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2021-10-09 16:40
实在找不到能喝的水咋办?有人瞄准了粪便

本文来自微信公众号:我是科学家iScientist(ID:IamaScientist),作者:九九,题图来自:东方IC


作为一个有种地天赋的中国人,最近我在火星种地……


嗯,确切说,是在科幻游戏火星求生(surviving Mars)里种地。游戏的设定是,人类准备殖民火星,于是指挥机器人建造基地、开发火星资源,准备万全就可以让人类居住,然后……就可以实现每个中国人开心种地的终极梦想了!


但是,火星有一个致命的缺点——缺水。


火星丨Wikimedia Commons, Kevin Gill / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)


想种地,先找水。于是,游戏中设置了三种建筑,帮助寻找水资源:水资源挖掘站、水汽收集站和水资源回收系统。


在地球上,有一些地区,因为干旱、水体污染等原因,获取洁净水资源的难度不亚于火星。


试想一下,在这些地方如何获得清洁用水呢?


科幻源自现实。现实中,寻找清洁用水,也有跟游戏里对应的三类方法:水资源开采、收集空气中的水汽、污染水回收再利用。


缺水、停课?别做梦了,井马上打好


水资源开采可能是我们最为熟知的一种方式了。小学课本中“吃水不忘挖井人”那篇文章,讲得就是毛爷爷率领人民群众开采地下水资源的故事。


当然了,随着科技发展,水泵等机械的介入,让水资源开采比那个时代简单多了。


打井是最古老的水资源开采方式之一 | Pixabay


2016年6月,受厄尔尼诺现象影响,巴布亚新几内亚这个太平洋地区卫生状况与安全用水条件最差的国家,已经遭受了一年的干旱了。


和这个国家其他学校一样,吉瓦卡省北瓦吉区的St. Anslem小学也不得不开始早早地放学——因为学校里没有任何干净的水了。


学校的水源来自旁边的河流,但学校地处下游,水位下降后,河流的自净能力也大幅下降。在这种情况下使用河里的水,可能只有河里的霍乱弧菌觉得很合理。


为了解决这个问题,两个月后,联合国儿童基金会联合当地政府,钻井、架水泵,一气呵成。学校用水不仅满足了,周边社区的3000名平民也因此可以获得干净的水资源。而且同样的井,一口气打了8个。


8个井,让一个城市的学生们乖乖上学,这就是水资源开采的速度[1]


一个学生正在喝水 | 参考文献[1]


空气里那么多水汽,不用浪费了


然而,某些情况下水资源会受到污染,比如无良厂家工业废水乱排放、无良国家核废水乱排放什么的。


开采使用被污染的水资源,无异于饮鸩止渴;而且过度开采水资源,又会引起环境问题;如果遇到了超厚的岩层,打井开采本身都是个大问题。


比如,埃塞俄比亚地处高原,超厚的岩层让当地的挖井成本奇高。


于是,你在当地会见到一种像是用藤条编织出来的“树建筑”。这种建筑叫做瓦尔卡水塔(warka water),用于收集空气中的水汽。


一座瓦尔卡水塔丨Flickr, Jean-Pierre Dalbéra / CC BY 2.0(https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)


瓦尔卡水塔由意大利人阿图罗·维托里(Arturo Vittori)设计。这位意大利人不仅是个设计师,也是个建筑师与艺术家。他设计过地铁站、空客A380的内饰,还设计过便携式房屋、国际空间站雕塑等等。


2012年,他在埃塞俄比亚北部拉利贝拉地区旅行,见到没有自来水、没有电、甚至没有厕所的环境时,决定设计点什么帮助这里的人们。


阿图罗·维托里发现,由于当地湿度较高,植物上很容易凝结出露水。受此现象启发,再结合当地建筑风格与植物编制技法(类似编竹筐),他利用传统的植物建材与现代的高分子材料,设计出了一种水塔,并以当地一种名为瓦尔卡树(Ficus vasta)的植物命名。


瓦尔卡水塔怎么收集水呢?


