漩涡技术是蓝色经济中100项创新之一,通过模仿河流自然流动来净化水,极大提高了水处理效率。瑞典公司Watreco AB研发的漩涡设备无需化学药剂或过滤膜,只需利用重力能量,节省了大量成本和能源。在冰场上使用时,漩涡可生成透明且无菌的冰,并减少细菌滋生;在高尔夫球场和泳池等领域中,漩涡设备减少了化学药剂的使用,降低了水耗。漩涡技术同样适用于工业水处理和海水淡化,能延长膜寿命并减少生物膜生成,进一步降低了维护和能源消耗。该创新的广泛应用将推动可持续发展,为全球创业者提供新的商机和就业机会。
The vortex is among the top 100 innovations of the Blue Economy, using natural water flow to improve water purification efficiency without chemicals or membranes. Swedish company Watreco AB created a device that replicates river-like vortex movements, allowing low-cost, energy-efficient water treatment by relying solely on gravity. Applied in ice rinks, it produces clear, bacteria-free ice, and reduces bacterial growth. For golf courses and pools, it minimizes water and chemical usage. The vortex also supports industrial water treatment and desalination by extending membrane lifespan and reducing biofilm buildup, cutting maintenance and energy costs. This sustainable innovation offers vast applications and job creation opportunities worldwide.
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水处理和饮用水生产的世界市场是有史以来风险最小的投资市场之一。水作为商品对社会和工业来说是不可缺少的。
随着人口的增长和人均消费不断增加,洁净水的供应正面临越来越大的压力。水过去是一种免费的公共资源。然而,在过去的几 10 年里,洁水产业已然成为了一个有利可图的行业,之中不仅拥有稳定的资金流动,还有这不断攀升的消费价格。
2009 年,世界水和废水处理市场价值超过了 2000 亿美元。据估计,中国以其17 %的年增长率领先于这一市场价值。在长期服务合同的推动下,全球建立了有超过 13000 家公司污水处理公司,市场总价值为 400 亿美元。目前,水处理模式包括沉淀处理和氧化处理,即沉淀固体然后泵入空气,以及进行随后的化学物质处理。美国每年用于水处理的化学物质超过 1000 万吨。随着世界对水的需求量增加,化学品的需求量也在增加。
在过去的 10 年里,瓶装水的消费量每年平均增长 12 %,销售额估计达到 220 亿美元。在寻求扩大饮用水供应的过程中,增长最快的市场之一是通过反渗透将盐和灰水转化为饮用水。这项技术的资本支出每年超过 22 亿美元,但预计未来四年还将增长 50 %。西班牙巴塞罗那阿歌德水公司(Aguasde Barcelona)是法国燃气苏伊士集团(GDF Suez)的一部分,其在技术方面的投资超过 10 亿美元,正在计划大规模安装此项水处理系统,从而将巴塞罗那从长期缺水的困境中解放出来,真正地过上饮水无忧的生活。
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在世界水市场的背景下,我们必须评估一种非常简单的创新的到来:涡漩。涡旋能够显著提高水处理效率,降低成本,同时为当地创造就业。
“涡旋”(Vortex)有时也称旋涡。是指一种半径很小的圆柱在静止流体中旋转引起周围流体作圆周运动的流动现象。一般旋涡内部有一涡量的密集区,称涡核,其运动类似刚体旋转。上述圆柱体即相似于旋涡的涡核。“涡旋”这种自然现象有一天可能会取代采用化学物质和过滤方式处理水的方法,使看似牢不可破的传统供应商的资金流动受到干扰。脏水会随着河流的顺流而下被净化,这便是涡漩技术的灵感来源。持续的旋转运动迫使空气进入水中,同时将空气排出水体,抑制或刺激有益微生物的生长。
