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太阳能移动式净水系统

来源:环球科学

太阳能供电的Max Pure系统把池塘水变成干净的饮用水。

当世界水与太阳能技术公司(World Water & Solar Technologies)部署其由太阳能电池板、电池和高压泵组成的移动净水器时,这些设备通常会在世界各地的自然灾害地区、脱离电网的村庄或军事行动中使用。

如今,美国各城市正在应对受污染的水源供应和日益减少的淡水储备,该公司正在美国国内趁机进行扩张。科锐(Quench Water & Solar)公司让企业家们向他们的邻居、当地企业以及塑料瓶像雨水一样倾泻而下的大型活动或节日中出售干净、理想的廉价饮用水。

“美国大部分地区的供水基础设施,当然远不止这些,是非常古老的……市政当局没有足够的资金或资源来解决这些问题。”科锐公司(Quench)总裁兼世界水务公司(World Water)国际发展副总裁David Hammes说,“我们认为这是一个利用我们的技术并真正造福于遭受污染水的人们的机会。”

可移动系统小至高尔夫球,大到食品卡车,这完全取决于客户想要的产量。太阳能电池板位于顶部,产生的电能为凝胶密封的铅酸电池(GEL-sealed, lead-acid batteries)充电,而铅酸电池被用来驱动通过过滤器抽水的马达。根据过滤过程的不同,干净的水从软管流出,而污染物从排出流中流出或留在机械膜内。与此同时,联网监视器远程显示系统的水质、输出以及设备性能。

Hammes说:“我们可以把它部署在任何地方并在几分钟内就把被污染的、有毒的水变成饮用水。”

如果水来自池塘、湖泊或市政水龙头,它会通过四个过滤器来清除微生物、沉积物和其他污染物。紫外线灯会对过滤过的水进行消毒。半咸水或海水经历反渗透(reverse osmosis),在这种过程中,咸水在力的作用下通过一层阻挡钠和氯离子的厚膜,让淡水通过。这个过程需要消耗大量的能源,所以这些单元需要更多的太阳能电池板和电池,而且成本要高出数千美元。

科锐公司(Quench)业务发展总监本·斯威策(Ben Switzer)表示,铅污染的水也需要反渗透,因为这种金属的分子质量较低。10月初,当我们举行发布会时,他正负责在一个在密歇根州的弗林特(一个仍在遭受公共用水危机困扰的城市)举行的会议中促销自己的项目。

2014年,密歇根官员更换了弗林特的供水系统后,充斥着铅和有害细菌的恶臭的水在厨房的水龙头和淋浴喷头中流动了两年。尽管州当局声称弗林特的水现在可以安全饮用,但是许多居民说,他们不再相信政府的话,他们继续购买瓶装水,或者安装家庭过滤系统,用于饮用、烹饪和洗澡。根据对联邦数据的分析, 2015年全美约有1800万人接受的供水中铅含量是超过联邦标准的。

科锐净水器的设计初衷不是为了与市政供水相抗衡。该公司最大的太阳能发电机组每天平均过滤生产113500升的淡水,以及反渗透过滤11400升的咸水。相比之下,弗林特这个拥有近9.7万人口的城市,每天有超过4500万升水通过管道。

但移动系统可以为社区提供一种负担得起的替代方案,以取代瓶装水和家用过滤器。斯威策( Switzer)说,有了Quench品牌的产品,许可方可以以几分之一美分的价格提供一加仑的饮用水。

在过去的30年里,科锐的母公司世界水务公司(World Water)已经向大约30个国家提供了这项技术。移动Max Clear系统采用900瓦太阳能阵列和5.4千瓦时的电池存储,而移动Max Pure系统拥有4千瓦折叠太阳能阵列和高达31千瓦时的电池存储。系统的价格从3万美元到15万美元不等,具体取决于水源和预期容量。

其他一些公司也在全球范围内提供可移动太阳能净水器和水泵。印度企业集团塔塔集团(Tata Group)正在印度建设村级海水淡化系统和太阳能水泵(solar-driven water pumps)。由麻省理工学院研究人员创立的初创公司PV Pure,已经在拉丁美洲、加勒比群岛和中东地区推出了小型设备。

艾米·比尔顿(Amy Bilton)在麻省理工学院(MIT)攻读博士学位时帮助开发了PV Pure’s技术。她说,太阳能净水器面临的一个关键挑战是太阳能的间歇性。如果系统有任何波动,它会迅速降低设备的性能。为了解决这个问题,操作者可以使用小电池来保持稳定的能量流动,或者配合阳光来打开和关闭系统。

现任多伦多大学全球工程中心和水与能源研究实验室主任的比尔顿说:“在我们的工作中,我们两者都做了一点。即使加入电池,仍然需要间歇性地操作系统。像传统的海水淡化厂那样24小时运行一个系统,成本效益并不高。更大的电池可以储存能量并延长运行时间,但它们会给整个系统增加相当大的成本

她说,反渗透净化器面临着另一个挑战。如果管理不当,间歇性操作可能将导致膜污染。盐、微生物和重金属可以附着在膜上并在膜上生长,这意味着需要更多的能量才能迫使水通过过滤器。为了避免这种情况,操作人员可以在关闭系统前进行一次冲洗,以确保膜附近没有积水。或者添加某些化学物质到未经处理的水中,以确保沉积物不会堆积。

比尔顿(Bilton)指出,不仅是在海外,而且在整个北美,包括水处理相对困难的美国干燥的西南部和偏远的加拿大村庄,人们都对这种太阳能驱动的水净化技术越来越感兴趣。她说,这是一种越来越普遍的现象。在某些市场是很有意义的。

作者:Maria Gallucci

翻译:马莺华

本文来自:环球科学
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