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飲用水持續枯竭 細數五大非常規淡水生產方法
時間：2014-06-27 09:19:51 作者： 來源：中國科學報
為了應對伊朗長期存在的水危機，該國總統Hassan Rouhaini去年11月在推特上表示：“我們需要農業上的節約用水計劃，防止自來水的過度使用，保護地下水資源，并阻止非法地下水開采。”
并非只有伊朗面臨著這種狀況。從美國西南部到西班牙南部和中國北部，水短缺威脅著地球上的很多地方。近8億人缺少安全的飲用水，25億人沒有適當的衛生設施。
“即使沒有全球環境變化，到2050年，養活90億人在農業上還需要另外的2000到3000立方千米的淡水。”瑞典斯德哥爾摩大學水資源專家、斯德哥爾摩應變中心負責人Johan Rockström說，“新的方法，例如集水技術，在未來絕對是至關重要的�！�
大多數國家都在尋求利用地下含水層擴大水來源。同時，一些國家還在試驗將循環水用于農業或其他方面。不過許多國家希望利用非常規來源，從霧到海洋，緩解缺水危機。《自然》雜志日前撰文介紹了5種非常規來源的淡水產生方法。
像所有的地中海國家一樣，以色列的大部分降水都發生在冬季。但去年冬天，這里幾乎沒有降雨。在過去，這樣的干旱會使以色列的820萬人遭遇嚴重問題。但如今由于以色列在過去10年中建立了海水淡化廠，這個國家的水龍頭并沒有干涸。
以色列的4個大型“反滲透”設備位列世界上最大和最有效的海水淡化設施之首。到明年，它們每年將提供超過5億立方米的淡水，約為以色列需水量的一半。2012年，運行其中3個設備的IDE技術公司簽署協議，計劃在美國加利福尼亞卡爾斯巴德附近建立一個耗資10億美元的海水淡化工廠。在2016年完成后，它將為生活在圣迭戈縣320萬人口的1/10提供淡水。
在過去20年中，作為一個快速增長的全球產業，海水淡化已經為中東、澳大利亞、美國和南非等國家提供了重要的淡水資源。
“全球有將近一半的人口居住在100公里的海岸區域中，人們不能避免采取海水淡化的方法�！鄙程匕⒗⒉范爬瓏蹩萍即髮W（KAUST）海水淡化與回收中心負責人Gary Amy說道，“海水淡化的趨勢已經形成，而且規模一定會越來越大�！�
但無論采取任何方法，海水淡化所消耗的能量都比傳統的水資源更多。
工程師們正在試圖通過使用諸如低能泵和先進膜等元件提高反滲透技術。一些工程師還在試驗用石墨膜代替目前使用的聚合物膜。在海水淡化過程中將化石燃料轉向可再生能源的努力正在全球范圍內進行。
盡管存在這些努力，海水淡化的成本仍然是昂貴的，聯合國代爾夫特水利學院的水處理專家Maria Kennedy表示，“沒有人會選擇海水淡化，除非他們有其他的選擇”。
在每年的7月和8月，數以百萬計的印度朝圣者都會涌向圣城哈利瓦。為城市提供淡水的水源無法應對每年涌入的人群，因此這里需要另一個水源。恒河的河岸提供了一個解決方案。
自19世紀70年代，萊茵河畔的德國人就一直使用河岸對水進行過濾。該方法很簡單：在位于合適地質區域的河邊挖井，河水通過沙子和礫石進行過濾，剝離出大部分的化學和生物污染物，從而得到相對干凈的水。
“處理過的水可能并不總能滿足對水質的要求�！甭摵蠂Y源研究所環境工程師Saroj Sharma表示，不過當河道比較干凈，地質條件也比較有利時，如在哈里瓦，由此采集水可能只需要少量的消毒就可以使用。
印度將必須增加使用天然水處理系統。地下水目前提供了該國85%的生活用水，但供應量正在下降：根據世界銀行的數據，在20年后，印度地下蓄水層的60%將嚴重退化。