开发工程师柯特·哈尔伯格(Curt Hallberg)和他的同事莫滕·奥维森(Morten Oveson),这两名瑞典发明家将他们的观察结果转化为一个数学模型,然后创造了一个简单的装置,模拟水在漩涡中的运动,并得到了他们预料的结果。此后,他们继续他们的探险,在瑞典马尔默(Malmö)创建了水酷公司(WatrecoAB)。水酷在 2009 年被选为瑞典年度环保科技公司。这家公司不仅仅做到了环境友好,它还改变了水的商业模式。最近,柯特又创建了“涡旋新意”(Vortex Innovations),这是一个致力于寻找蓝色解决方案的研究小组。
涡漩的力量在于其拥有的物理定律的可预测性,即空气粒子被拖到中心,从那里空气被吸走。这个过程的能量来源可能仅仅是重力,但重力让旋涡能够一天 24 小时持续工作!即便不再使用化学物质,也不再使用过滤膜,能源消耗也变得微不足道。
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发明家们意识到他们的涡旋装置的广泛应用,并寻找第一个较容易进军的市场,这很快被确定为:制冰。
涡轮机是利用流体冲击叶轮转动而产生动力的发动机。可分为汽轮机、燃气轮机和水轮机。是广泛用做发电、航空、航海等的动力机。涡轮增压器实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。它是利用惯性冲力来增加发动机的输出功率。
手工制造的涡旋发生器取得了有益的效果:不仅做到了节约能源,还制作出了晶莹剔透的冰。水,包括空气,溶解在微米大小的气泡中。涡流除去了这些空气,而由于空气起到了绝缘体的作用,由此产生的无空气水结冰速度更快。无空气的冰是透明的,较不易破裂。当应用于冰球溜冰场时,冰下的广告招牌在整个赛季期间都会受人瞩目,从而增加了宣传收入。由于冰中没有空气,通常在冰中生长的需氧细菌如大肠杆菌和沙门氏菌无法存活。斯堪的纳维亚大部分著名的溜冰场都采用了这项技术,根本用不着几年,只需要几个月就能收回资金。
为水库带来现金流动的第二个商机是高尔夫球场。一个高尔夫球场每天可能需要 100 万加仑的水。为了节约用水,在水中加入表面活性剂,这样水就能更快地渗透到绿色植物中,蒸发的水分也就更少。如果水已经经过涡流机预处理,就不再需要化学物质进行消毒,从而减少了 20 %到 30 %的需水量。在这种情况下,涡流实际上会取代化学物质,让化学物质变得多余。第三个商机是去除包括游泳池在内的稳定水体中的藻类,这些水体通常用氯气等化学物质处理藻类。
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一方面冰球和高尔夫球场是商机,另一方面在这些领域获得的经验让柯特·哈尔伯格(Curt Hallberg)和他的团队在包括工业水处理和海水淡化在内的增长市场做好了准备。
涡旋机在加那利群岛的试验证明,它对盐水的处理也允许消除空气,这随后消除了生物粘膜的问题。生物膜在过滤膜上生长,降低了过滤膜的效率。这就迫使海水淡化厂每两周关闭一次反渗透装置,用化学物质去除生物粘膜。反渗透装置是将原水经过精细过滤器、颗粒活性碳过滤器、压缩活性碳过滤器等,再通过泵加压,利用孔径为1/10000μm的反渗透膜,使较高浓度的水变为低浓度水,同时将工业污染物等杂质全部隔离,从而达到饮用规定的理化指标及卫生标准。
由于反渗透处理,增加了额外的化学物质需求,增加了维护成本。同时,在关闭装置期间工厂效率也受到影响。此外,因为过滤膜的寿命减短,这就导致需要更多的资金来更换过滤膜。如果水中没有空气,那么需氧细菌就被排除在外。如果使用涡旋而不使用化学物质,那么滤膜的寿命就会增加。事实上,每立方米饮用水的能耗可以从 2.4 千瓦/小时降至 1.0 千瓦/小时。
但是,这些不过是将涡旋原理付诸实际的九牛一毛罢了,预计涡旋作用也将应用到更多领域。无论我们今天所知道的它的应用有多少,都证实了涡流机能能够降低低运行成本,节约能源,有效消除化学物质,并让投资产生更高的回报。主流产业面临的挑战是,将涡旋成功地整合到现有设施中需要一种新的核心能力:流体动力。现在将由通用电气(General Electric)、西门子(Siemens)和日东电工(Nitto Denko)携手来带领我们走出困境。与此同时,世界各地的企业家可以创造一种新的竞争模式,在世界各地创造就业机会。
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