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未来之水

2016-10-31海外文摘萨姆·基恩

  导读:在全球变暖的今天,我们怎样找到足够的水? 想象一下打开水龙头而没有水流出的场景,或是低头看看村庄中唯一一口布满灰尘的枯井。很快,大多数发展中国家将面临如此困境。据联合国统计,全球12亿人口正遭遇严重水资源短缺,未来十年中,这个数字可能将增至18

  在全球变暖的今天,我们怎样找到足够的水?

  想象一下打开水龙头而没有水流出的场景,或是低头看看村庄中唯一一口布满灰尘的枯井。很快,大多数发展中国家将面临如此困境。据联合国统计,全球12亿人口正遭遇严重水资源短缺,未来十年中,这个数字可能将增至18亿,气候变化是导致水资源短缺的原因之一。

  然而,发达国家也不能幸免。加州等美国西部地区已经出现了极度干旱,而气候专家的警示更令人担忧——极度干旱的气候可能持续数十年。未来可能发生大规模的人口迁徙或水资源战争。

  要避免悲剧,就得节约,尤其是在水资源消耗量占人类用水总量三分之二的农业领域。另外,维护好基础设施也很重要:一些发展中国家因为水管破裂损失了一半的水。但是节约和维修并不能完全扭转缺水的现状,尤其是在当下全球变暖、城市化速度加快的情况下。因此,各国政府正在对新的水循环和水收集技术进行投资。我们未来的水,将会从哪里来呢?

  海水过滤

  显然,喝海水将成为解决缺水问题的一个办法。海水脱盐方案——即去除海水中的盐分——存在诸多优势。全世界大约一半人口居住在海岸线65英里以内,且海水占全球水资源总量的97%。

  目前,海水脱盐技术仍需完善。很多中东国家的老工厂通过加热海水、收集蒸汽来提取淡水。这种方法需要耗费大量能源。而新工厂则通过反渗透装置提取淡水:海水在高压下通过渗透膜脱盐。新方法更实用,但依然耗能且昂贵。新式脱盐法还会制造出盐废物,如果没有妥善处理,可能会危及海中生物的生命。

  我们现在可以期待看到更多的海水脱盐工厂了——比如以色列建立了4个大型反渗透法海水脱盐工厂,其成功先例引得其他国家纷纷效仿。以色列公司投资10亿美元建立的海水脱盐工厂即将在圣迭戈北部落成;届时,它将成为西半球最大的海水脱盐工厂,每天为加州人供给5000万加仑水。

  废水循环利用

  比起海水脱盐法,一些专家更赞成废水循环利用——把洗澡用水、清洗机器用水以及厕所用水去污过滤,并再次利用。

  大多数水循环工厂分两个步骤清洁废水。第一步,让废水在高压下通过过滤器。这些过滤器的孔隙比人的头发还要细几百倍,可以过滤掉废水中的废物颗粒、有机化学物质、细菌、病毒以及其他污物。第二步,用过氧化氢、臭氧或紫外线脉冲消灭所有渗出过滤器的病菌。

  水循环是一项成熟技术:加州每天循环利用几千万加仑废水进行农业灌溉。那么,是什么阻止人们把循环过滤后的处理水直接作为生活用水呢?是人们的心理作用。喝掉经过处理的废水,让很多人感到恶心。他们认为这些再循环利用的处理水是不洁净的,其洁净程度也许仅仅比厕所用水高一点而已。

  然而事实是,循环水是最洁净的饮用水来源之一——与瓶装饮用水的质量相当,甚至更好。俄勒冈州和加州的啤酒厂曾计划用再循环水做啤酒,正是基于这个原因——处理水非常干净,没有任何异味。再循环水比大多数自来水都要洁净。比如说,密西西比河的水到达新奥尔良之前,河流经过的城市就已经几次循环利用过河水了。而在这些废水成为民用自来水之前,已经经过了比水循环工厂过滤还要严格的净化环节。

