凭空取水

来源: 科学世界

发布日期: 2014-04-08 20:04:48

本文介绍了地球淡水资源的稀缺性及从空气中取水的几种创新方法,包括WarkaWater装置、雾珠采集系统和空气制水机,强调了节约用水的重要性。

地球上的淡水含量仅占全球总水量的2.53%,其中68.7%属于固体冰川,分布在难以利用的高山和两极地区。人类能直接利用的淡水取自地下水、湖泊淡水和河床水。然而,这些淡水资源正变得越来越稀缺,尤其是在沙漠和海岛地区。解决这些地区淡水供应问题的传统方法包括交通运输和海水淡化两种途径。但是,交通运输成本较高,海水淡化对盐水稀少的地区并不适用,都无法广泛使用。因此,人们开始寻找其它方法获取淡水资源。

事实上,地球大气中含有64400立方千米的水分,是地球上江河总水量的10倍,不管人类如何活动,自然界都会通过蒸发和凝聚的循环保持这个比例,所以“空气水”的来源可以说是十分充足的,从空气中取水成为了一个很重要的选择。近些年来,在非洲之角,每年都有几千公顷的森林消失,加重了当地的沙漠化和旱情,并引起缺水、饥饿等问题。

来自意大利的设计师Arturo Vittori设计了一个形似“竹篮”的取水装置,取名叫做WarkaWater。WarkaWater高30英尺高(约9.14米),外部框架可以用竹子、塑料或者金属搭建,内部悬挂一个特殊设计的面料,方便空气中的水分凝结,每天可以提供约94升的饮用水。

这个取水装置造价550美元,四个工人就地取材,花费一周的时间就可以完成搭建,相比较于高昂的钻井取水费用,算是一种非常经济的取水方式。MIT研究人员经过对比仿生研究发现,决定雾气取水效率的因素有三个,即网丝的粗细、网丝间距的大小和网丝表面的涂料。

现有技术装置主要是由聚烯烃材料编织的网络,虽然此网编织起来简单易行而且价格便宜,但往往因为网丝过粗、网眼过大等,结果不理想,只能在轻雾状态下获得2%的取水率。研究人员发现,有些沙漠昆虫身体上雾气取水的网丝表面是坚硬的,这种具有渗透性功能的网状结构之所以具有很高的取水率,主要是因为风吹使雾珠围着网丝表面旋转而凝聚。

他们因此采用比头发丝粗3到4倍的不锈钢作为网丝编织网络,网丝之间的缝隙约2倍于网丝,并在网丝表面涂上一种容易让水珠下沉的化学涂料,减少网丝交会角滞留现象发生,并让在网丝上形成的雾珠向下流进底部得到收集。这种称之为“雾珠采集系统”的垂直网丝结构,在轻雾条件下可以让系统获得10%以上的取水率,如果将网络叠加使用,还可以得到更大的取水率。

Watergen是以色列的一家研制空气制水机的公司,该公司的空气“榨水机”外型上看就像一个空调的室外机,方方正正的。除了一个明显的进气栅栏外,外观看不出什么特别之处。空气进入机器时,内置的五层滤网会层层过滤掉空气中的灰尘和脏物。然后被吸入制雾室,空气加热为水蒸汽后,冷却变为冷凝水被注入到降温贮水箱中,经过过滤处理后,净化好的纯净水被重新添加矿物质,以便符合人体的健康饮用标准。

空气制水机原理类似于抽湿机,吸入的是潮湿空气,排出的是干净的水。空气制水机的制水能力主要取决于空气环境湿度的大小,湿度越大,制水能力越强;反之,湿度越干燥,制水能力越低。在60% -70%的湿度环境下,制水的能力最强。

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