废水和高盐度流的潜在相互作用，以及如何协调它们以增加饮用水再利用的供水。信用:韦辛在许多地方，包括南加州，气候变化增加了干旱的威胁和对新的和持续的水资源的需求。较高盐度的水流，有时还有海水，被考虑用来缓解这种稀缺，但由于需要淡化这些水流，需要更高的能源投资。一些海水淡化设施靠近废水回收设施，这为协调两种不同的水资源提供了机会。南加州大学维特比工程学院的研究人员探索了这样的机会，以便以更低的成本回收更多的水。在发表在《脱盐》杂志上的研究中，盖比兰科学与工程杰出教授艾米·柴尔德里斯、南加州大学维特比博士生韦辛和泰富延博士早期职业讲座凯利·桑德斯研究了废水处理的当前和未来场景，特别是高盐度溪流。目标是:提供尽可能多的水供应，尽可能少地使用能源，并牢记环境管理。
“虽然饮用水再利用和海水淡化传统上被认为是供水组合的独立部分，”Sonny Astani土木与环境工程系教授Childress说，“考虑我们可以将废水处理和海水淡化相结合的方式是有意义的，以满足水和能源目标，同时确保符合环境标准。”
要理解这个机会，必须考虑当前的背景。首先，废水的盐度在增加，部分原因是为了节约用水。这种含盐量更高的水流处理起来更昂贵，可能需要脱盐过程。废水回收设施的进步意味着脱盐过程(如反渗透，通过半渗透材料过滤受污染的水进行清洁)可以帮助相对有效地处理高盐度的水流。
利用现有水压
柴尔德里斯说:“由于节约用水和其他原因，废水中的盐度正在增加。例如，在沿海地区，海水可以侵入废水回收设施的基础设施，也增加了盐度。盐度增加的直接影响是，您可能需要在更高的压力下运行现有的脱盐工艺，或者您可能需要引入新的脱盐工艺来处理水。”
传统上，盐度较高的溪流是一种优先级较低的水资源，因为淡化这些溪流和清洁水以达到环境和监管标准需要大量能源。然而，如果可以改造现有的脱盐过程或增加新的脱盐过程，利用脱盐能力的高盐度流将成为更可行的流，以满足供水需求。
有一些技术可以改造到这些设施中。这些装置包括:能量回收装置，利用脱盐过程中盐水输出的能量，并将其应用于新处理的液流；和闭路反渗透(CCRO)，它保持系统中的压力，而不是将其释放到生成的盐水中。柴尔德里斯说，这有助于减轻额外的盐负担，而不会增加额外的能量负担。
水资源回收的能源管理策略
柴尔德里斯说，盐水的排放受到一定标准的管制，这意味着排放流的咸味必须低于一定水平，可能类似于海水的盐度，大约为每升35克。最初，博士生魏专注于不同水源溪流的混合，以期满足水流中盐度浓度的监管标准。然而，最近她改变了研究方向，考虑了一个不同的视角。
柴尔德里斯说:“魏认为，如果我们能以可饮用的再利用方式利用废水来满足要求，而不仅仅是将废水混合排放到海洋中，那么我们能再利用它并获取水资源，从而获得额外的水供应吗？”
在先进的水净化设施中，使用反渗透膜——其施加压力以推动水通过半透性材料，同时过滤掉污染物——来清洁水h已经成为行业标准，这为处理高盐度废水流提供了机会。
水部门的高能源成本导致许多水和废水处理设施纳入了能源管理战略。例如，研究人员说，能量回收装置通常与高盐度反渗透工艺结合使用，以降低脱盐过程的能耗。
能量回收装置通过将(已经处理过的)浓缩盐水流中剩余的压力转移回进料流来降低能量消耗。研究人员表示，根据运行条件，能量回收装置可以将海水反渗透淡化设施的能耗降低多达67%。
先进的水净化设施正在考虑采用高回收率反渗透工艺(如闭路反渗透)，以提高水回收率，同时保持低能耗。当给水含盐量较高时，膜过程需要较高的压力(或能量)。在常规的反渗透过程中，压力被固定在一个可以克服浓缩物最终压力的高水平。在闭路反渗透中，压力逐渐增加到刚好高于所需压力。使用时变进料压力，闭路反渗透可能比能量回收装置提供更大的能量节约。闭路反渗透的另一个好处是可以排放更少的水。
柴尔德里斯说:“我们正在努力实现水处理的灵活性——评估水质的差异，并使用不同的方法来处理特定的河流，以实现最大的效率和最少的浪费。”
水的未来
随着气候变化驱动的干旱继续威胁传统水源，考虑如何灵活和可持续地解决水资源问题变得越来越重要。
柴尔德里斯说:“我们没有创造一项新技术或新的处理流程，而是着眼于在相邻设施的协调下可能存在的协同作用——这是目前还没有做到的事情。
展望未来，柴尔德里斯说，从不同的角度看待水可能是尽可能高效利用水的关键。像洛杉矶这样的城市已经开始采用名为“一水”的倡议，旨在将城市的所有水资源视为一个整体，并努力以更有利于环境、经济和社会的方式管理它们。
“与其将水分为雨水、废水和海水，不如我们说这些都是需要处理的水？”柴尔德里斯说。“然后我们可以看看我们的系统，评估我们需要什么来实现这一点。像洛杉矶这样的沿海城市的最终目标是封闭水循环——不是将水输送到海洋，而是识别排放流中的每一种有价值的资源，并找到重复利用的方法。现在这样做太贵了，但希望这就是我们的发展方向。”
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