让地球不再“口渴”
细数五大非常规淡水生产方法
从美国西南部到西班牙南部和中国北部，水短缺威胁着地球上的很多地方。近8亿人缺少安全的饮用水。大多数国家都在寻求利用地下含水层扩大水来源。同时，一些国家还在试验将循环水用于农业或其他方面。不过许多国家希望利用非常规来源，从雾到海洋，缓解缺水危机。《自然》杂志日前撰文介绍了5种非常规来源的淡水生产方法。
海水淡化
像所有的地中海国家一样，以色列的大部分降水都发生在冬季。但去年冬天，这里几乎没有降雨。在过去，这样的干旱会使以色列的820万人遭遇严重问题。但如今由于以色列在过去10年中建立了海水淡化厂，这个国家的水龙头并没有干涸。
以色列的4个大型“反渗透”设备位列世界上最大和最有效的海水淡化设施之首。到明年，它们每年将提供超过5亿立方米的淡水，约为以色列需水量的一半。在过去20年中，海水淡化已为中东、澳大利亚、美国和南非等国家提供了重要的淡水资源。
“全球有将近一半的人口居住在100公里的海岸区域中，人们不能避免采取海水淡化的方法。”沙特阿拉伯海水淡化与回收中心负责人Gary Amy说道，“海水淡化的趋势已经形成，而且规模一定会越来越大。”但无论采取任何方法，海水淡化所消耗的能量都比传统的水资源更多。
工程师们正在试图通过使用诸如低能泵和先进膜等元件提高反渗透技术。一些工程师还在试验用石墨膜代替目前使用的聚合物膜。在海水淡化过程中将化石燃料转向可再生能源的努力正在全球范围内进行。尽管存在这些努力，海水淡化的成本仍然是昂贵的。
河岸过滤
在每年的7月和8月，数以百万计的印度朝圣者都会涌向圣城哈利瓦。为城市提供淡水的水源无法应对每年涌入的人群，因此这里需要另一个水源。恒河的河岸提供了一个解决方案。
自19世纪70年代，莱茵河畔的德国人就一直使用河岸对水进行过滤。该方法很简单：在位于合适地质区域的河边挖井，河水通过沙子和砾石进行过滤，剥离出大部分的化学和生物污染物，从而得到相对干净的水。“处理过的水可能并不总能满足对水质的要求。”联合国水资源研究所环境工程师 Saroj Sharma表示，不过当河道比较干净，地质条件也比较有利时，如在哈利瓦，由此采集水可能只需稍微消毒就可以使用。
印度将增加使用天然水处理系统。地下水目前提供了该国85%的生活用水，但供应量正在下降：根据世界银行的数据，20年后，印度地下蓄水层的60%将严重退化。
古代技术
埃塞俄比亚北部的提格雷地区非常干燥，曾多次经历饥荒。但这里的科拉洛村的村民却不再面临水资源短缺，这多亏了引进的古代技术。
美国哥伦比亚大学水中心负责人Upmanu Lall将该技术作为哥伦比亚大学千禧村项目的一部分引入科拉洛。Lall从2000年前波斯工程师发明的暗渠供水系统中得到灵感。Lall的学生在埃塞俄比亚工程师和当地村民的帮助下，开始设计现代版的暗渠。这些学生设计了一个位于山顶的小型石坝，可以控制地表径流，允许雨水渗入地下。
这些水从山上流到沟渠中，该沟渠从山脚延伸至4公里外的村子。该系统可以容纳3.6万立方米的水，已经运行了3年。这些水为村民带来了一个额外的种植季节，而且在雨季间歇期可以补充灌溉。
绿化沙漠
农业生产出高于它所消耗的水和能量，这似乎是天方夜谭。不过在卡塔尔的沙漠中，科学家正研究表明，在海水和阳光自我维持的循环中可得到人们需要的食物和干净的水。
撒哈拉森林计划（SFP）由一家挪威公司在2009年建立，由奥斯陆的肥料公司Yara和卡塔尔肥料公司Mesaieed支持，在多哈之外经营着一个耗资850万美元的飞行灌溉设施。据SFP负责人称，去年，700平方米的温室生产出的蔬菜量相当于整个欧洲的商业温室生产量。
温室通常会保存热量，但像卡塔尔这样炎热的地方则相反。从100米外的海洋中运来的水会在温室迎风面的格子中流动，水蒸发时就会增加进入温室的空气的湿度，并使温度下降10摄氏度左右，令室内气候适宜黄瓜和西红柿等蔬菜的种植。其他作物，如大麦和有用的沙漠植物，则生长在温室下风向处。
晚上沙漠降温时，温室内表面的水分凝结，并被收集用于灌溉和饮用。海水淡化设备会对其进行进一步的淡化。整个过程运行所需的电力来自太阳能。
这种方法在任何接近海平面的干燥和阳光充足地区都适用，而且海附近区域的抽水成本较低。但即便如此，海水温室目前的花费仍很高，KAUST沙漠农业中心负责人Nina Fedoroff表示。
雾中取水
在人们的印象里，居住在危地马拉Tojquia小山村的女性不得不在干燥的冬季，长途跋涉到山谷底部采集淡水。不过现在，她们可以通过经常笼罩着村子的雾中获得水。
一立方米的雾包含0.5克液态水，采集方式也相对容易。一个大型的垂直网格面板可以在风吹动水通过其纤维时采集水滴。液滴通过合并与聚集，之后会到达沟槽底部和储蓄罐中。
Tojquia海拔3300米，冬季多风干燥但多雾，是使用该技术的理想地点。在加拿大非营利组织FogQuest项目研究人员的帮助下，Tojquia的居民自2006年起已经安装了35个采集器，平均每年可产生6300升饮用水，足够约30个家庭在旱季使用。雨季储存罐中的收获则更多。
