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以色列:水的创新者
更新时间:2016-08-22 来源:《世界科学》 作者:葛利云/编译

● 海水淡化、废水再利用和高效灌溉。

没有比死海更能代表中东的水资源匮乏。死海的含盐量是普通海水含盐量的10 倍, 只有具有高适应性的细菌和真菌能存活其中。近年来,由于以色列、叙利亚和约旦向约旦河取水,死海的水平面以每年1 米的速度在降低。由于内陆海水减退,出现了许多潮滩和数以千计的落水洞,其中一些深达25 米。

处在水资源匮乏之中的以色列已成为水处理设施建设的典范。2013 年,以色列政府甚至宣称国家用水已不受异常天气和气候干旱的影响。一度让国家苦恼的加利利海的水平面问题已不存在,每年更是能向约旦河输出1 亿立方米的水。

作为淡化技术的世界前沿,以色列的饮用水约30%来自于5 大反渗透水厂的供应。以色列85%的废水被重复利用在灌溉中,而位居水资源循环利用率第二的西班牙仅为20%,美国更少。以色列政府集中管理水的分配,并于20 世纪60 年代开发出应用于农业的滴灌技术。

美国能源部长欧内斯特·莫尼兹(Ernest Moniz)曾说:“以色列的水资源管理是全世界最先进的。”莫尼兹部长于四月参观了以色列,与国家基础设施部、能源以及水资源部长尤瓦·斯坦尼兹(YuvalSteintz)签署了开展淡化、水处理和能源的合作。

莫尼兹说,来自两国的团队将会开展关于创新性高效节能的淡化工艺的设计竞赛。两位部长也公布了能源和水资源方向博士后的交换项目。

充满挑战

虽然现在以色列可以自给自足,但水资源匮乏和水质量问题依然困扰其它邻国。约旦是个缺水的国家,大多数家庭没有流动水。埃及所关注的尼罗河供水将在2017 年中断, 因为青尼罗河上的埃塞俄比亚复兴大坝将建成。受上游地区的土耳其筑坝、农业径流污染物以及筑坝引起的水流量减少的影响, 生活在幼发拉底河流域的50 万叙利亚人不得不放弃耕种。内盖夫的本古里安大学扎克伯格水研究所的环境水文学与微生物系的奥斯纳特·吉洛尔(Osnat Gillor)指出:干旱地方的叙利亚人涌向城市贫民窟,这些地方曾经是内战的爆发地。本古里安大学负责主持以色列专属水研究项目。

非洲撒哈拉沙漠以南地区没有缺水问题:维多利亚瀑布日径流量与以色列的年用水量相当。扎克伯格水研究所所长诺阿姆·韦斯布罗德(NoamWeisbrod)指出,在加纳、肯尼亚以及其他国家存在主要问题是干净的饮用水。他说, 全球每年有180万儿童死于腹泻, 绝大多数是由于饮用了污染的水。大约600 个与水有关的非政府组织每年在非洲花费数十亿美元却收效甚微。

借助于农村水资源开发计划,本古里安大学输送教职工和学生去埃塞俄比亚、乌干达和其他非洲国家,提供技术含量低且廉价的取水措施,比如钻井和安装泵等。韦斯布罗德指出,尽管许多非政府组织也在做同样的事情,但是很少会维护已安装的设备,“那里有很多中看不中用的设备。”本古里安大学今年的乌干达之旅将关注水井的修复项目。

先进的反渗透技术

以色列的5 个反渗透工厂每年生产6 亿立方的水。它们从地中海引水,用砂过滤器过滤掉大的颗粒物。通过高压水泵,将海水打入圆柱形多级聚合物过滤器。逐级变小的微孔可过滤掉微粒、微生物以及大分子。在最后阶段,近乎于纯净的水透过反渗透膜,99.8%的盐和其他矿物质被截留下来。尽管透过的水接近纯净,反渗透的后处理系统也是必须的,它可以去除硼,硼在很低浓度下对工厂设备也是有害的。

索里克(Sorek)是世界上最新的最大的反渗透厂(见上图)。它在2013 年开始运行,每年生产1.5 亿立方水。它位于特拉维夫南部15 千米处,它为150万人提供饮用水。直径为41 厘米的索里克的圆柱体部分是以色列其它水厂设备的两倍宽。它们垂直排列不仅可以节省空间,清理设备和重启反渗透程序也更容易些。索里克使用的反渗透设备有5 万个过滤组件,每个价值2 000 美元。IDE 海水淡化技术公司负责Sorek 水厂和分布在40 个国家的其他400 家反渗透水厂的筹建和运行管理。IDE 海水淡化技术公司副总裁鲍里斯·利伯曼(Boris Liberman)说, 合理的维护可以使这些水厂运转长达10 年之久。位于加利福尼亚的卡尔斯巴德反渗透水厂,在去年由IDE 完成建设,它是西半球最大的反渗透水厂,每天可以处理20.4 万立方水。

全世界有125 个国家共建有15 000 台反渗透厂。扎克伯格水研究所淡化和水资源处理部门的专家摩西·赫茨伯格(Moshe Herzberg)称,这些水厂处理1 立方米的水需要1.25~2.5 千瓦时。其花费已从20 世纪90 年代的每立方米水接近1.6 美元降到索里克的58 美分。

反渗透设备的主要问题是膜的生物污染。经过一段时间后,随着微生物、藻类的生长与累积,水经过过滤器的流速会变慢。类似过氧化氢这种具有氧化性质的消毒剂会损坏聚合物薄膜,因此反渗透各组件必须用洗涤剂与碱性溶液来清理。清洗工作需要在特定的地方进行, 这就要求清洗时需要将反渗透膜从设备中取出来。清洗后的废水要经过处理后才能排放。赫茨伯格说,其中一个研究方向就是要发现耐受氧化剂的多聚物。另外一个重点就是研究包裹在过滤膜外面的水凝胶。水凝胶模拟水母的表皮,使其避免生物污染。

由于盐和其他无机物的积累,过滤器上的污垢也成为一大问题。为了预防污垢的形成,电解质除垢剂被添加到水里。但本古里安大学的研究者发现,这些聚合物会为微生物提供营养并且还会改变膜的表面性质,反而促进膜的生物污染。

版权、出处:《世界科学》

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