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科学技术

百万吨级水系统

海水反渗透技术或为世界提供饮用水

联合国做出过一个估计，截止到2050年的时候，地球上的人口会增加超过30亿人，这一人口数量的增加无疑会给目前地球上淡水资源的供给带来显著的压力。

海水淡化技术可能会给人类未来的淡水资源需求带来希望。到目前为止，大部分海水淡化是通过多重闪蒸法来进行的，也就是把海水加热沸腾后引入闪蒸室，收集冷却下来的水蒸气。然而，相比于多重闪蒸法，海水反渗透法能够很大效率地把海水转换成淡水，这或许就指明了海水淡化技术下一步前进的方向。

自上个世纪70年代开始，就和Toray公司合作进行水处理研究的栗原优博士是一位有着丰富经验的专家，他说“日本因为降雨量多，所以国内并没有高端水处理设施的需求。所以从一开始，我们的水处理研究就定位于像沙特阿拉伯，中国这样的国家，因为他们需要为农业和社会发展提供可靠的淡水供应。”

栗原博士见证了日本成为全球水研究领域一把手的崛起过程。到上个世纪80年代为止，日本曾经占据了全球多重闪蒸法海水淡化技术60%-70%的市场。但是韩国的出现，因其优惠的汇率政策以及低廉的制造成本，渐渐蚕食掉了日本原有的份额。

在海水反渗透技术里面，海水被外力驱使穿过一个只能通过淡水的膜，从而分离出了盐，从而达到海水淡化的目的。日本目前拥有着海水反渗透法中膜技术大部分的市场份额，而膜的性能很大程度上决定了海水反渗透最后的效果。2010年日本政府给栗原博士所带领的百万吨级水处理项目拨付了34亿日元的研究资金，这是被日本政府称为30个世界先进创新科学技术研究项目（简称为FIRST项目）其中的一个。栗原博士的项目是为了寻求有效方法来解决海水反渗透中能耗量以及环境影响的问题。

栗原博士还解释道“为了更具竞争优势，我们需要创造出可持续的低碳海水淡化技术来降低运营成本，这样的话就能把我们的客户群拓展到发展中国家以及很多沿海的大都市，因为它们对大规模，低成本的海水淡化技术有着巨大的需求。”

目前的海水淡化装置的淡水生产量，每天不到50万立方米。有了政府的研究基金，栗原博士正在开发日均淡水生产量100万立方米的装置，换算成质量差不多就是每天生产出一百万吨水。

百万吨级水系统的一个重要特征 就是使用了低压反渗透膜。低压反渗透膜比目前市场上所使用的膜表面积更大，孔隙也更小，实现了低压状态海水淡化的可能。据栗原博士透露，实验室的样本装置已经达到了降低20-30%能耗的水平。

百万吨级水系统的另一个特征就是使用了压力阻尼渗透发电来作为能量回收装置，这样可以利用海水和淡水之间浓度的差异来节能省耗。栗原博士的研究团队发现，利用这项技术也可以降低处理后废水中盐分的含量，从而减少所带来的海洋环境影响。

而且，通过把海水反渗透在第一阶段排出的盐水再次进行反渗透处理，研究团队提高了投入产出效率，同时也降低了废水的排出量。栗原博士声称，由于使用了低压操控使得这一过程相比以前降低了20%的能耗，同时淡水生产量的比例由传统的40%-45%，最大提高到了65%。

由于项目进行到了最后阶段，栗原博士准备进行小规模的试验来检测水处理系统是否达到了低成本和低环境影响。当这一套百万吨级水系统实现了商业生产运营的时候，日本将会为世界带来低成本，高性能的淡水供应系统，以满足世界各地源源不断的需求。

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