优质饮用水技术。
问题很清楚:如何满足全球日益增长的用水需求?尽管存在许多建议，但答案并不明确。
根据联合国教科文组织的海水淡化和水资源百科全书(DESWARE)，“除了缺水之外，饮用水供应的化学和生物污染也是一个主要的全球性问题。”世界上很大一部分人口无法获得优质饮用水，世界上约80%的疾病可归因于水供应、卫生设施和水处理不足。”
尽管约71%的地球表面被水覆盖，但其中96%以上是咸水。因此，有效而实用的海水淡化技术可以在解决世界供水问题方面取得长足进步。根据国际海水淡化协会(International desalination Association)的数据，截至2013年，全球150个国家有1.7万多家海水淡化厂，每天生产超过210亿加仑的水。
然而，增加这些数字存在障碍。
美国地质调查局(USGS)将淡水——也就是可以安全饮用的水——定义为溶解盐含量低于1000ppm。海水中的浓度为35000 ppm。溶解盐含量低于10,000 ppm的水被定义为微咸水，存在于地表水和地下含水层中。即使盐的浓度相对较低，微咸水也会产生令人不快的味道，这使得它无法作为饮用水。
海水淡化和半咸水淡化的技术各不相同，尽管有一些重叠。
海水:反渗透
使用反渗透(RO)的海水淡化技术，自20世纪70年代开始应用，是世界上最流行的技术之一。反渗透的优点是它可以产生大量的处理水。例如，西半球最大的RO工厂正在加利福尼亚州的卡尔斯巴德建设中，预计从2016年开始，每天将为圣地亚哥县提供5000万加仑的饮用水。
但是RO需要大量的能量输入。更重要的是，因为它只淡化了大约50%的输入海水，另外50%含有高浓度盐，必须以某种方式作为废物排放。
反渗透技术需要一个泵对输入水进行加压，以迫使其通过半透塑料膜。通常使用电动泵来维持这种压力。运行泵的电力成本可能是该技术总成本的一个主要因素。自20世纪80年代初以来，人们一直在研究开发新的膜材料，这种材料需要更小的压力，同时还能排斥更大比例的盐。现代反渗透膜由薄膜复合聚酰胺制成，与早期的醋酸纤维素膜相比，能源效率降低了30倍，盐通道减少了大致相同。
研究人员正在研究2002年发现的单原子厚的碳材料石墨烯是否可以用来制造穿孔碳膜，从而进一步降低所需的压力。然而，这种方法在不久的将来不太可能可行。
“你可以谈论一些其他技术，”康涅狄格州纽黑文耶鲁大学环境工程项目主任Menachem Elimelech说，“但如果你需要为饮用水供应生产水，我仍然认为RO是黄金标准。”他正在进行的研究将使用纳米技术开发抗菌膜。这一突破可能有助于解决随着时间的推移在膜表面形成生物膜的问题。这些薄膜增加了泵的负荷，增加了运行泵所需的能量。
实验室工作
最近在以色列Hadera开设的海水淡化厂是世界上最大的运行海水RO海水淡化厂之一。在运行的第三年，它平均每天生产超过1亿加仑的淡水。它还可以作为研究降低成本的方法的工作实验室。
这一努力的一个主要部分是能够在24小时内调整生产率，以配合电力成本的上升和下降。这种生产上的转变是可以实现的，因为系统包含了并行运行的单元组合，每一个单元都可以单独控制。该设施还使用了一个典型的现代反渗透装置的能量回收系统，其中高压盐水出水运行压力交换器，以利用大量的废弃能量来辅助高压泵。
使用反渗透技术淡化海水的成本因地区不同而有很大差异，这取决于电力的成本。澳大利亚珀斯海水淡化厂的设计工程师加里•克里斯普(Gary Crisp)等业内专家主张使用替代能源。
反渗透脱盐的第二个主要困难更难克服:如何处理高盐废水，称为盐水，这是不可避免的副产品。典型盐水的盐浓度大约是输入海水的两倍。尽管专家们对向海洋中倾倒大量盐水对环境的影响意见不一，但一些专家(例如德国联邦环境署的Sabine Lattemann)进行的研究表明，盐度增加对海洋生物有负面影响。
由于反渗透技术潜在的高能源和环境成本，人们正在努力开发技术来处理发生在地下含水层和地表水中的低盐度微咸水。含水层中的水占据了地表下土壤颗粒和断裂岩石之间的空间，并倾向于流向自然排放点，如泉水、河流、湖泊、泻湖、沼泽和海洋。
根据《美利坚大学国际法评论》的一篇文章，世界上一半以上的人口依赖地下水来满足他们的基本需求。它被泵到地面，用于住宅、工业和农业用途。
然而，仅在美国，根据美国地质勘探局的数据，“在美国的许多地方，地下水的提取超过了补给速度，导致地下水水位下降，地下水储存量减少，河流和湖泊水位降低，或地面沉降。”美国地质调查局继续表示:“开发微咸地下水作为替代水源，有助于解决人们对未来水资源可用性的担忧。”