研究人員現在正在尋找提高印度天然水過濾和再使用技術的效率，這是由歐盟資助的耗資650萬美元的Saph Pani項目的一部分。
埃塞俄比亞北部的提格雷地區非常干燥，曾多次經歷饑荒。但科拉洛村的村民卻不再面臨水資源短缺，這多虧了引進的古代技術。
美國哥倫比亞大學水中心負責人Upmanu Lall將該技術作為哥倫比亞大學千禧村項目的一部分引入科拉洛，該項目通過社會團體的領導試圖解決非洲的貧窮與饑餓。Lall從2000年前波斯工程師發明的暗渠供水系統中得到靈感。這些復雜的隧道將高海拔的地下水運至干涸的山谷和平原；伊朗和阿拉伯半島部分地區正在使用一些古代的供水系統。2009年，Lall的學生開始設計現代版的暗渠。在埃塞俄比亞工程師和當地村民的幫助下，這些學生設計了一個位于山頂的小型石壩，可以控制地表徑流，允許雨水滲入地下。
這些水從山上流到溝渠中，該溝渠從山腳延伸至4公里外的村子。該系統可以容納36000立方米的水，已經運行了3年。這些水為村民帶來了一個額外的種植季節，而且在雨季間歇期可以補充灌溉。
成功的消息傳播開來，提格雷地區的其他社區也計劃采用類似的技術。Lall表示，該方法可以應用在很多有著適當地形和水文的地區，包括大多數非洲的半干旱高地。Lall把眼光投向了非洲之外：他正在與印度東北部的賈坎德邦討論在該地區開發暗渠。
農業生產出高于它所消耗的水和能量，這似乎是天方夜譚。不過在卡塔爾的沙漠中，科學家正在表明，海水和陽光可以在自我維持的循環中得到食物和干凈的水。
撒哈拉森林計劃（SFP）由一家挪威公司在2009年建立，由奧斯陸的肥料公司Yara和卡塔爾肥料公司Mesaieed支持，在多哈之外經營著一個耗資850萬美元的飛行灌溉設施。據SFP稱，去年，700平方米的溫室生產出的蔬菜量相當于整個歐洲的商業溫室生產量。
溫室通常會保存熱量，但像卡塔爾這樣炎熱的地方則相反。從100米外的海洋中運來的水會在溫室迎風面的格子中流動。水蒸發時就會增加進入溫室的空氣的濕度，并使其溫度下降10攝氏度左右，令室內氣候適宜黃瓜和西紅柿等蔬菜的種植。其他作物，如大麥和有用的沙漠植物，則生長在溫室下風向處。
晚上沙漠降溫時，溫室內表面的水分凝結，并被收集用于灌溉和飲用。海水淡化設備會對其進行進一步的淡化。整個過程運行所需的電力來自太陽能。
這一概念在任何接近海平面的干燥和陽光充足的地區都能工作，海附近區域的抽水成本較低。即便如此，海水溫室目前的花費仍很高，KAUST沙漠農業中心負責人Nina Fedoroff表示，“其概念是有趣的，但它生產食物的方式仍相當昂貴，可能不會引起巨大的商業關注”。
在人們的印象里，居住在危地馬拉Tojquia小山村的女性不得不在干燥的冬季，長途跋涉到山谷底部采集淡水，然后再上山回到家里。不過現在，她們可以通過從經�；\罩著村子的霧中獲得水。
一立方米的霧包含0.5克液態水，采集方式也相對容易。一個大型的垂直網格面板可以在風吹動水通過其纖維時采集水滴。液滴通過合并與聚集，之后會到達溝槽底部和儲蓄罐中。
Tojquia海拔3300米，冬季多風干燥但多霧，是使用該技術的理想地點。在加拿大非營利組織FogQuest項目研究人員的幫助下，Tojquia的居民自2006年起已經安裝了35個采集器，平均每年可產生6300升飲用水，足夠約30個家庭在旱季使用。雨季儲存罐中的收獲則更多。
科學家還通過開發先進的網格材料來改善這項技術。德國明斯特大學氣候學家Otto Klemm表示：“如果氣候條件合適，重要的是，如果當地人可以在培訓后獨立維護設施，那么它有可能一年到頭為農村社區提供寶貴的淡水�！�
