海水淡化是什么?它是如何影响环境的?

除去的好处超过了缺点吗?

在迪拜阿拉伯海湾海岸的一个现代海水淡化厂。
在迪拜阿拉伯海湾海岸的一个现代海水淡化厂。

斯坦尼斯拉夫·萨布林/盖蒂图片社

海水淡化是通过去除盐分和其他矿物质将海水转化为饮用水的过程。尽管从古代就开始使用原始形式的海水淡化,但直到20世纪中期,工业规模的海水淡化方法才在世界各地水不安全的沿海社区广泛使用。今天,关于300万人在150多个国家,每天从大约16000个海水淡化厂获得水。

仅有的2.5%地球上的地表水是淡水,只有一小部分可用,适合人类消费。随着气候变化的强化,海水淡化提供替代饮用水和灌溉源。但是,它也具有重大的环境影响。新兴的技术可以帮助减轻其中一些效果,但脱盐是在遇到对淡水来源的不断增加的需求和环境问题的情况下加剧了这些效果。

流程和技术

技术员关闭阀门海水淡化厂在发电站
脱盐厂技术员关闭阀门。 Andy Sotiriou /盖蒂图片社

历史,人们已经使用过各种方法蒸馏和过滤补充淡水耗材。但直到20世纪中叶的脱盐成为大规模的工业过程,能够向主要人口中心提供水。今天,有三个基本类别广泛用途的脱盐:膜技术,热技术(蒸馏)和化学过程。目前,膜和热技术是最常用的海水淡化方法。

热蒸馏

热脱盐涉及沸水直至其蒸发,留下盐。然后,水蒸气,然后通过冷凝来回忆无盐。在大规模上实现这一点所需的热能来自蒸汽发生器,废热锅炉,或通过从发电站涡轮机中提取蒸汽。

最普遍的热技术之一是多级闪蒸蒸馏(MFS),一种相对的设施结构简单,操作简单,但极度能量密集。如今,MSF海水淡化在中东最常见,其中丰富的化石燃料资源使这是可行的,根据国际水协会

膜分离

具有膜脱盐的基本技术涉及施加强烈的压力来强制盐水通过几个微小的半透膜。这些膜允许水通过但不是溶解的盐。这听起来很简单,但它是另一个非常能集约化的事业。最常见的膜过程是反渗透,首先在20世纪50年代开发并在20世纪70年代商业化。现在,中东和北非外面使用的最广泛使用的脱盐。

环境效益和后果

海水淡化是支持干旱,干旱易发靠近盐水源的干旱的水安全性和复原力的重要技术含盐的水。通过减少对地下水、河流和湖泊等淡水资源的需求,海水淡化可以帮助保护依赖这些淡水资源的栖息地。

虽然昂贵,但脱盐通常是一种可靠的局部净水来源,不仅适用于人类消费,而且用于农业。农村的小型海水淡化设施,水资源稀缺的地区可以帮助确保一些最脆弱的社区的水安全。较大的设施可以在确保城市居民可以使用安全,可靠的饮用水中发挥重要作用。使用海水淡化可能会在未来几年中展开气候变化加剧了干旱并有助于淡水资源的数量和质量递减。

但海水淡化也并非没有缺点。最令人担忧的是它的能源足迹、产生并排放回海洋的废水的数量,以及这一过程的两端对海洋生物的有害影响。随着越来越多的设施不断上线,社区寻求更能适应气候变化的水供应,海水淡化不会消失。新技术可能会减少它对环境的一些影响。

能源使用

绝大多数海水淡化厂仍然由化石燃料供电。这意味着海水化有助于温室气体排放和气候变化恶化。然而,可再生动力的海水淡化设施确实存在,但大多数情况下都是如此限于小规模的操作.人们正在努力使它们变得更常见更划算.最近的证据表明可再生动力的海水淡化可以几乎在任何地方工作能接触到海水或咸水的地方。

太阳能,风和地热已经提供可行的选择用于发电新的海水淡化设施,使用太阳能最常见的可再生动力脱盐厂的能源来源。一种混合方法,即替换风和太阳能的可再生源可以在波动的能量产生时提供更大的可靠性。利用海洋力量对于海水淡化是另一个新兴的研究领域。

