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反滲透是凈化海水的最常用方法之一，但該方法產(chǎn)生的效果有限。進(jìn)入系統(tǒng)的水約有20％至50％作為濃縮廢水保留下來(lái)。

現(xiàn)有幾種處理濃縮廢水的方法，包括將廢水注入封閉的地下井中，并使用面積很大的池塘蒸發(fā)廢水。然而，這些方法中的大多數(shù)都非常昂貴、費(fèi)時(shí)且耗能。

據(jù)外媒報(bào)道，亞利桑那大學(xué)工程師和科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種太陽(yáng)能脫鹽系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了多種類型的技術(shù)，包括聚光光熱技術(shù)，光伏技術(shù)和膜蒸餾技術(shù)，可以最大程度地從這些濃縮廢水中回收水。該過程以更低的成本使用更少的能源，并且可以為資源稀缺的內(nèi)陸地區(qū)（例如亞利桑那州）提供更多的水。美國(guó)能源部為此提供了50萬(wàn)美元的資金。

“同時(shí)使用CSP和PV的好處是，與僅使用PV或CSP的現(xiàn)有淡化系統(tǒng)相比，我們可以將能源效率提高一倍，”化學(xué)和環(huán)境工程學(xué)助理教授兼項(xiàng)目首席研究員KerriHickenbottom說道?！斑@種離網(wǎng)系統(tǒng)將使用可再生能源來(lái)改變我們處理高鹽度濃縮廢水的方式?！?/p>

化學(xué)和環(huán)境工程學(xué)的助理教授Andrea Achill和詹姆斯·懷恩特光學(xué)科學(xué)學(xué)院的教授Robert Norwood也參與了該項(xiàng)目。該項(xiàng)目使得該大學(xué)最近在2020年世界大學(xué)學(xué)術(shù)排名中在水資源領(lǐng)域獲得美國(guó)第一和全球第二的地位。

膜蒸餾

該小組正在使用光學(xué)科學(xué)中心的太陽(yáng)能測(cè)試臺(tái)進(jìn)行研究。他們還與附近的水和能源可持續(xù)技術(shù)中心（WEST Center）合作，該中心設(shè)有由Achilli監(jiān)督的反滲透系統(tǒng)，該系統(tǒng)會(huì)生成團(tuán)隊(duì)用于測(cè)試的濃縮廢水。

該太陽(yáng)能脫鹽系統(tǒng)使用“膜蒸餾”的過程來(lái)凈化濃縮廢水，該過程涉及在疏水微孔膜上產(chǎn)生溫度梯度。膜較熱側(cè)的濃縮廢水流在膜表面蒸發(fā)，通過膜孔，并在膜較冷側(cè)冷凝為純凈水，從而分離污染物。這種特殊的膜類似于Gore-Tex織物，可以使汗液通過織物蒸發(fā)，但不允許水或其他水分進(jìn)入。然后，他們將使用一種新穎的方法將剩余的廢水從液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。

“我們實(shí)際上正在開發(fā)一種新型的結(jié)晶技術(shù)，這樣我們就可以提高膜通過的驅(qū)動(dòng)力，回收濃縮流中的其他資源（如農(nóng)業(yè)肥料和道路除冰劑）并實(shí)現(xiàn)零液體排放，”Hicken bottom說。

即使?jié)饪s結(jié)晶后的材料不可用于其他應(yīng)用，將其固化而不是將其保持在液體廢物流中也可以使它們更容易運(yùn)輸且成本更低。

系統(tǒng)原理

光熱發(fā)電和光伏發(fā)電都是利用太陽(yáng)能發(fā)電的方法，但是它們的轉(zhuǎn)換途徑不同。光伏是使用半導(dǎo)體材料將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能。光熱是一個(gè)分為兩個(gè)步驟的過程，其中涉及使用鏡子聚集太陽(yáng)的熱量，然后使用汽輪機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)將熱量轉(zhuǎn)換為電能。

太陽(yáng)能海水凈化系統(tǒng)早有先例，但是這些系統(tǒng)單獨(dú)使用光熱或光伏技術(shù)。之前有人利用光伏技術(shù)發(fā)電，然后將其轉(zhuǎn)換成熱能。該混合系統(tǒng)使用了由諾伍德的ARPA-EFOCUS計(jì)劃開發(fā)的太陽(yáng)能光熱、光伏和膜蒸餾技術(shù)。光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能運(yùn)行著輔助設(shè)備，例如泵，風(fēng)扇和控制系統(tǒng)，而光熱技術(shù)產(chǎn)生的太陽(yáng)能直接用于加熱水。該系統(tǒng)的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它可以在離網(wǎng)地區(qū)（例如，美國(guó)原住民保留地）單獨(dú)運(yùn)行。

“當(dāng)從一種能量形式轉(zhuǎn)換為另一種能量形式時(shí)，效率會(huì)降低，因此，我們光伏光熱混合系統(tǒng)的效率是僅使用光伏或光熱的系統(tǒng)效率的兩倍左右?！盚ickenbottom說,“通過光熱系統(tǒng)的跟蹤方法來(lái)增加光伏的電能生產(chǎn)，我們還可以減少整個(gè)系統(tǒng)的占地面積和成本?！?/p>

研究人員已將其技術(shù)提交給美國(guó)能源部贊助的“美國(guó)制造挑戰(zhàn)性海水淡化獎(jiǎng)”。為期四階段的競(jìng)賽提供了超過900萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金，旨在推動(dòng)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的熱脫鹽技術(shù)的發(fā)展。