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未来几十年水净化的科学技术

摘要

困扰世界各地人民的最普遍问题之一是缺乏清洁用水和卫生设施。在未来的几十年里，水的问题预计会变得更严重。水资源短缺发生在全球，甚至在目前被认为是水资源丰富的地区也是如此。要解决这些问题，就需要进行大量的研究，以确定有效的新冰毒。消耗臭氧物质以较低的成本和较少的能源净化水，同时尽量减少化学品的使用和对环境的影响。在这里，我们重点介绍一些科学和技术致力于改善水的消毒和去污，并努力通过安全再利用废水和有效淡化海水和咸水来增加供水和淡盐水。

1 简介

世界范围内与缺乏清洁淡水有关的许多问题是众所周知的：12亿人得不到安全饮用水，26亿人几乎没有卫生设施，每年都有数百万人由于不安全的水或人体排泄物传播疾病死亡，平均每天3 900名儿童死亡¹。还有无数人因疾病和污染而生病。由水传播的细菌和肠道病毒引起的肠道寄生虫感染和腹泻疾病已经成为营养不良的主要原因，这是由于人们对因水而患病的食物消化不良造成的^2,3。在发展中国家和工业化国家，越来越多的污染物正从人类活动进入供水系统:从重金属和馏分等传统化合物，到内分泌分解物和亚硝基胺等新兴微污染物。越来越多的公众健康和环境问题促使人们努力净化以前被认为是干净的水。需要更有效、成本更低、更可靠的方法，从源头到使用地点对水进行消毒和净化，而不需要进一步强调环境或通过治疗本身危及人类健康。

水也严重影响能源和粮食生产、工业产出和我们环境的质量，影响发展中国家和工业化国家的经济。在人口稠密的地区，许多淡水水生生物正受到污染和过度捕捞——有些是不可逆转的——或者在沿海地区遭受盐水入侵。由于农业、畜牧业和能源消耗占人类用水总量的80%以上，预计淡水需求将随着人口增长而增加，这进一步加重了传统水源的压力。转向生物燃料作为能源可能会进一步增加对灌溉和提炼的需求。令人担忧的是，30年内冰川消退可能会导致雅鲁藏布江、恒河、黄河(有时已经不再流向大海)和湄公河(服务于中国、印度和东南亚)等主要河流时断时续，在旱季期间危及逾15亿人口^4,5。即使是北美洲和欧洲的工业化国家，以及南美洲安第斯国家的工业化国家，农业、水电和热电发电以及市政供水也可能受到严重破坏。由于融雪量的减少和/或冰川的消失^6,7。在未来的几十年里，缺水可能会成为一个口号，引发从大规模人口迁移到战争等一系列行动，除非找到提供清洁水的新方法。

幸运的是，最近一系列的水处理研究为减轻世界各地受损水域的影响带来了希望。传统的水消毒、去污和脱盐方法可以从质量和供应方面解决这些问题。然而，这些处理方法往往是化学、经济和操作密集的，集中于大型系统，因此需要大量的资金、工程专门知识和基础设施，所有这些都妨碍了它们在世界许多地方的使用。即使在高度工业化的国家，发展最先进的传统水和废水处理设施所需的费用和时间使解决所有问题变得困难。此外,强化化学治疗(如涉及氨、氯化合物,盐酸,液钠希德、臭氧、高锰酸盐、明矾和铁盐混凝、过滤艾滋病、反标剂,腐蚀控制化学物质,和离子交换树脂再生剂)及治疗,产生的残差(污泥、卤水、有毒废物)可以添加的问题共同污染和盐淡水来源。此外，由于缺乏适当的基础设施，世界许多区域无法使用化学强化处理方法。

然而，即使在中欧，也有一种通过工程“天然”系统减少化学处理的趋势，用于饮用水生产，以减少分配系统中残留的硅云母⁸。幸运的是有更多的科学技术可以减轻环境影响和提高效率,因为目前的治疗方法仍远自从限制的能力分离化合物,禁用或删除有害的病原体和化学药剂,运输水分子,离子浓度梯度。我们的期望是，通过关注水的组成部分和用于处理的材料之间的水界面的科学，新的，可持续的，负担得起的，安全的和强大的可以开发和实施增加供应和净水的方法，为全世界人民服务。