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全球用水需求上升 掀起海水淡化革命
发布时间:2018-07-20 11:37
        气候变化、天旱、人口增长和工业发展,令本世纪用水需求不断上升,令人担心饮用水会供不应求。按国际海水淡化组织最新数据,现时全球共有13,080所海水淡化工厂,每天可生产总共55.6万立方米饮用水,仅占全球可用水0.5%,现在已经掀起海水淡化革命。
       地球上虽然水源丰富,但超过97%盐分过高不适宜饮用,只靠河流、湖泊或地下水提供食水。气候变化、天旱、人口增长和工业发展,令本世纪用水需求不断上升,令人担心饮用水会供不应求。按联合国,当前超过10亿人仍生活在缺乏水源的地方,人数于2025年更可能上升至18亿。
       四面临水用不得
       无疑,海洋能提供无限水源,但由于含有盐分,要经过淡化才可饮用。按国际海水淡化组织最新数据,现时全球共有13,080所海水淡化工厂,每天可生产总共55.6万立方米饮用水,仅占全球可用水0.5%。淡化工程所需能源大、成本高,过往只有油价低和缺乏水源的国家使用。不过,时至今日水源缺乏不再是单一地区问题,全球大多数地区人民正活在长期旱灾及水源不足,令海水淡化需求大增,连加州、伦敦及多个澳洲城市亦计划兴建淡化工厂。
       虽然有关工程有助解决饮用水不足,但过往仍未获所有人认同。环保团体指,一个大型海水淡化工厂每年所用能源,便等同3万户家庭用电量。过程亦会排放温室气体,又会令海洋生物误闯机械造成伤亡。但随着科技进步,淡化成本已大大降低,澳洲便有化淡工厂转用风力发电来运作。
       技术源自糖厂
早在16世纪,欧洲探险家已在一次航海中,透过煮沸减少海水盐分,踏上海水淡化第一步,但真正转折点便要追溯至1850年美国制糖工业。当年工程师NorbertRillieux发明利用多效蒸馏来提炼结晶糖,原理是运用一连串小密室,让每一密室逐步减压,随后密室的能源需求便逐步下降,加上较前密室所生成热能可重复给予余下密室使用,能源消耗量便下降超过8成,大大节省制糖成本,有关技术便被引入海水淡化。
      可惜,只有少量多效蒸馏海水淡化工厂面世,因为海水矿物质会沉淀在热能转换面,阻碍能源转换。及后,新技术“thermal-desalination”(热力去盐)解决了这问题,海水蒸发过程无须再经过热能转换面,但工程却需大量热蒸汽。因此,热能海水淡化工厂须兴建在发电站旁,能源消耗极大。
      技术不断改良
      其后,美国科学家开始研究以渗透膜阻隔可溶水盐分,希望把产量提高。初期,逆渗透作用只能出产少量饮用水,成效不大,直到1960年SidneyLoeb和SrinivasaSourirajan制成新种渗透膜,能阻隔可溶水盐分,他们发现在较浓的溶液上施压便能生成“逆转渗透作用”,因而令产量大大增加。
      但“逆转渗透作用”并非完美,海水的可溶微粒会堵塞渗透膜,事前要利用过滤器和化学物料来去除,渗透式膜亦须定期清洗。一般来说,每公升海水含有33至37克可溶微粒,但要转化成饮用水便须大费周章。至70年代,经交链反应(cross-linkingreaction)程序处理的全新逆渗透膜面世,不但能增加水流量,更能承受不同酸碱度及温度转变,有关技术自此垄断淡化工业。80年代,首间大型处理海水的逆渗透作用工厂在沙特阿拉伯建成,当时每生产一立方米饮用水要每句钟花上8千瓦电力。
      逆渗透作用能源消耗大,科学家便研究以能源恢复器(energy-recoverydevice)降低消耗量,效能由初期75%提升至96%,令淡化工程每句钟所花的电力减少至3.7千瓦。改良后的渗透膜和能源恢复器有助减低成本,每立方米饮用水大约由90年代的1.50美元降至2003年的0.5美元,日后大多海水淡化工程采用此法。现时,科学家仍不断研制更好的渗透膜以减少能源消耗。
      海水经处理后被分隔出来的盐分浓度偏高,担心直接排出海洋会影响生态,但已有研究指当盐分排出海水后,在500米海域内便能回复正常浓度,至今仍未有科学家能提供充分理据,证明盐分高海水会对环境造成长远影响。


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