結(jié)合為一體的、更為先進(jìn)的辦法。這種方法是把大中型海水淡化廠與火力發(fā)電廠相結(jié)合，利用電廠余熱作為淡化裝置的主要能源。這樣，海水淡化的成本便大為降低。
那冷凍法是怎樣的呢？我們知道，含鹽的液體是不易結(jié)冰的，海水雖然是咸的，但它依然會(huì)結(jié)冰，人們對(duì)此疑惑不解。后來(lái)，人們嘗試著把海水冰凍，發(fā)現(xiàn)海水不但會(huì)結(jié)冰，而且結(jié)出的冰并不咸。原來(lái)當(dāng)海水不完全凝結(jié)時(shí)，它會(huì)分成幾乎不含鹽的冰和濃縮的鹽水。人們把冰從鹽水中分離出來(lái)，便是冷凍法。
國(guó)際氣象節(jié)談海水淡化？
是的，沒(méi)跑題，耐住性子，看看分析——
因?yàn)槿驓夂蜃兓?/strong>
根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的說(shuō)法，現(xiàn)在有大量證據(jù)表明氣候系統(tǒng)變暖是毫無(wú)疑問(wèn)的。
目前全球平均溫度比一個(gè)世紀(jì)前高了0.74℃，聽(tīng)起來(lái)可能并不太多。
然而，在世界的許多地區(qū)，這個(gè)微小的變化足以改變降雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，使得夏季更干燥、更悶熱，湖泊蒸發(fā)得更快，從而引發(fā)更多的干旱，對(duì)全球淡水供應(yīng)也將產(chǎn)生越來(lái)越大的影響。
那么，我們的水會(huì)不會(huì)用完呢？
許多人會(huì)說(shuō)：胡說(shuō)！我們的地球被稱為“藍(lán)色星球”。而且大多數(shù)水在被消耗后還會(huì)自然再生，怎么可能會(huì)用完呢？
然而，根據(jù)聯(lián)合國(guó)的數(shù)據(jù)，到2025年，將有18億人面臨“絕對(duì)缺水”的局面，全球三分之二的人口可能面臨淡水供應(yīng)緊張或限制。
首先，地球上大約97%的水是咸的，并不適合農(nóng)業(yè)或人類飲用。此外，絕大多數(shù)的淡水都被凍在極地冰囊里，其余大部分都在土壤中，或者在地下深處，無(wú)法獲取，可供人類和其他所有陸地生命飲用的淡水少得可憐。
不幸的是，隨著全球氣溫升高，氣候變暖，飲用水和灌溉用水的需求量都將增加。在20世紀(jì)，人類對(duì)淡水的消耗增加了9倍，而以前由雨水自然灌溉的農(nóng)作物則需要采用人工灌溉。
中國(guó)有多缺水？
我國(guó)水資源總量為2.8萬(wàn)億立方米，居世界第6位，但人均水資源量只是世界人均水資源量的四分之一，每畝耕地水量也只有世界平均值的三分之二，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。
中國(guó)水資源的時(shí)空分布很不均勻，就空間分布來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)，水資源約占全國(guó)水資源總量的80％，但耕地面積僅為全國(guó)的36％左右，黃河、淮河、海河流域，水資源只有全國(guó)的8％，而耕地則占全國(guó)的40％。
中國(guó)用全球7％的水資源養(yǎng)活了占全球21％的人口，據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，中國(guó)缺水的高峰將在2030年出現(xiàn)，那時(shí)人口將達(dá)到16億，全國(guó)實(shí)際可利用水資源量接近合理利用水量上限，水資源開(kāi)發(fā)難度極大，若不采取有效措施，屆時(shí)因缺水造成的損失將更加巨大。
海水淡化真的不錯(cuò)！
據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)，目前有超過(guò)20億人得不到生活所需的干凈淡水，這也是導(dǎo)致每年200萬(wàn)人死亡的間接原因，而這些人很多卻都生活在具有漫長(zhǎng)海岸線的國(guó)家。
常識(shí)告訴我們，人是不能喝海水的，但是生活在海里的生物卻有其獨(dú)特的“海水淡化裝置”。
▼
魚在吃東西的時(shí)候，部分海水就會(huì)隨食物進(jìn)入腹中。但魚的皮膚表層、口腔黏膜、鰓以至所有細(xì)胞的膜都存在一種半滲透薄膜，可以讓含鹽量低的水向含鹽量高的水那一邊滲透，直至兩邊含鹽量相等為止。
魚體中的含鹽量比海水低，因此魚體中的水會(huì)自動(dòng)向體外滲出。為了補(bǔ)償滲出的水并且保持體內(nèi)一定的含鹽量水平，魚鰓里的排鹽細(xì)胞可以把大量的鹽分從血液中不間斷地提取出來(lái)，隨同黏液以高濃度狀態(tài)傳至鰓腔里，再流出體外。
紅樹林也有著類似的適應(yīng)能力，比如真紅樹（屬于紅樹科）通常生長(zhǎng)在海水淹沒(méi)最嚴(yán)重的沿海環(huán)境中，它們的根具備天然的海水淡化功能，可以通過(guò)專門的過(guò)濾器將水吸收到體內(nèi)。這種方式使真紅樹可以選擇哪些分子可以進(jìn)入體內(nèi)，哪些需要被過(guò)濾掉。在這個(gè)系統(tǒng)的加持下，99%的鹽分在根部就會(huì)被過(guò)濾掉。
