反滲透是凈化海水的最常用方法之一，但該方法產生的效果有限。進入系統(tǒng)的水約有20％至50％作為濃縮廢水保留下來。

現(xiàn)有幾種處理濃縮廢水的方法，包括將廢水注入封閉的地下井中，并使用面積很大的池塘蒸發(fā)廢水。然而，這些方法中的大多數(shù)都非常昂貴、費時且耗能。

據(jù)外媒報道，亞利桑那大學工程師和科學家組成的團隊正在開發(fā)一種太陽能脫鹽系統(tǒng)，該系統(tǒng)結合了多種類型的技術，包括聚光光熱技術，光伏技術和膜蒸餾技術，可以最大程度地從這些濃縮廢水中回收水。該過程以更低的成本使用更少的能源，并且可以為資源稀缺的內陸地區(qū)（例如亞利桑那州）提供更多的水。美國能源部為此提供了50萬美元的資金。

“同時使用CSP和PV的好處是，與僅使用PV或CSP的現(xiàn)有淡化系統(tǒng)相比，我們可以將能源效率提高一倍，”化學和環(huán)境工程學助理教授兼項目首席研究員KerriHickenbottom說道?！斑@種離網系統(tǒng)將使用可再生能源來改變我們處理高鹽度濃縮廢水的方式。”

化學和環(huán)境工程學的助理教授Andrea Achill和詹姆斯·懷恩特光學科學學院的教授Robert Norwood也參與了該項目。該項目使得該大學最近在2020年世界大學學術排名中在水資源領域獲得美國第一和全球第二的地位。

膜蒸餾

該小組正在使用光學科學中心的太陽能測試臺進行研究。他們還與附近的水和能源可持續(xù)技術中心（WEST Center）合作，該中心設有由Achilli監(jiān)督的反滲透系統(tǒng)，該系統(tǒng)會生成團隊用于測試的濃縮廢水。

該太陽能脫鹽系統(tǒng)使用“膜蒸餾”的過程來凈化濃縮廢水，該過程涉及在疏水微孔膜上產生溫度梯度。膜較熱側的濃縮廢水流在膜表面蒸發(fā)，通過膜孔，并在膜較冷側冷凝為純凈水，從而分離污染物。這種特殊的膜類似于Gore-Tex織物，可以使汗液通過織物蒸發(fā)，但不允許水或其他水分進入。然后，他們將使用一種新穎的方法將剩余的廢水從液體轉變?yōu)楣腆w。

“我們實際上正在開發(fā)一種新型的結晶技術，這樣我們就可以提高膜通過的驅動力，回收濃縮流中的其他資源（如農業(yè)肥料和道路除冰劑）并實現(xiàn)零液體排放，”Hicken bottom說。

即使?jié)饪s結晶后的材料不可用于其他應用，將其固化而不是將其保持在液體廢物流中也可以使它們更容易運輸且成本更低。

系統(tǒng)原理

光熱發(fā)電和光伏發(fā)電都是利用太陽能發(fā)電的方法，但是它們的轉換途徑不同。光伏是使用半導體材料將太陽光直接轉換成電能。光熱是一個分為兩個步驟的過程，其中涉及使用鏡子聚集太陽的熱量，然后使用汽輪機及發(fā)動機將熱量轉換為電能。

太陽能海水凈化系統(tǒng)早有先例，但是這些系統(tǒng)單獨使用光熱或光伏技術。之前有人利用光伏技術發(fā)電，然后將其轉換成熱能。該混合系統(tǒng)使用了由諾伍德的ARPA-EFOCUS計劃開發(fā)的太陽能光熱、光伏和膜蒸餾技術。光伏發(fā)電產生的電能運行著輔助設備，例如泵，風扇和控制系統(tǒng)，而光熱技術產生的太陽能直接用于加熱水。該系統(tǒng)的另一個主要優(yōu)點是它可以在離網地區(qū)（例如，美國原住民保留地）單獨運行。

“當從一種能量形式轉換為另一種能量形式時，效率會降低，因此，我們光伏光熱混合系統(tǒng)的效率是僅使用光伏或光熱的系統(tǒng)效率的兩倍左右。”Hickenbottom說,“通過光熱系統(tǒng)的跟蹤方法來增加光伏的電能生產，我們還可以減少整個系統(tǒng)的占地面積和成本?！?/p>

研究人員已將其技術提交給美國能源部贊助的“美國制造挑戰(zhàn)性海水淡化獎”。為期四階段的競賽提供了超過900萬美元的獎金，旨在推動太陽能驅動的熱脫鹽技術的發(fā)展。