太阳能淡化技术可以为村庄提供饮用水

麻省理工学院最新发布的一项研究表明，由太阳能电池板驱动的海水淡化技术可以为印度许多典型的村庄提供足够的清洁饮用水。

在世界范围内，咸的地下水比新鲜的可饮用的地下水要多。例如，印度60％的地区都被咸水淹没，而该地区的大部分地区都没有可运行常规反渗透淡化厂的电网服务。

现在，麻省理工学院的研究人员进行的一项分析表明，由太阳能电池板提供动力的另一种淡化技术称为电渗析技术，可以提供足够的清洁，可口的饮用水来满足典型村庄的需求。该研究由麻省理工学院的研究生娜塔莎·赖特（Natasha Wright）和阿莫斯·温特（Amos Winter）以及罗伯特·诺伊斯（Robert N. Noyce）机械工程职业发展助理教授共同完成，发表在《淡化》杂志上。

温特解释说，要找到解决诸如咸水地下水问题的最佳方案，就需要“进行侦查工作，以了解市场施加的全部限制。”他在印度进行了数周的现场研究，并对各种成熟技术进行了评论，他说：“当我们将所有这些难题组合在一起时，它非常有力地指出了电渗析”，这在发展中国家并不常见。

导致印度选择电渗析的因素包括相对较低的盐度水平（从每升500到3,000毫克，而海水约为35,000毫克/升），以及该地区缺乏电力。（该团队发现，对于并网地点，反渗透装置在经济上是可行的。）

此类咸水并不直接有毒，但可以对健康产生长期影响，其令人不快的味道会导致人们转向其他更脏的水源。温特说：“这在供水社区是一个大问题。”

扩大获得安全水的机会

赖特和温特总结说，通过将乡村规模的电渗析系统（比今天通常生产的工业规模装置要小一些）与一套简单的太阳能电池板和一个电池系统相结合来存储所产生的能量，这是一种经济上可行且在文化上可以接受的系统可以提供足够的水来满足2000至5,000人口村庄的需求。他们估计，部署这样的系统将使印度的面积增加一倍，在该地区，地下水（就病原体负荷而言，比地表水本来就更安全）可以提供可接受的饮用水。

赖特说，虽然印度目前有许多家庭使用家庭式的独立过滤系统来处理水，但在与该地区的非政府组织协商后，赖特和温特总结说，乡村规模的系统会更有效-两者都因为减少了人口否则将无法获得清洁的水，并且由于难以对家庭系统进行监控以确保有效的水处理。

赖特说，大多数致力于改善清洁水供应的组织都将注意力集中在控制已知的病原体和毒素（如砷）上。但是她的分析显示了“水的味道，气味和外观”的重要性。她说，即使水在技术上是安全的，但是如果人们因为咸味不佳而拒绝喝水，那也无法解决问题。

研究人员发现，在印度地下水中所含盐分水平上，电渗析系统可以提供淡水，其消耗的能量约为反渗透系统所需能量的一半。这意味着太阳能电池板和电池存储系统的体积可以减小一半，足以抵消电渗析系统本身较高的初始成本。

怎么运行的

电渗析通过使水流在两个带相反电荷的电极之间流动来进行。温特说，由于溶解在水中的盐由正离子和负离子组成，电极将离子从水中拉出，使新鲜水留在水流的中心。一系列的膜将淡水流与越来越咸的膜分开。

电渗析和反渗透都需要使用膜，但是电渗析系统中的膜要承受较低的压力，并且只需反转极性就可以清除盐分。温特说，这意味着昂贵的薄膜使用寿命更长，所需维护更少。此外，电渗析系统可回收更多百分比的水-超过90％，相比之下，反渗透系统可回收约40％至60％的水分，这在缺水地区具有很大的优势。

进行了分析之后，赖特和温特计划在1月份为印度的现场评估准备一个工作原型。尽管这种方法最初是针对村庄规模的独立系统而构想的，但温特说，同样的技术对于诸如救灾等应用以及在偏远地区的军事用途也可能是有用的。

加州大学伯克利分校的土木和环境工程讲师Susan Amrose并未参与这项工作，他说：“本文提出了适用于复杂，细微和极端的科学严谨性的水平和类型的标准。开发工程的重要问题。… Solar-ED不是一项新技术，但建议为印度农村地区的系统开发该技术是新颖的，而提供这种详细的工程和经济分析水平以支持该建议则更为新颖。”

阿姆罗斯补充说：“在不久的将来，印度面临的水资源短缺挑战不可言过。印度在缺水或将要缺水的地区生活在咸淡的水源之上，人口众多。在水日益珍贵的环境中，有可能使可再生水翻倍的解决方案可能会产生巨大影响。”

该研究由印度公司Jain Irrigation Systems资助，该公司负责建造和安装太阳能系统，并由麻省理工学院的塔塔技术与设计中心赞助。

出版物：Natasha C. Wright和Amos G. Winter V.，“印度内陆乡村社区规模的光伏供电电渗析淡化系统的合理化”，《淡化》，第352卷，2014年11月3日，第82-91页； DOI：10.1016 / j.desal.2014.07.035

图像：克里斯汀·丹尼尔洛夫（Christine Daniloff）