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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(xian)有幾種處(chu)理濃(nong)縮廢(fei)水的方法(fa)(fa)，包括將廢(fei)水注入封閉的地下井中，并(bing)使用(yong)面積很大的池塘蒸(zheng)發(fa)廢(fei)水。然而，這(zhe)些方法(fa)(fa)中的大多數都非常昂貴、費(fei)時(shi)且耗能。

據外媒報道，亞利桑(sang)那大(da)學(xue)工程師和(he)科(ke)學(xue)家(jia)組成的(de)團隊正在開發一種太(tai)陽能脫鹽系統，該系統結合(he)了多種類型的(de)技(ji)(ji)(ji)術，包括聚(ju)光(guang)(guang)光(guang)(guang)熱技(ji)(ji)(ji)術，光(guang)(guang)伏(fu)技(ji)(ji)(ji)術和(he)膜(mo)蒸(zheng)餾(liu)技(ji)(ji)(ji)術，可(ke)以(yi)最大(da)程度地(di)從這(zhe)些濃(nong)縮(suo)廢(fei)水(shui)中回收水(shui)。該過程以(yi)更低的(de)成本使用更少的(de)能源，并且可(ke)以(yi)為資源稀缺的(de)內陸(lu)地(di)區（例如亞利桑(sang)那州）提(ti)(ti)供(gong)更多的(de)水(shui)。美(mei)國能源部為此提(ti)(ti)供(gong)了50萬美(mei)元的(de)資金。

“同時使(shi)用(yong)CSP和PV的(de)(de)好(hao)處(chu)是，與(yu)僅使(shi)用(yong)PV或CSP的(de)(de)現有淡(dan)化(hua)系統(tong)相(xiang)比，我們可(ke)以將(jiang)(jiang)能(neng)源效率提高一倍(bei)，”化(hua)學和環境工程(cheng)學助理教授兼項(xiang)目(mu)首席研究員KerriHickenbottom說道。“這(zhe)種離網(wang)系統(tong)將(jiang)(jiang)使(shi)用(yong)可(ke)再生能(neng)源來改變我們處(chu)理高鹽度濃縮廢水的(de)(de)方(fang)式。”

化學(xue)(xue)和(he)(he)環境工程(cheng)學(xue)(xue)的(de)(de)助理教授Andrea Achill和(he)(he)詹姆斯·懷恩特光學(xue)(xue)科學(xue)(xue)學(xue)(xue)院的(de)(de)教授Robert Norwood也參與了該(gai)項目。該(gai)項目使得該(gai)大學(xue)(xue)最(zui)近在2020年世界(jie)大學(xue)(xue)學(xue)(xue)術排(pai)名中在水(shui)資源領域獲得美國第一和(he)(he)全球第二的(de)(de)地位。

膜蒸餾

該(gai)(gai)小組正在使用光(guang)學科學中心(xin)的太陽能測試(shi)臺進行研究。他們(men)還與附近(jin)的水和能源可持(chi)續(xu)技術中心(xin)（WEST Center）合作，該(gai)(gai)中心(xin)設有由Achilli監(jian)督的反滲透系統(tong)，該(gai)(gai)系統(tong)會生成團(tuan)隊用于(yu)測試(shi)的濃縮廢水。

該太陽能脫(tuo)鹽系統使用“膜蒸餾”的(de)過程來凈(jing)化濃(nong)縮廢(fei)水(shui)，該過程涉(she)及(ji)在疏水(shui)微孔膜上產生(sheng)溫度(du)梯度(du)。膜較熱側(ce)(ce)的(de)濃(nong)縮廢(fei)水(shui)流在膜表面(mian)蒸發，通過膜孔，并在膜較冷側(ce)(ce)冷凝為純凈(jing)水(shui)，從而分(fen)離污染物。這種特殊的(de)膜類似于Gore-Tex織物，可以使汗液通過織物蒸發，但不允許水(shui)或其(qi)他水(shui)分(fen)進(jin)入。然后(hou)，他們將使用一(yi)種新穎的(de)方(fang)法將剩余的(de)廢(fei)水(shui)從液體(ti)轉變為固體(ti)。

“我們實(shi)際上正(zheng)在開(kai)發(fa)一種新型(xing)的(de)結晶技(ji)術，這樣我們就可以提高膜通過的(de)驅動(dong)力，回收濃(nong)縮(suo)流中的(de)其他資源（如農業肥(fei)料和道(dao)路除(chu)冰(bing)劑(ji)）并實(shi)現零液體排放，”Hicken bottom說。

即(ji)使(shi)(shi)濃縮結晶后(hou)的材料(liao)不可用于(yu)其(qi)(qi)他(ta)應用，將(jiang)其(qi)(qi)固化(hua)而(er)不是將(jiang)其(qi)(qi)保(bao)持(chi)在液體廢(fei)物流中也可以(yi)使(shi)(shi)它們更容易運輸且成本更低。

系統原理

光(guang)(guang)熱發(fa)電(dian)和(he)光(guang)(guang)伏發(fa)電(dian)都是利用太陽(yang)(yang)能發(fa)電(dian)的(de)(de)(de)方法，但是它們的(de)(de)(de)轉換途徑不(bu)同。光(guang)(guang)伏是使用半導體(ti)材料將太陽(yang)(yang)光(guang)(guang)直接轉換成(cheng)電(dian)能。光(guang)(guang)熱是一個分為兩個步驟的(de)(de)(de)過程，其中涉及(ji)使用鏡子(zi)聚(ju)集太陽(yang)(yang)的(de)(de)(de)熱量，然后使用汽(qi)輪機及(ji)發(fa)動(dong)機將熱量轉換為電(dian)能。

太陽能(neng)海水凈(jing)化系統(tong)(tong)早(zao)有先例，但是(shi)這些系統(tong)(tong)單獨使用(yong)(yong)光熱(re)(re)或光伏技(ji)術(shu)。之(zhi)前有人利用(yong)(yong)光伏技(ji)術(shu)發電，然后將其轉(zhuan)換成熱(re)(re)能(neng)。該混(hun)合系統(tong)(tong)使用(yong)(yong)了由諾(nuo)伍(wu)德的(de)(de)ARPA-EFOCUS計劃開發的(de)(de)太陽能(neng)光熱(re)(re)、光伏和膜蒸餾技(ji)術(shu)。光伏發電產生的(de)(de)電能(neng)運(yun)行著輔助設備，例如泵(beng)，風扇和控制系統(tong)(tong)，而光熱(re)(re)技(ji)術(shu)產生的(de)(de)太陽能(neng)直接(jie)用(yong)(yong)于加熱(re)(re)水。該系統(tong)(tong)的(de)(de)另一個主(zhu)要(yao)優點是(shi)它可(ke)以在離網地區（例如，美(mei)國原住民保(bao)留地）單獨運(yun)行。

“當(dang)從(cong)一種能(neng)量形(xing)式轉換為另一種能(neng)量形(xing)式時，效率(lv)會降低，因此，我們光(guang)(guang)伏光(guang)(guang)熱混(hun)合系(xi)統的(de)效率(lv)是僅使用(yong)光(guang)(guang)伏或(huo)光(guang)(guang)熱的(de)系(xi)統效率(lv)的(de)兩倍左右(you)。”Hickenbottom說,“通過光(guang)(guang)熱系(xi)統的(de)跟蹤方法來增加光(guang)(guang)伏的(de)電能(neng)生產，我們還可以減少整個系(xi)統的(de)占地面積和(he)成本。”

研究人員已將其技(ji)術(shu)(shu)提(ti)交給(gei)美國能(neng)源部贊助的“美國制造(zao)挑(tiao)戰性海水淡化(hua)獎”。為(wei)期四階段(duan)的競賽提(ti)供了超過900萬美元的獎金，旨在(zai)推動(dong)太(tai)陽能(neng)驅動(dong)的熱脫鹽技(ji)術(shu)(shu)的發(fa)展。