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

現有(you)幾種處理(li)濃縮(suo)廢水的(de)方(fang)法，包括將廢水注入封閉的(de)地下(xia)井中，并使用面積很大(da)的(de)池塘蒸發廢水。然(ran)而，這些(xie)方(fang)法中的(de)大(da)多(duo)數都非常昂(ang)貴、費時且耗能。

據外媒報道，亞(ya)利(li)桑那大學(xue)工程(cheng)(cheng)師(shi)和(he)科學(xue)家組成的(de)(de)(de)團隊正在開發一種太陽能脫鹽系統(tong)(tong)，該系統(tong)(tong)結合了多種類型的(de)(de)(de)技術(shu)，包括(kuo)聚光(guang)光(guang)熱技術(shu)，光(guang)伏(fu)技術(shu)和(he)膜蒸餾技術(shu)，可(ke)以最大程(cheng)(cheng)度地(di)從這(zhe)些(xie)濃(nong)縮廢水(shui)中(zhong)回收水(shui)。該過程(cheng)(cheng)以更低的(de)(de)(de)成本使用更少的(de)(de)(de)能源，并且可(ke)以為(wei)資(zi)源稀缺的(de)(de)(de)內陸地(di)區（例如亞(ya)利(li)桑那州(zhou)）提供(gong)更多的(de)(de)(de)水(shui)。美國能源部為(wei)此提供(gong)了50萬美元的(de)(de)(de)資(zi)金(jin)。

“同(tong)時使(shi)用CSP和PV的好處(chu)是(shi)，與僅使(shi)用PV或CSP的現有淡化系統(tong)相比，我(wo)們可(ke)以將能(neng)源(yuan)效(xiao)率提高(gao)一(yi)倍，”化學和環境工(gong)程學助理教(jiao)授兼(jian)項目首席研究員KerriHickenbottom說道。“這種離(li)網系統(tong)將使(shi)用可(ke)再(zai)生能(neng)源(yuan)來改變我(wo)們處(chu)理高(gao)鹽(yan)度濃縮廢水(shui)的方式。”

化學和(he)環境工程學的助理教(jiao)授Andrea Achill和(he)詹姆斯·懷恩(en)特光學科(ke)學學院(yuan)的教(jiao)授Robert Norwood也參與了該(gai)項目。該(gai)項目使得該(gai)大學最近在2020年世界大學學術排(pai)名中在水(shui)資源領域獲得美(mei)國第一(yi)和(he)全(quan)球第二(er)的地位(wei)。

膜蒸餾

該(gai)小組正在使(shi)用光學科學中(zhong)心(xin)的(de)(de)太(tai)陽能(neng)測試臺進行研究。他們還與(yu)附近的(de)(de)水和能(neng)源可持續(xu)技術(shu)中(zhong)心(xin)（WEST Center）合作，該(gai)中(zhong)心(xin)設有(you)由Achilli監督的(de)(de)反(fan)滲(shen)透系(xi)統(tong)，該(gai)系(xi)統(tong)會(hui)生成團隊用于測試的(de)(de)濃(nong)縮廢水。

該(gai)太陽能脫鹽(yan)系統使用“膜(mo)蒸(zheng)餾”的過(guo)(guo)程來凈化濃縮廢(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)，該(gai)過(guo)(guo)程涉及在(zai)疏水(shui)(shui)(shui)(shui)微孔膜(mo)上產生溫度梯度。膜(mo)較熱(re)側(ce)(ce)的濃縮廢(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)流在(zai)膜(mo)表(biao)面(mian)蒸(zheng)發(fa)，通過(guo)(guo)膜(mo)孔，并(bing)在(zai)膜(mo)較冷側(ce)(ce)冷凝為純凈水(shui)(shui)(shui)(shui)，從而分(fen)(fen)離污染物。這種特殊的膜(mo)類似(si)于Gore-Tex織物，可(ke)以使汗液(ye)通過(guo)(guo)織物蒸(zheng)發(fa)，但不允許水(shui)(shui)(shui)(shui)或其他水(shui)(shui)(shui)(shui)分(fen)(fen)進(jin)入。然后，他們將使用一種新穎的方法(fa)將剩余(yu)的廢(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)從液(ye)體轉變為固體。

