水資源安全正成為迫在眉睫的全球挑戰(zhàn)。數(shù)億人口已經(jīng)生活在缺水地區(qū)，聯(lián)合國預(yù)測，到2030年，全球約一半的人口將生活在缺水嚴(yán)重的地區(qū)。即使對于像美國這樣的發(fā)達(dá)國家來說，這也將是一場危機(jī)。美國40個州的水務(wù)管理人員預(yù)計，未來10年內(nèi)淡水短缺。隨著全球人口和GDP的增長，對淡水的需求也將增加。而且，隨著全球氣溫的持續(xù)上升，水資源短缺只會變得更加嚴(yán)重。

越來越多地依靠淡化工藝來增加供水量。實際上，全球淡化能力預(yù)計在2016年至2030年之間翻一番。但是這些過程成本高昂，并且可能對環(huán)境有害。海水淡化的副產(chǎn)品超高鹽度鹽水可以是海水鹽度的幾倍，其管理選擇對于內(nèi)陸海水淡化設(shè)施(如亞利桑那州，加利福尼亞州，佛羅里達(dá)州和德克薩斯州的設(shè)施)尤其具有挑戰(zhàn)性。

在過去的一年中，哥倫比亞工程公司的研究人員一直在改進(jìn)他們對高鹽鹽水的非常規(guī)脫鹽方法-變溫溶劑萃取(TSSE)-這顯示出廣泛的應(yīng)用前景。TSSE與傳統(tǒng)方法有根本的不同，因為它是一種基于溶劑萃取的技術(shù)，它不使用膜且也不基于蒸發(fā)相變：它是有效，高效，可擴(kuò)展且可持續(xù)供電的技術(shù)。在6月23日在線發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》上的一篇新論文中，研究小組報告說，他們的方法使他們能夠?qū)崿F(xiàn)超高鹽度鹽水的節(jié)能零液體排放(ZLD)，這是TSSE進(jìn)行ZLD脫鹽的首次演示。高鹽鹽水。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的地球與環(huán)境工程助理教授Ngai Yin Yip說：“零液體排放是海水淡化的最后一個領(lǐng)域。”“蒸發(fā)和冷凝水是ZLD的當(dāng)前做法，但它非常耗能且成本高得驚人。我們能夠在不使水沸騰的情況下實現(xiàn)ZLD。這是對超高鹽度鹽水進(jìn)行脫鹽的一項重大進(jìn)步，這證明了我們的TSSE技術(shù)可以成為全球水行業(yè)的變革性技術(shù)。”

Yip的TSSE過程始于將低極性溶劑與高鹽度鹽水混合。在低溫下(該小組使用的溫度為5°C)，TSSE溶劑從鹽水中提取水，但不從鹽中提取水(鹽以離子形式存在于鹽水中)。通過控制溶劑與鹽水的比例，該小組可以將鹽水中的所有水提取到溶劑中，以引起鹽的沉淀-在所有水“吸入”到溶劑中之后，鹽形成固體晶體并掉落到水中。底部，然后可以輕松篩分。

在研究人員分離出沉淀的鹽后，他們將含水溶劑加熱到大約70°C的中等溫度。在較高的溫度下，溶劑對水的溶解度降低，水像海綿一樣從溶劑中擠出。分離出的水在溶劑下面形成一層，并且鹽含量比初始鹽水少得多?？梢匀菀椎貙⑵浜缥?，然后可以將再生的溶劑重新用于下一個TSSE循環(huán)。

Yip說：“我們并不期望TSSE能夠像以前那樣運作良好。”“實際上，當(dāng)我們討論其對ZLD的潛力時，我們恰恰相反，該過程可能會在鹽分過多而無法繼續(xù)工作的某個時候消失。因此，當(dāng)我說服首席研究員Chanhee Boo在星期五的下午嘗試了一下，結(jié)果非常好。”

通過模擬(實驗室準(zhǔn)備)的鹽水總?cè)芙夤腆w為292,500百萬分之一，Yip的團(tuán)隊能夠在原始溶液中沉淀出90%以上的鹽。此外，研究人員估計，該過程僅使用蒸發(fā)水所需能量的約四分之一，與熱蒸發(fā)鹽水相比，可節(jié)省75%的能量。他們將溶劑重復(fù)使用了數(shù)個周期，而性能沒有明顯下降，表明該溶劑在此過程中是保守的，不會消耗。

然后，為了證明該技術(shù)的實際適用性，研究小組在高鹽度鹽水，加利福尼亞中央山谷中灌溉排水的濃縮液(該灌溉廢水難以處理且成本高昂)的現(xiàn)場樣本中進(jìn)行了取樣，并通過TSSE獲得了ZLD 。

常規(guī)的蒸餾方法需要高等級的蒸汽，并經(jīng)常補充電力以為真空泵提供動力。由于TSSE僅需要適度的溫度輸入，因此所需的低等級熱能可能來自更可持續(xù)的來源，例如工業(yè)廢熱，淺井地?zé)岷偷蜐舛忍柲芗療崞鳌?/p>

Yip指出：“在適當(dāng)?shù)娜軇┖瓦m當(dāng)?shù)臏囟葪l件下，我們可以為內(nèi)陸淡化設(shè)施提供具有成本效益和對環(huán)境可持續(xù)的濃縮物管理方案，利用咸淡的地下水緩解當(dāng)前和即將來臨的水資源壓力。”

除了管理內(nèi)陸海水淡化濃縮液外，TSSE還可以用于其他高鹽度鹽水，包括石油和天然氣開采中的回流和采出水，蒸汽驅(qū)動的發(fā)電站產(chǎn)生的廢水，煤制化工設(shè)施的排放以及垃圾填埋場滲濾液。Yip的小組正在繼續(xù)研究TSSE的基本工作機(jī)制，以設(shè)計其性能的進(jìn)一步改進(jìn)。這項工作包括使用實地樣品進(jìn)行進(jìn)一步測試，以及優(yōu)化整個過程。

這項研究的標(biāo)題是“通過變溫溶劑萃取實現(xiàn)超高鹽度鹽水的零液體排放”。