今天，许多地区的水资源都受到了挑战，但空气中有足够的水来解渴——如果我们知道如何利用这种无处不在的水源就好了。Mallika Naguran的这份报告描述了商业上可用的解决方案、技术和技术，并适用于世界各地的各种场景和环境。从大气水采集器、海水淡化、紧凑型反渗透到热离子流，创新者向我们展示了在低环境影响下获得纯饮用水的新应用。

1.简介

水对人体的健康功能至关重要。在没有食物的情况下，人类可以存活14天或更长时间，但人体在没有水的情况下只能存活几天。获得安全和充足的水和卫生设施现在被公认为一项基本人权。

联合国环境规划署表示，由于人口增长、旅游业、气候变化和污染，热带地区的淡水短缺和压力正在增加。

根据城市穷人的水和卫生服务，全世界有10亿人生活在没有清洁、安全饮用水的环境中，20亿人没有基本的卫生服务。联合国联合监测计划署2006年报告称，无法获得改良饮用水源的世界城市人口将从1.37亿（2006年）增加到2.96亿（2015年）。

在大多数情况下，问题不是缺乏可用的水，而是无法以成本效益高、可靠的方式获得水。许多发展中国家的人口增长和生活水平的提高正在增加对清洁、安全饮用水的需求。

获得水资源也可能是业务连续性和不利情况的关键区别。在没有供水基础设施的岛屿或偏远地区，可以使用移动机器，根据所需容量在现场供水，风雨无阻。

本文介绍了大气水采集器作为现有供水系统的可行替代品。产生不同水容量的大气水采集器也可以被视为消费者和用水有限的行业的补充资源和后勤资产。

2.捕雾-仍然有效的古老做法

水处理系统正在迅速发生变化，从传统的过滤系统到拥有先进膜系统的顶级海水淡化厂。

各种水源正在被开采——河流、湖泊、泉水、山溪，在这些水源不易获得的地方，海水甚至空气中的湿气都在被开采。

但从空气中收集水分并不是什么新鲜事。它已经在中东沙漠和欧洲的气井中使用了至少2000年。14世纪的池塘收集了水，后来形成了雾栅。

雾栅使用一种称为雾收集或雾收集甚至云剥离的技术，从雾中的湿气中收集水分。它可以用于内陆风带来雾的沿海地区，以及400米至1200米的高海拔地区（如果层积云中有水）（UNEP，1997）。

它是如何工作的？它使用一种紧密地串在柱子上的网状材料，由排水沟支撑，收集液滴，送入管道，然后储存在储罐中。网状物的大小可以小到一米长，也可以近100米长，这取决于土地的布局、可用空间和所需水量。

根据非营利组织Fog Quest的说法，考虑到日常和季节变化，集雾器每天可以收集200至1000升不等的水量。雾滴越大，风速越高，收集纤维/网眼宽度越窄，收集效率越高。

尼泊尔东部的一个集雾系统平均每天产生500升水，大约是旱季的一半（见视频）。[i] 一项研究表明，在厄立特里亚（东非），1600平方米的筛网平均每天产生12000升水。[ii]

秘鲁、厄瓜多尔和智利的偏远地区依靠这种技术来抽取急需的水用于消费和灌溉。根据国际发展研究中心（1995年）的数据，其他可能受益于这项技术的地区包括南部非洲的大西洋沿岸（安哥拉、纳米比亚）、南非、佛得角、中国、也门东部、阿曼、墨西哥、肯尼亚和斯里兰卡。【iii】

科学家们仍在测试和创新质量更好的网格和配置，以最大限度地提高不同条件下的水产量。

3.现代大气集水

然而，手工收集雾的方法并不总是合适或实用的，尤其是在干旱和干旱地区。

图2:产品比较-大气水发生器与传统反渗透（来源：AridTec）以色列）。在欧洲，西班牙和北美等国家的用水量越来越多，加勒比地区的工厂每天的用水量超过100毫升/天。[v]

海水淡化过程传统上是昂贵和能源密集型的，需要大量的维护和操作。在任何水处理厂的典型水生产和分配循环中，需要大量的能量来提取、泵送、运输、处理水并将水分配给所有用户。据估计，世界能源消耗的2-3%用于城市居民和工业用水的泵送和处理。【vi】

海水淡化也会产生浓缩的盐水废物流，必须负责任地对其进行处理。由于这些原因，它通常是最后一个资源的来源，在所有其他资源都失败时实现。最实用和最有吸引力的海水淡化选择是从含盐不多的水开始，即微咸水或循环水。尽管如此，水质仍可能低于预期。

环境影响是显著的。随着能源消耗的增加，温室气体产量也随之增加。悉尼海岸委员会集团在2005年的一项研究表明，拟建的悉尼海水淡化厂通过反渗透生产高达500 Ml/d的海水，每年需要906 GWh的能源。它还将每年产生95万吨温室气体（使用现有的能源网）。[七]

大量的盐水排放也可能含有有毒污染物，这对海洋生物构成了威胁，主要是由于与工厂设施建设中使用的金属材料接触。根据这项研究，环境影响可能包括浊度增加、氧气水平降低和排放废水密度增加。

悉尼海岸委员会小组提到的担忧包括对脆弱的当地生态系统的重大环境影响，这些生态系统包括列入遗产名录的沙丘、敏感湿地以及受保护的海洋和潮间带地区。其他研究表明，与使用海水的海水淡化厂相关的最大单一生态问题是，海水淡化厂附近的生物被吸入其设备。

与海水淡化相关的成本包括初始建设、复杂的设备和材料、维护和运营——这些成本可能从数十万美元到数百万美元不等。由于海水淡化厂的使用寿命比传统的水处理厂短，资本成本必须在更短的时间内摊销——这会增加成本。

根据这项研究，大型工厂从海水中脱盐的水，以每天100兆升的价格计算，每千升的价格可能略高于1澳元。对于较小的工厂和不太有利的条件，成本可能为每千升4美元或更多。

《水处理指南》网站简要介绍了影响反渗透膜性能的因素，如压力、温度、给水盐浓度、渗透物回收率和系统pH。http://www.watertreatmentguide.com/factors_affecting_membrane_performance.htm.

