图/斯托克，瑞安·迪恩·莫里森。
在包括南加州在内的许多地方，气候变化增加了干旱的威胁，也增加了对新的、持续的水资源的需求。考虑到高盐度的水流，有时是海水，可以缓解这种短缺，但由于需要淡化这些水流，需要更高的能源投资。一些海水淡化设施靠近废水回收设施，为协调两种不同的水资源提供了机会。南加州大学维特比工程学院的研究人员探索bob国际首页登录了这样的机会，以便以更低的成本回收更多的水。
发表在《海水淡化Amy Childress, Gabilan科学与工程特聘教授，USC Viterbi博士生Xin Wei和Kelly Sanders, Teh Fu Yebob国际首页登录n博士早期职业主席，研究了废水处理的当前和未来情景，特别是关于高盐度流。目标:提供尽可能多的水供应，使用尽可能少的能源，并考虑到环境管理。
“虽然饮用水再利用和海水淡化传统上被认为是供水组合的两个独立部分，”桑尼·阿斯塔尼(Sonny Astani)土木与环境工程系教授柴尔德里斯(Childress)说，“但考虑将废水处理和海水淡化结合起来，以满足水和能源目标，同时确保符合环境标准，这是有意义的。”
要理解这一机遇，必须考虑当前的背景。首先，废水的含盐量在增加，部分原因是节水。这种高盐度水流的处理成本更高，可能需要进行脱盐处理。污水回收设施的进步意味着海水淡化过程(如反渗透，通过半透性材料过滤污染的水来清洁它)可以帮助相对有效地处理高盐度的水流。
这种视觉分享了废水和高盐度流的潜在相互作用，以及如何协调它们以增加饮用水再利用的供水。图片/ xin wei。
利用现有水压
柴尔德里斯说:“由于节水和其他原因，废水中的盐度正在增加。例如，在沿海地区，海水会侵入废水回收设施的基础设施，也会增加盐度。盐度增加的直接影响是，你可能需要在更高的压力下操作现有的海水淡化工艺，或者你可能需要引入一种新的海水淡化工艺来处理水。”
传统上，高盐度溪流一直是较不优先考虑的水资源，因为对这些溪流进行脱盐和清洁以满足环境和监管标准的能源密集型工作。然而，如果现有的脱盐过程可以改造或增加新的脱盐过程，利用脱盐能力的高盐度溪流将成为更可行的溪流，以满足供水需求。
有一些技术可以改造到这些设施中。这些装置包括:能量回收装置(ERDs)，它利用海水淡化过程中产生的盐水中的能量，并将其应用于新处理的水流;闭路反渗透(CCRO)，维持系统中的压力，而不是将其释放到生成的盐水中。柴尔德里斯说，这有助于减轻额外的盐负担，而不会增加额外的能量负担。
水回收的能源管理策略
柴尔德里斯说，盐水的排放受到一定标准的管制，这意味着排放的溪流的盐度必须低于一定的水平，可能与海水的盐度相似，海水的盐度约为每升35克。最初，魏博士专注于不同水源溪流的混合，以满足溪流中盐度浓度的监管标准。然而，最近她改变了研究方向，从不同的角度考虑问题。
柴尔德里斯说:“魏考虑的是，如果我们能够以饮用再利用的方式利用废水来满足要求，而不是仅仅将废水混合排放到海洋中，我们是否可以再利用这些废水并利用水资源，这样我们就有了额外的水供应?”
在先进的水净化设施中，使用反渗透膜(在过滤污染物的同时施加压力使水通过半透性材料)来净化水已经成为行业标准，这为处理高盐度废水流提供了机会。
水部门的高能源成本导致许多水和废水处理设施纳入能源管理战略。例如，能量回收装置通常与高盐度反渗透过程结合使用，以减少海水淡化过程的能源消耗，研究人员说。
能量回收装置通过将(已经处理过的)浓盐水流中剩余的压力转移回给料流来减少能量消耗。研究人员说，根据运行条件的不同，能量回收装置可以将海水反渗透淡化设施的能耗降低67%。
先进的水净化设施正在考虑采用高回收率的反渗透工艺(如闭路反渗透)，以提高水的回收率，同时保持低能耗。给水较咸的膜工艺需要较高的压力(或能量)。在常规的反渗透过程中，压力固定在一个高水平，可以克服浓缩液中的最终压力。在闭路反渗透中，压力逐渐增加，直至刚好高于所需压力。使用时变进料压力，闭路反渗透可能比能量回收装置提供更大的能源节约。闭路反渗透的另一个好处是它可以排放更少的水。
Childress说:“我们正试图在水处理方面实现灵活性——评估水质的差异，并使用不同的方法来处理特定的河流，以达到最高的效率和最少的浪费。”
水的未来
随着气候变化导致的干旱继续威胁传统水资源，如何灵活和可持续地解决水资源问题的考虑变得越来越重要。
柴尔德里斯说:“我们不是在创造一种新技术或新的治疗方法，而是在寻找与邻近设施协调可能存在的协同效应——这是目前还没有做到的。”
展望未来，Childress说，以不同的方式看待水可能是尽可能有效利用水的关键。像洛杉矶这样的城市已经开始采取一项名为“一水”的倡议，旨在将城市的所有水资源视为一个整体，并努力以一种更有利于环境、经济和社会的方式来管理它们。
“与其将水分类为雨水、废水和海水，不如我们说所有的水都需要处理?”切尔德里斯说。“然后我们可以看看我们的系统，评估我们需要做些什么来实现这一目标。像洛杉矶这样的沿海城市的最终目标是关闭水循环——不是把水送到海洋，而是确定排放流中的每一个有价值的资源，并找到再利用的方法。现在这样做太贵了，但希望这是我们前进的方向。”
发布于2021年11月16日
最后更新于2021年11月16日
