10 .水净化方面的创新

如果我们能开发广阔的海洋是饮用水的来源，每个人都有足够的钱。但这意味着去除盐，使用现有技术既低效又昂贵。这就是为什么新泽西理工学院化学工程教授Kamalesh Sirkar开发的新工艺具有如此令人眼花缭乱的前景。在Sirkar的直接接触式膜蒸馏(DCMD)系统中，加热的海水流过一个塑料膜，膜中包含一系列充满冷蒸馏水的空心管。DCMD的管子上有细小的气孔，这种设计使它们可以被聚集在上面的水蒸气穿透，而不是被盐穿透。蒸汽通过气孔扩散并被抽走，再次凝结成液态水。

据瑟卡介绍，他的系统非常高效——每100升(26加仑)海水可以产生80升(21加仑)饮用水，大约是现有系统的两倍海水淡化技术可以生产。dmd的一个潜在缺点是，它需要一个稳定、廉价的热源，以防止膜两侧的水温平衡。但是，dmd系统有可能在某一天回收来自岸上工厂和海上石油钻井作业的废热，这对每个人都是双赢的[来源:Greenmeier］．

粘土陶瓷过滤器的工作方式类似于前一节中描述的脱盐技术。基本上，水流过含有许多非常小的洞的粘土，这些洞足够大，可以让水分子进入，但对于细菌、灰尘和其他有害物质来说太小了[来源:美国道尔顿］．第一个这样的装置是由英国陶工亨利·道尔顿在19世纪早期发明的，用于净化从泰晤士河抽取的水，当时泰晤士河被未经处理的污水污染得如此严重，以至于霍乱和伤寒一直是危险的。布罗德里克］．

自道尔顿以来，其他发明家对他的基本概念进行了改进，比如添加银涂层来杀伤细菌，使今天的陶瓷过滤器在去除危险病原体方面做得更好。然而，真正革命性的发展是，人道主义非政府组织已经在发展中国家建立工厂，生产和分发大量廉价的陶瓷过滤器。

2006年的一项研究发现，柬埔寨人使用简单的过滤器(这种过滤器便于携带，运行起来不需要能量)后，腹泻病的发病率降低了46%，水中的大肠杆菌污染比2003年降低了95%[来源:国际资源开发-柬埔寨］

这些陶瓷过滤器的一个缺点是过滤速度。水以每小时2升(2.11夸脱)的速度从粘土过滤器中渗出。但这一过程需要缓慢，以便银溶液有时间杀死病原体。这种过滤器也不能去除砷等有害化学物质。

在美国，自来水公司会添加少量的氟化每升0.8到1.2毫克饮用水作为一种防止牙齿腐烂的方法。但在世界上的一些地方，包括印度、中东和一些非洲国家，水中已经含有大量自然存在的氟化物，而且含量可能很高，对健康有害。新利国际网站品牌官网例如，在一个印度村庄，自然水平为5到23毫克(。00017到0.008盎司)每升会导致居民严重贫血、关节僵硬、肾衰竭和牙齿染色[来源:世界卫生组织新利国际网站品牌官网］．

幸运的是，印度研究人员在2013年3月《国际环境工程杂志》的一篇文章中提出了一种可能的解决方案。研究人员开发了一种过滤系统，使用一种常见的草药，tricax procumbens，从饮用水中吸收过量的氟化物。这种植物也被用于从水中提取有毒重金属，当水在大约27摄氏度(80.6华氏度)的温度下通过时，它会吸引氟化物离子。这种过滤器可能会提供一种廉价、易于使用的方式，使自来水在含氟过多的地方变得安全。但它也可能被美国和其他不喜欢在水中添加氟化物的国家的人使用[来源:科学日报］．

沙子和砾石被用来净水器已经有几千年的历史了。1804年，一位名叫约翰·吉布的苏格兰人设计并建造了第一台过滤器，它可以通过沙粒过滤水，去除较大颗粒的污染物。他的技术非常有效，很快，伦敦和欧洲其他大城市都在用它来让河水看起来更清澈、味道更好。

到了19世纪末，科学家们发现，过滤也能让水更安全饮用，因为过滤时截住的颗粒正是帮助传播导致水传播疾病的微生物的颗粒。过滤的价值在1892年得到了证明，当时从易北河获得饮用水的汉堡市发生了霍乱疫情，造成7500人死亡，而邻近的阿尔托纳市也从易北河获得饮用水河被过滤，逃脱几乎原封不动[来源:豪氏威马和伍德］．

但最近，研究人员想出了如何在沙粒上涂上氧化石墨，制造出“超级沙子”，据报道，这种沙子过18新利最新登入滤水中汞等有害物质的效率是普通沙子的五倍沙子．研究人员仍在继续寻找方法，使超级沙子吸收更多的污染，最终将其用于供水受到严重污染的发展中国家[来源:科学日报］．

如果你看过20世纪40年代的黑色电影喜剧《砒霜与老蕾丝》(Arsenic and Old Lace)，片中两个好心的老处女主动给孤独的老人喝了掺有砒霜的接骨木酒，让他们摆脱痛苦，你就知道砒霜是非常糟糕的东西。当砷污染饮用水时，会导致膀胱癌、肺癌和皮肤癌，还会损害神经系统、心脏和血管[来源:国家资源保护委员会］．

不幸的是，今天发展中国家有近1亿人暴露在危险的高砷水中，他们负担不起美国使用的复杂而昂贵的净化方法来去除砷。18新利最新登入然而，一项新技术可能会提供一个解决方案。蒙茅斯大学化学教授Tsanangurayi Tongesayi开发了一种廉价的砷去除系统塑料饮料瓶上涂有半胱氨酸，一种氨基酸。当塑料片加入水中时，半胱氨酸会与砷结合，去除砷，使水可以饮用。在测试中，他能够将含有危险砷含量为20 / 10亿的水降低到0.2 / 10亿，这符合美国环境保护署的标准[来源:科学日报］

