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在許多地方，包括南加州，氣候變化增加了干旱的威脅和對(duì)新的和持續(xù)的水資源的需求。高鹽度的水流，有時(shí)是海水，被考慮用來(lái)緩解這種稀缺性，但由于需要對(duì)這些水流進(jìn)行脫鹽，需要更高的能源投資。一些海水淡化設(shè)施與廢水回收設(shè)施相鄰，為協(xié)調(diào)這兩種不同的水資源提供了機(jī)會(huì)。南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院的研究人員探索了這種機(jī)會(huì)，以便在降低成本的情況下回收更多的水。

在發(fā)表于《海水淡化》的研究中，Gabilan科學(xué)與工程學(xué)院特聘教授Amy Childress、南加州大學(xué)維特比學(xué)院博士生Xin Wei和Teh Fu Yen博士早期職業(yè)講座的Kelly Sanders研究了當(dāng)前和未來(lái)的廢水處理方案，特別是在高鹽度的水流方面。目標(biāo)是：提供盡可能多的水供應(yīng)，使用盡可能少的能源并考慮到環(huán)境管理。

桑尼-阿斯塔尼土木與環(huán)境工程系教授柴爾德里斯說(shuō)："雖然飲用水再利用和海水淡化傳統(tǒng)上被認(rèn)為是供水組合的獨(dú)立部分，但考慮我們?nèi)绾位旌?a href='http://01tupian.cn/scljjfa.html' target='_blank' title='廢水處理'>廢水處理和海水淡化以滿足水和能源目標(biāo)，同時(shí)確保符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是有意義的。"

要了解這個(gè)機(jī)會(huì)，必須考慮當(dāng)前的背景。首先，廢水的鹽度正在增加，部分原因是水資源保護(hù)。這種鹽度較高的水流處理起來(lái)更加昂貴，可能需要進(jìn)行海水淡化處理。污水處理設(shè)施的進(jìn)步意味著海水淡化過(guò)程（如反滲透，通過(guò)半滲透材料過(guò)濾被污染的水，使其清潔）可以幫助相對(duì)有效地處理高鹽度水流。

利用現(xiàn)有的水壓

由于水資源保護(hù)和其他原因，廢水中的鹽度正在增加。例如，在沿海地區(qū)，海水會(huì)侵入廢水回收設(shè)施的基礎(chǔ)設(shè)施，也會(huì)增加鹽度。鹽度增加的直接影響是，你可能需要在更高的壓力下運(yùn)行現(xiàn)有的脫鹽工藝，或者你可能需要引入新的脫鹽工藝來(lái)處理水。

傳統(tǒng)上，較高鹽度的水流是一種較低優(yōu)先級(jí)的水資源，因?yàn)閷?duì)這種水流進(jìn)行淡化并對(duì)水進(jìn)行凈化以滿足環(huán)境和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)是多么的耗費(fèi)能源。然而，如果可以改造現(xiàn)有的脫鹽工藝或增加新的脫鹽工藝，利用脫鹽能力的高鹽度水流成為更可行的水流，以滿足供水需求。

有一些技術(shù)可以加裝到設(shè)施中。這些技術(shù)包括：能量回收裝置（ERD），利用海水淡化過(guò)程中輸出的鹽水中的能量，并將其應(yīng)用到新處理的水流中，以及閉路反滲透（CCRO），保持系統(tǒng)中的壓力，而不是將其釋放到產(chǎn)生的鹽水中。這有助于減輕額外的鹽分負(fù)擔(dān)，而不增加額外的能源負(fù)擔(dān)。

水回收的能源管理策略

鹽水的排放受到某些標(biāo)準(zhǔn)的管制，這意味著排放的水流的鹽度必須低于某些水平，很可能與海水的鹽度相似，即每升35克。最初，博士生Wei以滿足水流中鹽度濃度的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)為視角，專注于不同水源的水流混合。然而，最近她重新調(diào)整了研究方向，考慮不同的角度。

柴爾德里斯說(shuō)："Wei反過(guò)來(lái)考慮，如果我們可以通過(guò)以飲用水回用的方式使用廢水來(lái)滿足要求，而不是僅僅混合廢水流排放到海洋，我們是否可以回用它，并采取水資源，以便我們有這種額外的水供應(yīng)？"

在先進(jìn)的水凈化設(shè)施中，使用反滲透膜--施加壓力使水通過(guò)半透性材料，同時(shí)過(guò)濾掉污染物--來(lái)凈化水，已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為處理高鹽度的廢水流提供了機(jī)會(huì)。

水務(wù)部門的高能源成本導(dǎo)致許多水和廢水處理設(shè)施包括能源管理戰(zhàn)略。研究人員說(shuō)，例如，能源回收裝置通常與高鹽度反滲透工藝一起使用，以減少脫鹽過(guò)程的能源消耗。

能量回收裝置通過(guò)將（已經(jīng)處理過(guò)的）濃縮鹽水流中剩余的壓力轉(zhuǎn)移到進(jìn)水流中來(lái)減少能源消耗。研究人員說(shuō)，能量回收裝置可以減少海水反滲透脫鹽設(shè)施的能源消耗高達(dá)67%，這取決于操作條件。

先進(jìn)的水凈化設(shè)施正在考慮高回收反滲透工藝（例如閉路反滲透），以提高水的回收率，同時(shí)保持低能耗。進(jìn)水較咸的膜工藝需要更高的壓力（或能量）。在常規(guī)的反滲透過(guò)程中，壓力被固定在一個(gè)較高的水平，可以克服濃縮物的最終壓力。在閉路反滲透中，壓力逐漸增加，使其剛好高于所需壓力。利用時(shí)間變化的進(jìn)料壓力，閉路反滲透可能比能量回收裝置提供更大的能源節(jié)約。閉路反滲透的另一個(gè)好處是，它可以排放更少的水。

柴爾德里斯說(shuō)我們正在努力實(shí)現(xiàn)水處理的靈活性--評(píng)估水質(zhì)的差異，并使用不同的方法來(lái)處理該特定的水流，以獲得最大的效率和最少的浪費(fèi)。

水的未來(lái)

由于氣候變化導(dǎo)致的干旱繼續(xù)威脅著傳統(tǒng)水源，如何靈活和可持續(xù)地處理水資源的考慮變得越來(lái)越重要。

Childress說(shuō)我們不是創(chuàng)造一種新的技術(shù)或新的處理過(guò)程，而是尋找在協(xié)調(diào)相鄰設(shè)施中可能存在的協(xié)同作用--這是目前沒(méi)有做到的。

展望未來(lái)，以不同方式看待水可能是盡可能有效利用水的關(guān)鍵。像洛杉磯這樣的城市已經(jīng)開始采用一項(xiàng)名為 "一個(gè)水 "的倡議，其目的是將城市的所有水資源視為一個(gè)實(shí)體，并努力以更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)和更有益于社會(huì)的方式管理它們。

與其把水分為雨水和廢水和海水，不如說(shuō)它是所有需要處理的水，怎么樣？然后我們可以看看我們的系統(tǒng)，評(píng)估我們需要什么來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。像洛杉磯這樣的沿海城市的最終目標(biāo)是關(guān)閉水循環(huán)--不把水送入海洋，而是確定排放流中的每一種有價(jià)值的資源，并找到再利用的方法。現(xiàn)在，這樣做的成本太高，但希望這就是我們的方向。