此外,一些正在开发的技术旨在实现更高的能源效率的脱盐。前进渗透是一项显示出前景的新兴技术。另一种方法是使用低温热脱盐,即在较低的温度下蒸发水以减少能源消耗,然后将其重新合成为液体形式。如本文所述,像这样的低能耗技术可能与可再生能源很好地结合在一起学习由全国可再生能源实验室探讨用地热能供电的低温热脱盐。

对海洋生物的影响

用于海水淡化的海水中,有一半最终会变成含盐废水,并在净化过程中加入有毒化学物质。高压喷气机冲洗这个废水回到海洋,威胁到海洋生活。

一个最近的研究发现废水中的盐水量比之前估计的多50%。将废水排入海洋的标准差别很大。在一些地区,特别是阿拉伯湾,红海,地中海和阿曼湾,海水淡化工厂经常聚集在一起,连续倒入浅沿海水中的温暖排放。这可以提高海水温度和盐度,较低的整体水质,不利地影响沿海海洋生态系统。

海水的最初摄入量也造成了海洋生物的风险。从海上绘制水导致鱼,幼虫和浮游生物的死亡,因为它们无意中被拉入脱盐厂。每年,数百万条鱼和无脊椎动物被吸入海水淡化设施并被困在进气屏幕上。那些小到足以通过滤网进入系统,并在化学盐水处理过程中死亡。

设计变化可能会减少在该过程中丧生的海洋生物的数量,包括使用较大的管道减慢了水的摄入量,这允许鱼在被困之前游泳和逃脱。新技术可以减少流入海洋的废水的数量,更有效地驱散废物以减轻对海洋生物的影响。但这些干预措施只能在采用和妥善执行。

数据越多,标准越高

使用可再生能源来驱动海水淡化系统,并建造能够减轻对海洋生物潜在危害的设施,这需要投资于研究,以更好地了解环境影响,并利用这些数据来制定更好的设计和运营工厂的法规。一个有用的例子来自加州,它制定了海水淡化修正案其海洋水质控制计划。这要求对海水淡化设施的批准实行一致的全州流程,要求满足特定的场地、设计和操作标准,以最大限度地减少对海洋生物的伤害。

福利是否超过了环境影响?

泄漏从管子的水特写镜头,无需轻拍
Ramakrishnakarthikeyan Velmugan / Eyeem / Getty Images

根据这一点联合国,约有23亿人住在水中的国家。和40亿人近三分之二的世界人口每年至少有一个月面临严重的水资源短缺。随着干旱加剧和淡水枯竭,这些数字可能还会增加。

水管理人员和政策制定者知道海水淡化不能成为水安全的唯一解决方案。它太贵了,它并不能保证无休止的淡水供应免于我们不断增长的全球人口的环境后果。相反,它必须与智能水保护技术相结合,以防止农业,住宅,提取和工业部门的废物。投资节约用水这是一种环境成本低得多的替代策略。

世界各地的水资源稀缺的城市正在展示通过使用限制和创新策略的组合来守恒如何实现,如灰水回收和废水再利用。例如,内华达拉斯维加斯最近强加了一个永久禁止装饰草作为主要水源的米德湖水位已经达到了危险的低水平。同时,该地区的水处理采用了高科技废水处理工艺净化灰水和污水为了通过当地的高尔夫球场,公园和企业重用,并将一部分清洁水返回米德湖以供将来使用。

人类需要在书中使用每一招 - 以及我们没有梦想的一些技巧 - 确保人口不断增长的人类安全,稳定的水。新的海水淡化技术肯定是其中,但海水淡化必须与强大,一致的标准和执法相结合,以确保成本不超过益处。

关键的外卖

  • 海水淡化是从海水中除去盐的过程,提供安全,清洁饮用水的源泉。
  • 它有助于全世界约3亿人的水安全,特别是在干旱的沿海地区,随着世界面临日益严重的水安全问题,越来越多的海水淡化厂正在建设中。
  • 然而,海水淡化具有相当大的环境影响,包括大量的能量足迹和对海洋生物的损害。
  • 新技术正在降低对海洋生物的影响,提高能源效率,帮助使可再生能源驱动的脱盐工厂与化石燃料有源竞争。