在贫困国家，人们无法负担建造昂贵的水处理厂，他们有时会依赖一种免费资源——阳光．来自太阳的热量和紫外线辐射的结合将会

消灭大部分导致腹泻的微生物，这种疾病每天夺走非洲4000名儿童的生命。一个复杂的问题是:为了使这一过程有效，水必须是清澈的，这在农村地区是个问题，因为人们从河流、溪流和钻孔中取水，这些地方的水充满了悬浮的粘土颗粒。

但是密歇根理工大学材料科学与工程副教授Joshua Pearce和来自安大略省皇后大学的同事Brittney Dawney有一个解决方案。在2012年《水、环境卫生和卫生发展杂志》上的一篇文章中，他们提出了一种太阳能消毒方案，首先用一种叫做絮凝，其中有少量表盐加到水里把粘土抽出来。虽然由此产生的饮用水含盐量比美国人习惯的要高，但仍然比佳得乐的含盐量要少。皮尔斯在一次采访中说:“我自己也喝过这种水。“如果我在一个没有干净的水的地方，我有腹泻的孩子，这可以挽救他们的生命，毫无疑问，我会使用它”[来源:科学日报，道尼和皮尔斯］．

对于在发展中国家的旅行者来说，接触不安全的水可能是一个很大的风险。如果你能把魔杖浸入水中净化，那不是很棒吗?现在，本质上，你可以。一种名为SteriPEN的手持设备，由总部位于缅因州的Hydro Photon公司销售紫外线根除致病微生物。该设备采用了与瓶装水厂相同的净化技术，但它是小型化的，因此它的重量只有6.5盎司(184克)，可以装在背包里。把它放入一升溪水或池塘水中90秒，瞧——它就可以安全饮用了[来源:石头］．这种便携式水净化系统可以消灭细菌、病毒和原生动物，如贾第鞭毛虫和隐孢子虫，它们会导致疾病[来源:《纽约时报》］．

SteriPENS的大市场是背包客和旅行者，但它们也被美国军方使用。SteriPEN还捐赠了一些设备给那些必须远程工作的游戏管理员荒野没有自来水的地区[来源:石头］．紫外线净化需要注意的一点是:浑浊的水必须先进行预过滤，以去除悬浮的颗粒[来源:疾病控制和预防中心］．

在发展中国家，过滤器是一种方便、廉价的净化水的方法。但是弗吉尼亚大学的一个名为PureMadi的非营利人道主义组织——“Madi”是南非文达语中“水”的意思——已经提出了一种额外的简单易用的技术，只需将水浸泡在容器中就可以净化[来源:Samarrai］．MadiDrop是一个小的陶瓷圆盘，大约汉堡肉饼大小，含有杀菌银或铜纳米粒子。纳米粒子基本上是科学家特别设计的非常非常小的物体，可以作为一个单一的单元[来源:Samarrai，Mandal］．

该项目的负责人之一、土木和环境工程师詹姆斯·史密斯(James Smith)表示，与PureMadi已经在一家非洲工厂生产的大型陶瓷花盆过滤器相比，MadiDrop更便宜、更容易使用，也更容易运输。MadiDrop的一个缺点是，它不能去除使水浑浊的悬浮颗粒。因此，理想情况下，用户会将水经过两步净化过程，首先使用花盆过滤器去除沉积物，然后使用MediDrop去除微生物[来源:Samarrai］．

我们中的许多人可能认为藻类是我们必须时不时地从鱼缸中清除的恶心的东西，但它们也可能对健康构成严重威胁。新利国际网站品牌官网在世界各地的淡水和盐水中都能发现大量蓝藻，即蓝藻细菌。它们产生毒素毒素饮用、游泳或在被它们污染的水中洗澡的人很容易摄入这些物质。一旦微囊藻毒素进入你的身体，它们就会攻击你的肝细胞。这显然不是你希望发生的事情。

不幸的是，传统的水处理方法，如砂过滤和氯化，并不能摆脱这些微小的威胁。这就是为什么苏格兰罗伯特戈登大学的研究人员开发的一种新的净化方法有这么大的前景。研究人员已经确定了10多种不同的细菌菌株，它们喜欢把微囊藻毒素作为午餐，并能够代谢它们，使它们分解成无害、无毒的物质。如果藻类如果将致命细菌引入水源，它们应该能够去除微囊藻毒素，使水可以安全饮用，而不使用任何潜在的有害化学物质[来源:科学日报］．

我们已经提到了一种创新的新设备，MadiDrop，它利用银或铜纳米颗粒杀死细菌。但是纳米技术——也就是设计非常非常小的物体和结构，比人类头发的宽度还小——在帮助净化世界饮用水方面有更大的潜力。印度D.J. Sanghvi工程学院的研究人员表示，这种过滤器是用碳例如，纳米管和氧化铝纤维不仅能够去除沉积物和细菌，甚至还能去除微量的有毒元素，如砷。

使用的一个好处是纳米过滤器这种水比传统水更有效过滤系统，并且不需要那么大的水压。但是，尽管它们的孔隙比传统过滤器小得多，但它们的流速相似或更快[来源:科学日报］．

在麻省理工学院，研究人员甚至正在研究使用纳米技术进行海水淡化。他们正在试验使用石墨烯这是一种只有单原子厚度的碳，用来过滤海水。利用纳米技术，有可能制造出充满微小孔的薄片，只有十亿分之一米厚，可以阻挡盐颗粒，但允许水分子通过[来源:钱德勒］．