“我們實(shi)際上正(zheng)在開發一種新型的(de)結晶技術，這樣(yang)我們就可以提高膜通過的(de)驅(qu)動力(li)，回收濃縮流中的(de)其他資源(yuan)（如(ru)農業肥料和道路除冰劑）并實(shi)現零液體排(pai)放，”Hicken bottom說。

即使(shi)濃縮結(jie)晶后(hou)的材料不(bu)可(ke)用(yong)于其他(ta)應用(yong)，將其固化而不(bu)是將其保持(chi)在液體廢物流中也可(ke)以使(shi)它們更(geng)容易運輸且成本更(geng)低。

系統原理

光熱發(fa)電(dian)和(he)光伏(fu)發(fa)電(dian)都是(shi)(shi)利(li)用太陽能發(fa)電(dian)的方法，但是(shi)(shi)它們的轉(zhuan)換途徑不同。光伏(fu)是(shi)(shi)使(shi)用半導體材(cai)料將太陽光直接轉(zhuan)換成電(dian)能。光熱是(shi)(shi)一(yi)個(ge)分為兩個(ge)步驟的過程，其中涉及使(shi)用鏡子聚(ju)集(ji)太陽的熱量，然(ran)后使(shi)用汽輪機(ji)及發(fa)動機(ji)將熱量轉(zhuan)換為電(dian)能。

太陽能(neng)(neng)海水凈化系統(tong)早有(you)(you)先例，但是這些系統(tong)單獨使(shi)用光(guang)(guang)熱(re)或(huo)光(guang)(guang)伏(fu)技術(shu)。之前(qian)有(you)(you)人利用光(guang)(guang)伏(fu)技術(shu)發(fa)(fa)電，然后將其轉換成(cheng)熱(re)能(neng)(neng)。該混合系統(tong)使(shi)用了由(you)諾伍德(de)的(de)ARPA-EFOCUS計劃開(kai)發(fa)(fa)的(de)太陽能(neng)(neng)光(guang)(guang)熱(re)、光(guang)(guang)伏(fu)和膜蒸(zheng)餾技術(shu)。光(guang)(guang)伏(fu)發(fa)(fa)電產生的(de)電能(neng)(neng)運行(xing)著輔助設備(bei)，例如泵，風(feng)扇和控制(zhi)系統(tong)，而光(guang)(guang)熱(re)技術(shu)產生的(de)太陽能(neng)(neng)直接用于加熱(re)水。該系統(tong)的(de)另一(yi)個(ge)主要(yao)優點是它可(ke)以在離網地(di)區（例如，美國原(yuan)住民保留地(di)）單獨運行(xing)。

“當從(cong)一種能量(liang)形式(shi)轉換為另(ling)一種能量(liang)形式(shi)時(shi)，效率(lv)會降低，因(yin)此，我(wo)們光(guang)(guang)伏(fu)光(guang)(guang)熱(re)混合系統(tong)的(de)(de)效率(lv)是僅使用光(guang)(guang)伏(fu)或光(guang)(guang)熱(re)的(de)(de)系統(tong)效率(lv)的(de)(de)兩倍(bei)左右(you)。”Hickenbottom說(shuo),“通過光(guang)(guang)熱(re)系統(tong)的(de)(de)跟(gen)蹤方法(fa)來(lai)增加光(guang)(guang)伏(fu)的(de)(de)電能生產，我(wo)們還可以減少整個(ge)系統(tong)的(de)(de)占(zhan)地面積和成本。”

研究人(ren)員(yuan)已將其(qi)技術(shu)提(ti)交給美國能(neng)源部贊助的(de)(de)“美國制造挑戰性海(hai)水淡化獎(jiang)”。為期四階段的(de)(de)競賽(sai)提(ti)供(gong)了超過900萬美元的(de)(de)獎(jiang)金，旨在推動太陽能(neng)驅動的(de)(de)熱脫鹽技術(shu)的(de)(de)發展。