  新加坡和纳米比亚几年来在应用水循环技术的进程中,从未发现居民用了处理水而导致疾病的案例。美国航空航天局2008年开始在国际空间站应用水循环技术。(空间站的俄罗斯宇航员不循环使用自己的尿液,但是他们把便袋给美国人进行循环利用。)在美国,德克萨斯州和新墨西哥州等干旱地区已经应用了水循环技术。圣迭戈城大部分的供水依靠几近干涸的河流。2014年,该城市政府投资30亿美元建设水循环工厂,2035年后,水循环工厂生产的处理水可以供给城市三分之一的自来水,总量约为8300万加仑。1998年,圣迭戈市政府曾经否决了水循环的提议,但这一次,他们除了利用这个办法解决缺水问题,别无他法。

  微生物净

  未来,水循环工厂也许可以利用微生物去除废水中的有机化学废物,而不是依靠传统的过滤器净水。微生物净水有一个额外的好处:产电微生物还能提供电力。

  产电微生物在消化废水污物的同时,还能释放电力。产电是自然界的常见现象——例如光合电子传递。与植物不同,产电微生物不在体内储存电子,而是利用微生物像头发一般的附属肢体让电子沉积在物体表面,比如矿物质的表面。在实验用的燃料电池中,科学家用电线和收集来的电子取代矿物质。也许这些微生物将来可以聚集足够的电力,供给水循环工厂,实现自给自足。

  塑料网和油膜

  一些管理水的方法看似简单,但是前景广阔。比如说,在干旱平原地区生活的居民,可以在两点之间拉一张密集的塑料网,雾来时,就能收集到水分,然后将水滴储存在储蓄槽中。危地马拉的一个小村落,每天运用水收集系统收集6300升水,在湿润的季节,他们收集的水量会更多。科学家认为,运用孔隙更小的材料或是更先进的制作方法,这种塑料网收集的水量将大幅度增加。人们可以用这些收集来的水灌溉花园、种植粮食。想象一下,在多雾的旧金山,每个房顶上都有一片菜地。

  油膜保护也是一个科技含量低却有效的方法。储水器中大量的水通过蒸发流失:在某些情况下,人们用掉的水甚至不如蒸发掉的水多。用薄膜覆盖水表面,可以有效防止水通过蒸汽流失。薄膜甚至只需要一个分子的厚度,就能产生效果。油膜的材料可以取自没有毒性的化学品,例如椰子油或棕榈油。

  风可能会破坏油膜,让水重新暴露在天然环境中。但是,以后装有传感器的无人机或软式小型飞船都可以随时监控储水器,发出油膜破损的信号。最近,一项测试表明,用船把油膜撒到德克萨斯州的一个湖中,可以减少15%的水蒸发量。

  人工降雨

  改变天气是所有现代节水方法中最冒险的方法之一。比如“云种散播”,就是将碘化银等化学制剂喷洒在云朵上,而水分子就会聚集在这些制剂颗粒的周围,水分子聚集得多了,就会形成降雨或降雪。

  至少,这在理论上可行。第一次大型实验是在上世纪40年代,人们看到云种散播的效果后激动万分。但近来,改变天气做法的可靠性遭到质疑。怀俄明州的一项6年科研项目表明,人工降雨的方法只能增加5%-15%的降水量。不幸的是,只有30%的时间符合人工降雨的条件。所以,降水增加的总比例只有约3%。不过,聊胜于无,尤其是在干旱时期。总之,人工降雨技术还不足以成熟到长期广泛地应用于实践中。

  太空采水

  如果地球的水资源消耗殆尽,我们可能就要从行星或彗星上采水了。科学家已经在这些星球上安置了探测器用于研究。将来,人们可能在这些星球的深处挖掘水,甚至把水带回地球。尽管这听起来像是天方夜谭,但太空资源采集公司已经存在,行星资源公司就是其中之一,他们准备在十年后开始采集行星资源。

  据行星资源公司估算,一个直径1600英尺的行星能挖掘出的白金,比人类历史上挖掘出的白金总量还多。但是太空资源采集公司的真正目标是行星上的水资源。一些天文学家认为,位于木星和火星之间的塞雷斯行星的含水量(比如冰)比地球总含水量还多。行星上收集的水不仅能用来为人类解渴,还能转化为宇宙飞船的燃料。从这一点来说,太空采水不但能解决人类的当务之急,还能为人类探索太空提供更多的可能。

  [译自美国《大西洋月刊》]



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