全球日產(chǎn)250億加侖鹵水，新技術(shù)可回收90%淡水

在全球氣候變暖與極端風(fēng)暴肆虐的當(dāng)下，干旱日益加劇，地表河流湖泊與地下蓄水層的清潔水源儲備正在不斷縮減，整個世界都在極度渴求更多的凈水。

在保障飲用水和灌溉用水供應(yīng)的巨大壓力下，全球各地的人們正在嘗試各種手段來節(jié)約、保護(hù)和再利用水資源。這些嘗試包括回收處理后的生活污水，以及從海水中通過脫鹽技術(shù)提取寶貴的淡水。

無論這些過程能生產(chǎn)出多少清潔水，它們以及采礦、制造業(yè)和能源生產(chǎn)等高耗水行業(yè)，都不可避免地會留下一類被稱為“鹵水”的液體副產(chǎn)品。這是一種含有高濃度鹽分、金屬和其他污染物的廢水。筆者目前的研究重點，正是致力于從這種潛在的污染源中，通過技術(shù)手段進(jìn)一步提取可用的水資源。

根據(jù)現(xiàn)有的最新數(shù)據(jù)，全球每天產(chǎn)生的鹵水總量高達(dá)252億加侖。這一體量足以在一天之內(nèi)填滿近60000個奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)游泳池，約相當(dāng)于美國日常家庭用水總量的十二分之一。值得注意的是，這一估算數(shù)據(jù)來自2019年；隨著近年來海水淡化工廠的持續(xù)擴(kuò)建，實際的鹵水產(chǎn)量預(yù)計已大幅增加。

如果能將這些龐大的液體進(jìn)行凈化并加以利用，那將是一筆巨大的水資源財富。

現(xiàn)階段，沿海地區(qū)產(chǎn)生的大部分鹵水會被直接排放到海洋中。而對于沒有這一地理條件的內(nèi)陸城市而言，通常的做法是將鹵水留存在蒸發(fā)塘中自然蒸發(fā)，或者將其與其他廢水混合，亦或是注入深層地下井進(jìn)行填埋處置。

這些處置方法大多需要極其嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)措施和監(jiān)測策略，以盡量減少對生態(tài)環(huán)境的傷害。

例如，海水淡化廠排放的鹵水鹽度極高，可能會導(dǎo)致魚類死亡或迫使其逃離棲息地。自20世紀(jì)80年代以來，在巴林海岸周邊，此類生態(tài)災(zāi)難發(fā)生的頻率正呈上升趨勢。

對于蒸發(fā)塘而言，必須鋪設(shè)專用的防滲襯墊，以防止鹵水滲透到地下從而污染地下水。而當(dāng)水分完全蒸發(fā)后，殘留的固體物質(zhì)必須被及時清理，否則一旦遭遇大風(fēng)，它們就會變成粉塵四散飄揚，造成二次污染。

這種現(xiàn)象在自然界中同樣存在：隨著猶他州大鹽湖的日益干涸，含鹽的沙塵隨風(fēng)而起，已經(jīng)成為導(dǎo)致當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量惡化和嚴(yán)重空氣污染的重要推手，猶他州空氣質(zhì)量部門對此已有明確記錄。

面對這一現(xiàn)狀，包括筆者在內(nèi)的研究人員正越來越多地開始探索鹵水的潛力。我們不再將其僅僅視為廢物，而是將其看作一種潛在的水源，以及鈉、鋰、鎂和鈣等高價值材料的來源。

目前，最為有效的鹵水回收方法主要利用熱量和壓力將水分從鹵水中“煮”出來，以蒸汽的形式捕獲水，將金屬和鹽類作為固體留下。但這種系統(tǒng)往往造價高昂、運行能耗巨大，且設(shè)備體積龐大，難以廣泛推廣。

其他的處理方法也各有利弊。

電滲析技術(shù)利用電力通過特殊膜將鹽分和帶電粒子從水中分離出來，從而將較清潔的水與高濃度的鹽水流分開。這項工藝在處理相對清潔的水質(zhì)時效果最佳，但如果水中含有污垢、油脂或礦物質(zhì)，它們會迅速堵塞或損壞膜組件，從而降低設(shè)備性能。

膜蒸餾技術(shù)則是通過加熱水，使水蒸氣穿過一種由于疏水性而排斥液態(tài)水的膜，從而將鹽分和其他污染物截留。雖然這一方法在原理上行之有效，但其過程往往緩慢、能耗高且昂貴，限制了其在大規(guī)模應(yīng)用中的可行性。

相較于大型設(shè)施，小型系統(tǒng)可能更具實效，它們通常具有較低的初始成本和更快的啟動流程。

在亞利桑那大學(xué)，筆者正領(lǐng)導(dǎo)一項針對名為“分離、處理、電化學(xué)回收及膜技術(shù)”系統(tǒng)的測試工作。這是一套六步鹵水回收系統(tǒng)，旨在連續(xù)回收城市鹵水，即污水處理后殘留的含鹽廢水。

該系統(tǒng)創(chuàng)新性地結(jié)合了多種常規(guī)方法：利用超濾技術(shù)通過精細(xì)濾網(wǎng)去除顆粒和微生物；利用反滲透技術(shù)迫使水通過致密膜以去除溶解鹽；同時，我們還引入了通常不用于水處理的電解槽技術(shù)。

我們此前的研究表明，該系統(tǒng)能夠回收具有可用價值的化學(xué)品，如氫氧化鈉和鹽酸，其成本僅為商業(yè)采購價格的六分之一。初步計算顯示，這套集成系統(tǒng)可以回收高達(dá)90%的水分，從而極大幅度地減少了最終需要處置的廢物量。經(jīng)過紫外線或氯氣的最終消毒處理后，這些回收水完全符合飲用標(biāo)準(zhǔn)。

目前，我們正在圖森市建設(shè)一個更大規(guī)模的試點系統(tǒng)，以供研究人員進(jìn)行深入研究。我們期望通過這一項目，驗證該系統(tǒng)是否適用于回收其他來源的鹵水，并評估其在消除病毒和細(xì)菌方面的功效，以確保人類飲用的安全性。

此外，我們已與來自內(nèi)華達(dá)大學(xué)里諾分校、南加州大學(xué)以及美國陸軍工程兵團(tuán)的研究人員建立了合作伙伴關(guān)系，旨在幫助美國西南部社區(qū)通過安全回用城市廢水來滿足日常用水需求，從而確保可靠的水資源供應(yīng)。

技術(shù)不僅僅是解決匱乏的工具，更是人類反思與自然關(guān)系的一面鏡子。當(dāng)我們將目光投向那些被遺棄的鹵水，看到的不僅是待處理的廢液，更是被現(xiàn)代工業(yè)邏輯切斷的水循環(huán)鏈條。試圖將每一滴水“吃干抹凈”并不意味著對他者的掠奪，恰恰相反，這是一種更為謙遜的回歸——在原子和分子的層面，重新學(xué)習(xí)自然界“物盡其用”的智慧。或許，當(dāng)所謂的“廢物”不再存在，我們才算真正讀懂了水的語言。