使用零液体排放（ZLD）来增强海水淡化的水回收是一种应对水资源短缺的日益增长的策略。然而，这种方法成本高、能耗大，并且可能带来环境挑战。研究人员致力于优化ZLD技术，以最小化成本、能耗和土地需求。
由于气候变化，水资源短缺问题日益严重。解决这一问题的潜在方案是海水淡化技术，它使我们能够利用海水。尽管前景广阔，海水淡化也引发了关于其环境影响、经济可承受性和可及性的担忧。ZLD技术旨在最大限度地从海水淡化的盐水中提取水，从而同时解决水短缺和海水淡化工厂的废物管理问题。然而，它带来了更高的成本和可能的环境后果。
在最近由西北大学工程学院的詹妮弗·邓恩（Jennifer Dunn）领导的研究中，研究人员使用了一种创新的优化模型来分析ZLD在海水淡化厂中的作用，以应对未来的水资源短缺。他们发现，虽然ZLD可以带来好处，但它在能量使用、盐水处置和低收入群体的经济可承受性方面涉及相当大的权衡。
在海水淡化过程中，海水通过一种膜进行处理，过滤掉盐分，产生淡水和浓盐水。ZLD有潜力提高从盐水中回收水的效率，并减少其体积，使处置问题变得不那么棘手。尽管以色列、澳大利亚和沙特阿拉伯等国家的海水淡化设施已经很常见，但大规模海水淡化所需的巨大的能量需求构成了主要的环境挑战。
推动水通过膜所需的巨大能量是海水淡化和ZLD的重大障碍。这种情况创造了一个复杂的循环——产生能量通常需要水，而通过海水淡化生成水则需要大量能量。
“主要的困难在于，海水淡化和有效利用零液体排放需要大量的能量，”邓恩指出。“如果化石燃料成为主要的能源来源，这可能会导致相当大的环境影响。虽然正在探索清洁可再生能源，但其可用性仍然有限，取决于地点和现有基础设施。”
邓恩是麦考密克工程学院化学与生物工程系的教授，她在11月18日的《自然水》（Nature Water）期刊上发表了题为“零和最小液体排放海水淡化技术的能源、水、土地和成本影响分析”的研究结果。她还领导工程可持续性与韧性中心，并担任西北大学-阿贡科学与工程研究所的副主任。
在他们的研究中，邓恩和她的团队寻求改善ZLD的效率的方法。他们创建了一种新优化模型，旨在促进水处理过程的设计（一个技术系列共同工作），该模型包括七种不同的处理选项。这涉及对总过程（称为处理列车，意味着一系列步骤导致零液体排放）中使用的每项技术进行了广泛的研究。该模型称为WaterTap，由美国能源部支持，并由国家水创新联盟主导。
“ZLD和最小液体排放过程产生更多的水，这在面临水短缺的地区可能至关重要，但它们也提高了能耗和成本，”邓恩解释道。“每个设施需要根据其特定情况和可用资源做出明智的决策。关键在于找到正确的平衡。”
盐水的处置也引发了环境担忧。许多沿海海水淡化厂将盐水送回海洋；然而，这一做法的长期后果仍未完全理解。人们担心，比海水盐度更高的盐水可能会干扰脆弱地区的海洋生态系统。
邓恩强调，随着海水淡化变得更加普遍，监测盐水处置的重要性。
“目前，关于高盐分盐水如何影响海洋环境的信息不足，”邓恩表示。“在某些地区，影响可能最小，但在其他地方，可能会相当有害。我们致力于解决这些知识空白。”
海水淡化的费用可能非常高，特别是在最受水短缺影响的低收入地区。建设、运营和维护海水淡化厂所涉及的费用非常可观，加上巨大的能源需求。即便在一些国家为淡化水提供补贴，通常也不够。
“海水淡化不应被视为唯一的解决方案，”邓恩指出。“在某些地区，它至关重要，但它必须与更广泛的水管理策略相辅相成。”
邓恩强调，多个国家正在采取“多方面”的方法来解决水资源短缺，通过将海水淡化与水回收、雨水收集和节水措施等技术相结合。这种多样化的策略提供了明显的优势，使社区能够更好地应对资源波动和需求增加。
“虽然在特定地区海水淡化至关重要，但它不应是应对水短缺的专属策略，”邓恩总结道。“为了取得重要进展，我们需要将其视为更全面的可持续水管理计划的一部分，以应对每个地区的独特挑战和资源。”