我們?cè)趺催M(jìn)行海水淡化？
目前人們已研究出了多種海水淡化方法，比較常用的實(shí)現(xiàn)海水脫鹽的方法主要有三種：蒸餾法、冷凍法和反滲透法。
蒸餾法是最古老的海水淡化方法，工藝較成熟。首先把海水加熱到100℃，使海水冒出水蒸氣，然后讓那些不含鹽分的水蒸氣通過(guò)特別的管子跑到專門預(yù)備的冷凝裝置里。到了那里，水蒸氣變成了一滴滴小水珠，這些小水珠聚集在一起就成了淡水。蒸餾法簡(jiǎn)單但耗時(shí)，而且得到的淡水十分有限，所消耗的能源也特別多。
蒸餾法
為了減少能源消耗，人們創(chuàng)造了水電聯(lián)產(chǎn)這種把發(fā)電與海水淡化結(jié)合為一體的、更為先進(jìn)的辦法。這種方法是把大中型海水淡化廠與火力發(fā)電廠相結(jié)合，利用電廠余熱作為淡化裝置的主要能源。這樣，海水淡化的成本便大為降低。
那冷凍法是怎樣的呢？我們知道，含鹽的液體是不易結(jié)冰的，海水雖然是咸的，但它依然會(huì)結(jié)冰，人們對(duì)此疑惑不解。后來(lái)，人們嘗試著把海水冰凍，發(fā)現(xiàn)海水不但會(huì)結(jié)冰，而且結(jié)出的冰并不咸。原來(lái)當(dāng)海水不完全凝結(jié)時(shí)，它會(huì)分成幾乎不含鹽的冰和濃縮的鹽水。人們把冰從鹽水中分離出來(lái)，便是冷凍法。
冷凍法
把海水變淡的另一個(gè)主要方法是反滲透法。反滲透法是用一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的膜來(lái)過(guò)濾咸水。這種膜和平常有孔的過(guò)濾器不同，它是沒(méi)有孔的。其原理是對(duì)咸水施加足夠的壓力，鹽分等水合離子留了下來(lái)，而水卻能穿過(guò)膜，變成人們生活所需要的淡水。
反滲透海水淡化原理
中國(guó)目前的海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展如何？
近日，自然資源部海洋戰(zhàn)略規(guī)劃與經(jīng)濟(jì)司發(fā)布《2018年全國(guó)海水利用報(bào)告》。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，全國(guó)已建成海水淡化工程142個(gè)，產(chǎn)水規(guī)模120.17萬(wàn)噸/日，新增海水淡化工程5個(gè)，新增規(guī)模1.25萬(wàn)噸/日，最大海水淡化工程規(guī)模為20萬(wàn)噸/日，主要采用反滲透和低溫多效蒸餾海水淡化技術(shù)。
材料改進(jìn)才是未來(lái)
縱觀人類歷史可以清楚地發(fā)現(xiàn)，材料進(jìn)步往往意味著時(shí)代的更迭。大約40年前，我們憑借只有4000字節(jié)內(nèi)存的計(jì)算機(jī)將人類送上月球；40多年后的今天，一部智能手機(jī)日常就能處理640億字節(jié)的數(shù)據(jù)，這要?dú)w功于材料科學(xué)的巨大進(jìn)步。
海水是純凈水、鹽和其他礦物質(zhì)的混合物。當(dāng)海水經(jīng)過(guò)反滲透時(shí)，水被推著穿過(guò)一個(gè)濾膜，純凈水送往一個(gè)方向，而鹽分子則送往另一個(gè)方向。依然存留的被隔離含鹽爛泥成為濃鹽水，被送回到大海，也可使用同一過(guò)程將礦物質(zhì)或其他不要的物質(zhì)從原水中分離。
但是，不管分離的微粒是什么，基本的因素是濾膜。
海水淡化技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅猛，在各個(gè)領(lǐng)域都有不小的創(chuàng)新進(jìn)展。然而，即使薄膜材料取得重大改進(jìn)，反滲透過(guò)程仍需消耗大量新能源。如果要在產(chǎn)生能源的同時(shí)確保全球變暖不會(huì)加劇，能源生產(chǎn)所需的材料需要取得巨大突破。通過(guò)改進(jìn)相關(guān)材料，光伏、太陽(yáng)熱能、風(fēng)能等可再生能源均可受益。也許更為重要的是，通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)材料大幅改進(jìn)電池技術(shù)，使能源得以有效儲(chǔ)存和釋放，也讓可再生能源取代傳統(tǒng)能源指日可待。
自然資源在不斷消耗，人類社會(huì)對(duì)自然資源的需求卻在不斷增長(zhǎng)，由此引發(fā)了種種全球挑戰(zhàn)，這要求我們必須在諸多技術(shù)和社會(huì)領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新，才有可能盡量減少緊急事件。對(duì)于大多數(shù)最為緊迫的問(wèn)題，材料改進(jìn)是前景廣闊的解決方案之一。
原標(biāo)題:國(guó)際氣象節(jié)，談?wù)劄槭裁匆愫Ｋ?/p>
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