9.脱盐进展

由于人口和用水需求的增加，随着资本和运营成本的降低以及反渗透系统能源效率的提高，全球海水淡化厂呈指数级增长。第三世界水管理中心的Asit K Biswas教授指出，新一代膜的使用和管理实践的改进导致海水淡化成本在过去十年中下降了近三倍。

“按照目前通过反渗透生产脱盐水的成本（约为每立方米0.45至0.60美元），这项技术在许多水资源有限的城市变得具有成本效益。处理微咸水的成本变得更低：每立方米0.20至0.35美元，具体取决于其含盐量。“Biswas教授得出结论，所取得的技术和管理突破使海水淡化成为解决家庭和工业用水，特别是沿海地区用水数量和质量问题的可行替代方案。[8ii]

HelioAquaTech（www.HelioAquaTech.com）能够通过太阳能海水淡化提供饮用水。水源可以来自地面（水井、泉水、河流）或海洋，因此适合偏远地区和沿海地区的家庭、度假村和村庄。一个基本系统包括八个太阳能电池板模块（每个模块3平方米，17公斤）和一个基于蒸发原理工作的泵。该公司声称，在20ºC的平均温度下运行的基本系统每天可以产生128升水。在高端，184个模块在30º的年温度范围内运行

根据行业顾问R.W.Beck，Inc.的数据，2003年，只有约12%的“定制”塑料瓶（一个以水为主的类别）被回收利用。这意味着每天有4000万瓶（美国）被扔进垃圾桶或成为垃圾。相比之下，软饮料塑料瓶的回收率约为30%。塑料瓶的制造和运输过程中产生了数百万吨温室气体。

塑料应该被回收，这样就可以减少石油——一种有限的商品——的消耗。AWG在商业、旅游、酒店和会展行业的使用将减少令人窒息的塑料瓶的供应。

瓶装水在饮料市场中占有越来越大的份额。虽然更广泛的非酒精饮料市场正在增长，但由于人们对健康问题的认识不断提高，瓶装水的增长速度更快，因为人们认为瓶装水对健康有益。

瓶装水不含卡路里，被认为比含糖和富含CO²的酸性碳酸软饮料更健康。全球瓶装水的年销售额可能高达1600亿升，消费量每年增长7-10%。研究表明，人们想要比目前可用的许多软饮料和运动饮料口感更好、更健康的替代品。

塑料瓶也会因挥发性有机化合物的浸出而对健康构成风险。哈佛大学公共卫生学院的研究人员追踪了用聚碳酸酯瓶喝水的大学生尿液中的化学物质双酚A。众所周知，BPA会干扰动物的生殖发育，也可能与心脏病和糖尿病有关。[xii]

12.AWG的优势和劣势

相比之下，大气集水技术几乎不需要基础设施建设，因为AWG设备是便携式和可扩展的。该设备可以通过将它们集成在一起以产生更大的输出来满足大型需求。一个优点是能够根据情况的变化将它们拆开。

由于不需要利用任何现有的潜在水基础设施，AWG可以被视为建设大型水处理厂的权宜之计。

AWG的环境影响可以忽略不计，因为副产品是暖空气和机器耗材——与海水淡化厂和瓶装水工厂相比，碳足迹要小得多。AWG机器的能源消耗通常被认为比任何其他水产生方法都要低，但这仍然是未经证实的。

从长远来看，应该考虑使用清洁能源来降低电力成本，比如太阳能或风能。

就成本而言，与市政供水相比，AWG的产品价格相对较高，因为后者往往享受政府补贴。

气候是AWG机器高效运行的重要因素。最好的条件是有相对湿度和凉爽的地方。

AWG在沙漠等沙质地区面临挑战——空气过滤器容易被沙粒堵塞。这可以通过经常更换堵塞的空气过滤器来解决，同时机器继续生产未污染的饮用水。根据AridTec的数据，在中东冬季等干旱地区，AWG的水生产效率可能会降低15%-20%。

13.结论

尽管水污染普遍，饮用水短缺，但我们周围有充足的水——从我们呼吸的空气到海里的水。有几种水处理方法可以利用这些水源，从手工的传统大气水生成方法到非常规的现代海水淡化技术。

太阳能或风能的水收集和处理技术是以低成本从空气或海洋中提取纯净水的最环保的方法。好消息是，这些技术现在可以商业化使用，而且大多可以根据需要和位置进行扩展。

本报告于2012年4月提交给联合国可持续发展大会小岛屿发展中国家新可持续技术伙伴关系出版的《绿色光盘：可持续发展的创新技术》。2009年在哥本哈根举行的联合国气候变化大会上发布的《绿色光盘》第一版现已在网上发布。第二版于2012年6月在里约热内卢举行的联合国可持续发展大会上发布。

作者简介：Mallika Naguran是一位环境作家，也是Gaia Discovery的创始人。

工具书类

环境署（1997年）《亚洲一些国家淡水补充替代技术资料手册》，环境署，可持续发展和环境总秘书处，美洲国家组织，华盛顿特区。

Schemenauer，R.S.，P.Osses和M.Leibbrand（2004），也门哈贾省的雾收集评估和运营项目