淡水资源逐渐萎缩 将海水变淡来获得水资源

   地球表面约四分之三被水覆盖，但是大部分水都是不能饮用的咸水。并且其中2.5%的淡水是在泥土、积雪、冰川还有地下。因此只剩下不足1%的淡水，用于满足人类和动物的饮用以及农业灌溉-剩余的这些淡水资源还因为全球气候变暖而逐渐萎缩。结果：越来越难以满足人口增长对饮用水的需求，自来水逐渐变少。投资银行分析家Goldman Sachs估计，全球用水量每20年翻一番。

    因此人们开始寻找新的水源。其中一种被证实的候选方案是脱盐-(脱盐是一种将海水或者地下水中的盐分提取出来，以获得适合饮用的水的工业技术)但是历史上脱盐法的高成本在很大程度上阻止其实现，随着技术的改进和增长中的需求不断压榨淡水供给，情况有所改变。

    “两种主要的脱盐技术是蒸馏和反渗透(简称RO)”耶鲁大学环境工程师Menachem Elimelech如是说，“蒸馏就是将未净化的水蒸发并浓缩，得到淡水。这种方法需要消耗大量能源，因此这种方法主要在中东这些有充足石油的地区使用。”加热脱盐法需要高温，因此通常很昂贵(每立方米的淡水成本超过1美元)，但是将“废弃”的热量用于其他工业或者发电站运转(废热发电)可以减少能量浪费。

    然而，通常更多的脱盐工厂采用RO法。这种方法基于高科技的、让水渗透却阻止盐分通过的高分子膜，Elimelich说道。他解释道，当含盐溶液位于半透膜一端而低浓度盐溶液位于另一端时，水从低浓度一端向高浓度一段扩散。这种两端溶液浓度趋向于平衡的现象被科学家们成为渗透现象。

    在20世纪五六十年代，科学家们意识到他们可以逆转这个进程。他们在高浓度溶液一端增加压强，可以让水分子穿过半透膜，而留下浓缩的盐溶液。为了对抗两个溶液之间产生的要将水压回去的渗透压，脱盐工厂必须使用7000到8300千帕(每平方厘米71到86.5千克力或者没平方英寸1000到1200磅)，他解释道。

 普通RO膜是由用多微孔聚乙烯砜制成的机械支撑层，和只让水通过的微米级的聚酰胺制成的过滤层这两部分混合构成。后一种物质是“DuPont’s Kevlar(用于制造轻型防弹背心的超高强度芳族聚酰胺聚合物)的第二代兄妹”此类产品最大的供应商，Edina, Minn的Dow Water Solutions(DWS)的资深研究科学家Bill Mickols说道。他说，RO膜技术在最近20年趋于成熟，水渗透性、阻盐能力、使用寿命(现在已经能达到3-5年)和成本这几个方面都有了显著的进步。

    这些改进与能量复原装置(该装置从高能量一段获得压力并将其大部分转化为进液的推动力)相结合，使得脱盐越来越经济可行。现行的RO设备脱盐海水，每立方米成本在68-90美分。根据American Water Works Association(美国自来水厂协会)的资料，美国的市政用水平均价格在每立方米60美分左右。

    目前这个工艺的其他改进包括维护工艺流程。RO工厂必须过滤海水并加入化学物质来消除可能引起堵塞的微粒，膜也要定期清洗一防止结垢和生物膜污染，Austin的德州大学化学工程师Benny Freeman说道。“氯气被加入水中来除菌”他说“但是之后操作员通常需要再除去氯以防止膜发生化学降解。”Freeman和James McGrath(吉尼亚理工学院和Blackburg州立大学聚合物科学家)成功改良出了抗氯的聚砜以充当脱盐膜。

    别处的研究人员同时在努力改进RO的抗压能力。Elimelech和企业家Robert McGinnis成功改良了一种叫向前渗透(FO)的工艺，它能将净水所需要的能量降低90%。FO利用浓缩过后的溶液和未净化的海水之间的压力差来推动水通过半透膜。

    现在，改善RO工艺将会继续进行着，以期在未来对抗人类水资源的紧缺。