原理很简单——冷凝。瓦尔卡水塔外部是植物搭建成的骨架,内部是高分子材料制成的网套,当地昼夜温差大,日出时空气中的水分会凝结在内部的网上,最后滴落在水塔底部。就连雾气、雨水,它都可以顺便收集。


瓦尔卡水塔的原理就是冷凝 | Pixabay


这种水塔只需要几个人手动安装,成本也低,每天可以生产约100升的水,还不需要电力。


如今,人们在水塔下种地、遮阴、聊天,一如几千年来当地人在瓦尔卡树下采摘果子、遮阴、聊天。


惟一的改变就是,他们不再缺水了[2]


相似的设计有很多,比如模仿非洲甲虫设计的露水收割机(Biomimetic dew harvesters)、模仿树叶设计的一种叶状自产水器(LEAF self-generating water resource)等等[3]


正如科幻作家雷·布莱德利在《火星编年史》所说:“科学是在调查我们永远无法解释的奇迹,而艺术是诠释这个奇迹。”


这些设计就是人类对自然奇迹的诠释。


实在没办法,只能利用污水了


然而,诠释奇迹是需要钱的,再低的费用对某些地区来说也是巨款。而且,这种从空气中挤出水的方法,也会受到当地湿度、昼夜温差等条件的限制。


如果实在不具备条件,那只剩最后一种办法了——净化水,无论是身边江河湖海,还是下水道中的污水,只要能净化,人们就有水可用了。


净化江河湖海里的水也是一条路 | Pixabay


海水盐分很高,不能直接喝。以往,住在海边的人们,只能烧开海水,收集凝结在锅盖上面那小小一层蒸发的淡水,效率很低。


一种名为Eliodomestico的太阳能净水器,就利用了这个方法,但大大提升了效率。具体操作很简单,往净水器里倒入海水,晒一天太阳,太阳将盐水加热,产生的蒸汽会凝结并被收集。这个净水器由陶瓷制成,形似砂锅,一天就能产生5升水,很适合家庭使用[4]


当然了,盐分高并不是天然水源的唯一问题。


在野外找到的水,还很可能携带各种病菌。针对这个问题,一款名叫Aquatabs的净水片被发明出来。Aquatabs中含有氯化合物,能有效杀灭大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等细菌。


在联合国儿童基金会的官网上,你可以购买并捐赠Aquatabs净水片。2500片仅需80元,每片可在半小时净水5升。也就是花80元,可以得到12500升净水。尽管Aquatabs对于重金属污染毫无办法,但在一些遭受天灾人祸的地区,它却是当地人民免于霍乱、伤寒等疾病的希望[5]


这种Aquatabs净水片可能成为许多人免于霍乱、伤寒等疾病的希望 | 联合国儿童基金会


那如果这个地方特别干旱,既没有海水,也没有可能携带病菌的天然水呢?或许可以从粪便里找水。


应用于塞内加尔的净水系统Janicki Omni Processor,就采用了这个巧妙的思路。这种净水系统会把下水道中的污水收集起来,利用高温,分离并净化出其中的水份,剩下的干燥废物还可用于燃烧发电。


这不仅可以满足工厂本身的电力使用,甚至还能为周边居民提供电力。这款净水器最大可以处理十万人的粪便,每天产出86000升水和250千瓦的电能[6]


塞内加尔的Omni Processor净水系统 | 参考文献[6]


获取水的方式各种各样,但尺有所长寸有所短,没有哪种建筑可以解决所有地区的缺水难题。


就像游戏中一样,水资源挖掘站可以快速获得大量水资源,但挖光资源便只能坐以待毙;水汽收集站可以稳定供水,但偶尔出现的沙尘暴却会让它无法工作;水资源回收系统只有建起来殖民地后才能建造,而且也不能100%回收所使用的水分。


优秀的玩家可以在最合适的地点选取最合适的方法,让环境与建筑相结合,发挥出1+1>2的效果。现实中也是如此。


毕竟,世界上不存在完美的物品,所以身为人类的我们才会追求完美。


全球健康与发展守卫计划


我们关心科学家的每一次灵光一现,关心在未知领域的每一步开拓和探索。但这次,我们想把目光投向全球贫困人群。


他们生活窘迫,面对伤害也更加脆弱:气候变化、传染病、饥饿、贫困、新生儿死亡、性别歧视……科学和创新,能为他们带来什么?


全球健康与发展守卫计划通过招募并培养创作者、传播者,促进各类优质内容产生,鼓励传播和发声,从而将关注全球健康与全球发展的理念传播给大众,让贫困人群获得更多关注,并期待让这种关注实实在在改善他们的境遇。


参考文献

[1]UNICEF. Boreholes provide clean water for thousands [OL] UNICEF.2017-3-17

[2]https://www.warkawater.org/

[3]D.E.A. Marc El Beyrouthy. How emerging technologies and biomimicry can help solving water problems: desert case studies. [J] Adv. Crop Sci. Technol., 03 (2015), pp. 3-4, 10.4172/2329-8863.1000e130

[4]http://www.gabrielediamanti.com/projects/eliodomestico

[5]https://shop.unicef.cn/product?id=88

[6]https://en.jinzhao.wiki/wiki/Omni_Processor#cite_note-:2-9


本文来自微信公众号:我是科学家iScientist(ID:IamaScientist),作者:九九

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