1、蒸發(fā)潮濕土壤法
潮濕土壤富含水汽,可以利用陽光或者生火等加熱,蒸發(fā)產生水蒸汽,水蒸汽逐漸飽和,與溫度低的蓋子接觸遇冷凝結成水珠,就可以制造出天然無污染的蒸餾水。
1)透明蓋子密閉地面
使用透明的膠蓋,然后放在草地、沙灘等潮濕土壤的地面上,膠蓋與地面之間不可以有空隙。邊緣封得愈緊密,冷凝水就會愈快制造出來。
膠蓋需選擇全透明,萬一沒有其他選擇的話,半透明的器皿也可以勉強使用。
2)挖坑日光蒸餾法
在地面挖一大約寬90厘米,深45厘米的坑??拥撞恐醒敕乓皇占螅鐖D在坑上懸一條拉成弧形的塑料條。陽光能升高坑內潮濕土壤和空氣的溫度,蒸發(fā)產生水汽。水汽逐漸飽和,與塑料條接觸遇冷凝結成水珠,下滑至收集皿中,這種方法適用于沙漠地區(qū)或者日夜溫差相當大的地區(qū)。塑料條比空氣溫度下降得更快,水汽凝結非常明顯。
塑料條中央部分吊一石塊確保塑料條呈弧形,以便水滴能順條滑至中央底部并落入收集皿中(如上圖)。塑料條的兩端也用石塊壓住。將收集皿固定,以免掉入陷阱的生物打翻它。如果可能,用一虹吸管將收集皿里的水引入更低位置的容器里,這樣就可不斷地取水了。
2、葉面蒸騰冷凝法
制作原理:葉面蒸騰作用產生的水汽上升與薄膜接觸時遇冷,會凝結成水滴。
制作方法:在一段樹木的嫩枝葉上套一只塑膠袋,葉面蒸騰作用會在袋內產生凝結水。挑選健壯、枝葉濃密的嫩枝條。袋口朝上,袋的一角靠下,以便收集凝結水。猛烈陽光下曝曬45分鐘后,便可以形成蒸餾的水珠。
3、捕霧取水
霧是由密度很大的細小水珠所組成,當霧遇冷就會結成大的水珠,凝結成水。為了從霧中大量取水,需要采用散熱快的金屬如鋁、不銹鋼(或者塑料也可),豎立于多霧的空氣中,其表面附著的霧很快便會凝結成水。在沙漠地區(qū)和一些陸地,晚上濕度大;而在海洋中的海島和艦船上,白天、晚上濕度都很大,均可利用這種方法從霧中取水。
只要在露天地方架起30目每平方吋的不銹鋼網布,就可以讓霧在鋼布上凝聚霧水,然后把霧水匯聚到自制的儲水槽,就可以收集干凈的食水。霧水是很清純及潔凈的,不過想確保食水更安全飲用,就可以把收集回來的霧水,放入一枚白銀幣在水中消毒。
捕霧取水這種天然的水源收集方法,已被許多地區(qū)采用,最厲害之處是能為干旱的山區(qū)和沙漠地區(qū)解決食水短缺的燃眉之急。
智利中北部阿塔卡馬沙漠南緣有個叫丘貢戈的海邊漁村,幾十年前這里的人一年也難洗一次澡,而現在他們不僅可以天天洗澡,還可以養(yǎng)花種菜。這都得益于立在山頭的巨大的塑料網,來自太平洋的濃霧在網上凝結成水解決了長期困擾漁村的用水問題。
智利天主教大學地理研究所比拉爾·塞雷塞達從上世紀80年代初就參與了這個項目。她介紹說,智利北部太平洋沿海水域有秘魯寒流流過,海水溫度比周圍氣溫低7攝氏度至10攝氏度,使近海岸洋面多云霧,在距離海岸線不遠的地方,由于安第斯山脈的阻擋,大量云霧沿山坡爬升。人們將一張張約50平方米的聚丙烯網豎立在厄爾多福山頂上,潮濕、濃密的水霧從太平洋沿海沿著厄爾多福山爬升時,撞擊在細密的網眼上凝結成水珠,在重力作用下,水珠沿細塑料管流到山下的容器內。試驗表明,平均每平方米網眼每天能捕獲4升到15升水,目前設置的80張網每天能捕獲約2萬升水。
這項結網捕水技術并非智利首創(chuàng),但智利是全世界第一個將其付諸實踐并取得成效的國家。塞雷塞達深有感觸地說:“有了水之后,丘貢戈村道路兩旁種上了樹木,村里開始養(yǎng)牛養(yǎng)羊,種上了蔬菜,很多背井離鄉(xiāng)的人重返故土。水讓這個漁村重新活了過來?!?/span>