（摘自《中国科学报》 张冬冬/文 2014年6月23日）
海水淡化
像所有的地中海国家一样，以色列的大部分降水都发生在冬季。但去年冬天，这里几乎没有降雨。在过去，这样的干旱会使以色列的820万人遭遇严重问题。但如今由于以色列在过去10年中建立了海水淡化厂，这个国家的水龙头并没有干涸。
以色列的4个大型“反渗透”设备位列世界上最大和最有效的海水淡化设施之首。到明年，它们每年将提供超过5亿立方米的淡水，约为以色列需水量的一半。在过去20年中，海水淡化已为中东、澳大利亚、美国和南非等国家提供了重要的淡水资源。
“全球有将近一半的人口居住在100公里的海岸区域中，人们不能避免采取海水淡化的方法。”沙特阿拉伯海水淡化与回收中心负责人Gary Amy说道，“海水淡化的趋势已经形成，而且规模一定会越来越大。”但无论采取任何方法，海水淡化所消耗的能量都比传统的水资源更多。
工程师们正在试图通过使用诸如低能泵和先进膜等元件提高反渗透技术。一些工程师还在试验用石墨膜代替目前使用的聚合物膜。在海水淡化过程中将化石燃料转向可再生能源的努力正在全球范围内进行。尽管存在这些努力，海水淡化的成本仍然是昂贵的。
河岸过滤
在每年的7月和8月，数以百万计的印度朝圣者都会涌向圣城哈利瓦。为城市提供淡水的水源无法应对每年涌入的人群，因此这里需要另一个水源。恒河的河岸提供了一个解决方案。
自19世纪70年代，莱茵河畔的德国人就一直使用河岸对水进行过滤。该方法很简单：在位于合适地质区域的河边挖井，河水通过沙子和砾石进行过滤，剥离出大部分的化学和生物污染物，从而得到相对干净的水。“处理过的水可能并不总能满足对水质的要求。”联合国水资源研究所环境工程师 Saroj Sharma表示，不过当河道比较干净，地质条件也比较有利时，如在哈利瓦，由此采集水可能只需稍微消毒就可以使用。
印度将增加使用天然水处理系统。地下水目前提供了该国85%的生活用水，但供应量正在下降：根据世界银行的数据，20年后，印度地下蓄水层的60%将严重退化。
古代技术
埃塞俄比亚北部的提格雷地区非常干燥，曾多次经历饥荒。但这里的科拉洛村的村民却不再面临水资源短缺，这多亏了引进的古代技术。
美国哥伦比亚大学水中心负责人Upmanu Lall将该技术作为哥伦比亚大学千禧村项目的一部分引入科拉洛。Lall从2000年前波斯工程师发明的暗渠供水系统中得到灵感。Lall的学生在埃塞俄比亚工程师和当地村民的帮助下，开始设计现代版的暗渠。这些学生设计了一个位于山顶的小型石坝，可以控制地表径流，允许雨水渗入地下。
这些水从山上流到沟渠中，该沟渠从山脚延伸至4公里外的村子。该系统可以容纳3.6万立方米的水，已经运行了3年。这些水为村民带来了一个额外的种植季节，而且在雨季间歇期可以补充灌溉。
绿化沙漠
农业生产出高于它所消耗的水和能量，这似乎是天方夜谭。不过在卡塔尔的沙漠中，科学家正研究表明，在海水和阳光自我维持的循环中可得到人们需要的食物和干净的水。
撒哈拉森林计划（SFP）由一家挪威公司在2009年建立，由奥斯陆的肥料公司Yara和卡塔尔肥料公司Mesaieed支持，在多哈之外经营着一个耗资850万美元的飞行灌溉设施。据SFP负责人称，去年，700平方米的温室生产出的蔬菜量相当于整个欧洲的商业温室生产量。
温室通常会保存热量，但像卡塔尔这样炎热的地方则相反。从100米外的海洋中运来的水会在温室迎风面的格子中流动，水蒸发时就会增加进入温室的空气的湿度，并使温度下降10摄氏度左右，令室内气候适宜黄瓜和西红柿等蔬菜的种植。其他作物，如大麦和有用的沙漠植物，则生长在温室下风向处。
晚上沙漠降温时，温室内表面的水分凝结，并被收集用于灌溉和饮用。海水淡化设备会对其进行进一步的淡化。整个过程运行所需的电力来自太阳能。
这种方法在任何接近海平面的干燥和阳光充足地区都适用，而且海附近区域的抽水成本较低。但即便如此，海水温室目前的花费仍很高，KAUST沙漠农业中心负责人Nina Fedoroff表示。
雾中取水
在人们的印象里，居住在危地马拉Tojquia小山村的女性不得不在干燥的冬季，长途跋涉到山谷底部采集淡水。不过现在，她们可以通过经常笼罩着村子的雾中获得水。
一立方米的雾包含0.5克液态水，采集方式也相对容易。一个大型的垂直网格面板可以在风吹动水通过其纤维时采集水滴。液滴通过合并与聚集，之后会到达沟槽底部和储蓄罐中。
Tojquia海拔3300米，冬季多风干燥但多雾，是使用该技术的理想地点。在加拿大非营利组织FogQuest项目研究人员的帮助下，Tojquia的居民自2006年起已经安装了35个采集器，平均每年可产生6300升饮用水，足够约30个家庭在旱季使用。雨季储存罐中的收获则更多。
（摘自《中国科学报》 张冬冬/文 2014年6月23日）