根据美国地质勘探局的数据，美国大部分地区都有矿化地下水。联合国教科文组织的一份题为《地下水与全球变化:趋势、机遇与挑战》的报告呼应了这一评估，并将其推广到世界各地。
微咸地下水淡化
除反渗透技术外，处理微咸地下水的若干海水淡化技术正处于不同的发展阶段。一般来说，这些系统更小，本地化程度更高。因为它含有较低浓度的盐(它通常被简单地定义为味道太咸而不能喝的水)，所以可以用比海水更低的能量输入来净化微咸水。
经过处理的水在没有公共供水的农村地区很有用。例如，麻省理工学院(MIT)最近的一项研究开发了一个独立的太阳能脱盐系统计划，该系统基于电解技术，处理的微咸水足以满足印度一个2000至5000人的村庄的需求。
研究人员Amos Winter说:“在印度选择电渗析的因素包括相对较低的盐度水平——每升500到3000毫克，而海水的盐度约为35000毫克/升——以及该地区缺乏电力。”他的同事娜塔莎·赖特说:“即使从技术上讲，这些水可以安全饮用，但如果人们因为令人不快的咸味而拒绝饮用，这并不能解决问题。”研究人员选择了太阳能电裂解法(ED)，因为它可以产生淡水，消耗的能源大约是反渗透系统的一半。
Electrodyalisis
电解法的脱盐机理与反渗透法相反。在反渗透中，盐水流过一层膜，溶解的固体留在后面。相比之下，在电裂解中，溶解的固体被拉过膜，水(现在已经脱盐)流出系统。
这一过程是通过在两个电荷相反的电极之间传递微咸水来实现的。由于溶解在水中的大多数盐都是离子，带正电(阳离子)和负电(阴离子)，离子被吸引到相反极性的电极上。电极之间的膜被设计成只通过阳离子或阴离子。这种膜是由间隔层堆叠起来的，分隔了带有负电荷或正电荷离子粒子的盐水流动。两股水流结合在一起，以盐水的形式流出系统。
电解法产生的脱盐水与盐水的比例比反渗透法大得多。由于泵需要克服的背压较低，因此能耗也较低，离子电流流中使用的电能与除去的盐量成正比。将交流电转换为电极所需的直流电的整流器通常是系统的主要部分。然而，由于为印度试点项目提出的装置将用太阳能光伏电池产生的直流电给电极供电，整流级被证明是不必要的。
2014年2月11日的《麻省理工科技评论》(MIT Technology Review)上发表了一篇论文，提出对基本的ED系统进行修改，即在脱盐输出水流中添加一个烧结玻璃颗粒制成的过滤器。这将去除任何在透析阶段未被清除的微小污垢颗粒和细菌。
DESWARE百科全书列出了各种ED装置，从印度每天生产30立方米的农村水源，到沙特阿拉伯利雅得每天生产400立方米饮用水的钻孔系统，再到德国西部每天为化工厂提供500立方米饮用水的系统。
太阳能蒸馏
一家名为WaterFx的新公司在加州中央谷的Panoche水区安装了一个示范性的聚光太阳能蒸馏器(CSS)，该水区是世界上产量最高的农业区之一。获取淡水用于灌溉作物，然后不得不处理废弃的盐水，这是农民的一项主要支出。CSS的目标是通过回收灌溉径流来生产淡水，并利用盐水生产固体盐和其他矿物质作为副产品来解决这两个问题，这些副产品可以成为收入来源。必威体育app官方下载
这项技术使用了最古老的脱盐技术之一——蒸馏——但由一个525英尺长、400千瓦的太阳能反射器供电。反射器将阳光集中到装满油的管道上。反过来，加热的油被输送到多效蒸发器产生蒸汽，用于冷凝和回收淡水。最后一个阶段是蓄热系统，可以在没有太阳的情况下在夜间运行。
在一段视频中，该公司联合创始人亚伦·曼德尔(Aaron Mandell)表示，他的系统与传统蒸馏系统的区别在于，它提高了效率，并将蒸发速度加快了约30倍。此外，由于需要处理的卤水体积约占整个工艺流量的7%，因此卤水浓度超过210,000 ppm的总溶解固体(TDS)。这使得商业上可用的结晶设备用于生产固体副产品，可以出售，而不是作为废物处理。必威体育app官方下载
在Panoche的装置是一个单独的装置，当满负荷运行时，每天将生产大约65,000加仑不含盐和矿物质的水。据预测，这种大小的单元几乎可以不受限制地组合在一起，以线性扩大输出。
前景
在世界范围内，对淡水的需求不断增长，可用的供应日益紧张。这促使人们转向将海水淡化作为一种生产淡水的方式，而不是从自然资源中提取淡水。公共和私人部门都在努力开发新技术，并改进旧技术。对于沿海地区来说，这通常意味着需要安装大型海水转换装置。对于内陆地区来说，解决办法通常是采用分散的系统来淡化微咸地下水。