而西班牙科學家發(fā)明了一種在沙漠地區(qū)從霧中取水的人造樹。這種人造樹的枝葉由吸水性很強的酚泡沫塑料制成,樹干則由多層密度不同的聚氨基甲酸乙酯塑料制成。將其“種植”于霧區(qū),由于酚泡沫塑料的吸水性能非常強,用它制成的枝葉與霧的接觸面積又很大,散熱很快,所以吸附的霧和凝結的水分相當可觀。這些水分通過樹干流入沙漠中,白天水分又通過樹干從枝葉蒸發(fā)出來,使周圍的空氣濕潤、溫度降低,甚至能形成冷空氣團和云,出現降雨,有關科學家認為:從現在看,大量“種植”人造樹,10年內可使沙漠地區(qū)的生態(tài)環(huán)境大為改善,甚至變沙漠為綠洲。
4、抽取空氣到地下冷凝取水
日前,年僅27歲的澳大利亞發(fā)明家愛德華·林納克憑借其發(fā)明的空中水滴灌溉系統(tǒng)獲得2011年度詹姆斯·戴森設計獎。
林納克的發(fā)明名為Air-drop,外形酷似一盞太陽能路燈,實際上由四部分組成:太陽能電池板、渦輪機、水泵和儲水箱。一根細管將電池板、渦輪機和埋在地下的水泵相連,水泵外面纏繞著銅管,它的另一端與最底部的儲水槽相通。
Airdrop的工作原理相當簡單。在對植物進行灌溉時,渦輪機會將大量空氣吸入細管,再把空氣導入水泵外的銅管中。銅管周圍泥土的溫度通常為6℃,進入銅管的溫暖空氣則有27℃,在溫差的作用下,空氣中的部分水氣開始不斷凝結沉降。
林納克表示,利用冷凝原理從大氣層中收集水分并不是新概念,但是他的發(fā)明更具優(yōu)勢。因為其他水分收集裝置通常需要大量的能源來驅動制冷設備,而Airdrop僅利用空氣和地表以下之間的溫差。而且渦輪機由太陽能供電,不需使用任何額外電力。停機的時候,太陽能所轉化成的電能會儲存在Airdrop的內置蓄電池中。
在Airdrop的設計細節(jié)上,林納克也有特別的創(chuàng)新之處。他提到,如果只是用銅管冷卻空氣,管壁就是唯一的傳熱區(qū)域,空氣在銅管中直線流動,水汽的沉降效果較差。在經過反復建造模型和物理測試后,林納克決定在銅管中加入銅絲絨,這使得設備傳熱的面積擴大到了銅管和銅絲絨中??諝庠阢~管中不規(guī)則地流動,沉降的效果變得更好。
獲獎之后,林納克透露說,Airdrop的靈感竟然是來自小小的納米布甲蟲。
納米布甲蟲生活在以多霧著稱的非洲納米布沙漠。為了在極度缺水的惡劣條件下生存,納米布甲蟲依靠翅膀上的防水凹槽收集霧氣,水汽凝聚成水珠后,會沿著甲蟲的弓形背脊?jié)L落到它的嘴里??茖W界早就注意到納米布甲蟲這一特點,有科學家還制造出仿生設施來收集水氣。
林納克首先在母親后院安裝了一臺Airdrop空中灌溉系統(tǒng),每天可以沉降1公升的水。Airdrop在小范圍內應用是成功的,根據林納克的計算,Air-drop每天可以從每立方米的沙漠空氣中沉降11.5毫升的水。林納克認為,Airdrop是偏遠干旱地區(qū)灌溉的完美解決方案,它易安裝、價格低廉,不需要大量投資或者雇人維護。
5、制冷片冷凝取水
要使空氣中氣態(tài)水液化必須要使空氣溫度達到其露點,而露點僅與溫度和壓強有關,故用制冷片降溫使空氣溫度達到露點,從而獲得液態(tài)水。
半導體致冷也叫溫差電致冷是利用半導體材料的溫差電效應—即珀爾帖效應來實現致冷的一門新興技術。如果把不同極性的兩種半導體材料(P型、N型),聯接成電偶對,通過直流電流時就發(fā)生能量的轉移;電流由N型元件流向P型元件時便吸收熱量,這個端面為冷面,電流由P型元件流向N型元件時便放出熱量,這個端面為熱面。
如圖所示:
借助電池或者太陽能板作為電源,通電后即可制造出冷端,冷端的溫度都可以結霜制冰,冷凝取水更是沒問題了。
同樣,和生火一樣,在不同的環(huán)境下要靈活應對,需要記住的關鍵點是冷凝取水法需要制造低于水蒸氣溫度的低溫。