在包括南加州在内的许多地方，气候变化增加了干旱的威胁以及对新的和持续的水资源的需求。更高盐度的水流，有时是海水，可以考虑缓解这种稀缺性，但由于需要对这些溪流进行脱盐，因此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，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些机会，以便以更低的成本回收更多的水。
在“海水淡化”上发表的研究中，加比兰科学与工程杰出教授艾米·柴德雷斯、南加州大学维特比博士生 Xin Wei 和凯利桑德斯博士、Teh Fu Yen 早期职业主席研究了废水处理的当前和未来情景，特别是关于到更高盐度的溪流。目标：提供尽可能多的供水，使用尽可能少的能源，并考虑到环境管理。
“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，”桑尼阿斯塔尼土木与环境工程系教授 Childress 说，“考虑将废水处理和海水淡化混合的方法是有意义的。实现水和能源目标，同时确保符合环境标准。”
要了解这一机会，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。这种更高盐度的水流处理起来更昂贵，并且可能需要脱盐过程。废水回收设施的进步意味着海水淡化过程(如反渗透，通过半渗透材料过滤受污染的水以清洁它)可以帮助相对有效地处理更高盐度的水流。
Childress 说：“由于节约用水和其他原因，废水中的盐分正在增加。例如，在沿海地区，海水会侵入废水回收设施的基础设施，也会增加盐度。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，盐度较高的河流一直是优先级较低的水资源，因为对此类河流进行脱盐和清洁水以满足环境和监管标准需要消耗大量能源。但是，如果可以改造现有的脱盐工艺或添加新的脱盐工艺，利用脱盐能力的更高盐度的水流将成为更可行的水流，以满足供水需求。
有些技术可以改装到设施中。其中包括： 能量回收装置 (ERD)，它利用脱盐过程输出的盐水中的能量并将其应用于新处理的流;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。Childress 说，这有助于在不增加额外能量负担的情况下减轻额外的盐分负担。
中水回用能源管理策略
Childress 说，盐水的排放受某些标准的监管，这意味着排放的溪流的咸度必须低于特定水平，并且可能类似于海水的盐度，约为每升 35 克。最初，博士。魏同学从满足水流盐度浓度监管标准的角度关注不同水源的溪流混合。然而，最近她重新调整了她的研究方向，以考虑不同的观点。
Childress 说：“相反，Wei 考虑过，如果我们可以通过以饮用水再利用的方式使用废水来满足要求，而不是仅仅将废物流混合排放到海洋中，我们是否可以重新利用它并利用水资源，以便我们有额外的供水吗?”
在先进的净水设施中，使用反渗透膜(施加压力以推动水通过半透性材料，同时过滤掉污染物)净化水已成为行业标准，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包括能源管理策略。研究人员说，例如，能量回收装置通常与高盐度反渗透过程结合使用，以减少脱盐过程的能源消耗。
能量回收装置通过将(已经处理过的)浓缩盐水流中的压力转移回进料流来降低能源消耗。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源消耗降低多达 67%。
高级水净化设施正在考虑采用高回收率反渗透工艺(例如闭路反渗透)，以提高水回收率，同时保持低能耗。给水含盐量较高的膜工艺需要更高的压力(或能量)。在常规的反渗透过程中，压力固定在一个很高的水平，可以克服浓缩物中的最终压力。在闭路反渗透中，压力逐渐增加到刚好高于所需压力。使用随时间变化的进料压力，闭路反渗透可以提供比能量回收装置更大的节能效果。闭路反渗透的另一个好处是它可以排放更少的水。
Childress 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水流，以实现最高效率和最少浪费。”
水的未来
随着气候变化驱动的干旱继续威胁传统水资源，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。
Childress 说：“我们不是在创造新技术或新的处理过程，而是在寻找可能存在于相邻设施协调中的协同效应——目前还没有这样做。”
展望未来，Childress 说以不同的方式看待水可能是尽可能有效地利用水的关键。像洛杉矶这样的城市已经开始采取一项名为“One Water”的计划，该计划旨在将城市的所有水资源视为一个整体，并努力以对环境、经济和社会更有益的方式对其进行管理。
“而不是将水归类为雨水、废水和海水，如果我们说所有的水都需要处理呢?”奇尔德丽丝说。“然后我们可以查看我们的系统并评估我们需要什么来实现这一目标。洛杉矶等沿海城市的最终目标是关闭水循环——不是将水送入海洋，而是识别排放流中的每一种有价值的资源并找到重新利用的方法。现在这样做太昂贵了，但希望这就是我们前进的方向。”
