海水淡化、废水再利用和高效灌溉。
没有比死海更能代表中东的水资源匮乏。死海的含盐量是普通海水含盐量的10倍，只有具有高适应性的细菌和真菌能存活其中。近年来，由于以色列、叙利亚和约旦向约旦河取水，死海的水平面以每年1米的速度在降低。由于内陆海水减退，出现了许多潮滩和数以千计的落水洞，其中一些深达25米。
处在水资源匮乏之中的以色列已成为水处理设施建设的典范。2013年，以色列政府甚至宣称国家用水已不受异常天气和气候干旱的影响。一度让国家苦恼的加利利海的水平面问题已不存在，每年更是能向约旦河输出1亿立方米的水。
作为淡化技术的世界前沿，以色列的饮用水约30%来自于5大反渗透水厂的供应。以色列85%的废水被重复利用在灌溉中，而位居水资源循环利用率第二的西班牙仅为20%，美国更少。以色列政府集中管理水的分配，并于20世纪60年代开发出应用于农业的滴灌技术。
美国能源部长欧内斯特·莫尼兹（Ernest Moniz）曾说：“以色列的水资源管理是全世界最先进的。”莫尼兹部长于四月参观了以色列，与国家基础设施部、能源以及水资源部长尤瓦·斯坦尼兹（Yuval Steintz）签署了开展淡化、水处理和能源的合作。
莫尼兹说，来自两国的团队将会开展关于创新性高效节能的淡化工艺的设计竞赛。两位部长也公布了能源和水资源方向博士后的交换项目。
充满挑战
虽然现在以色列可以自给自足，但水资源匮乏和水质量问题依然困扰其它邻国。约旦是个缺水的国家，大多数家庭没有流动水。埃及所关注的尼罗河供水将在2017年中断，因为青尼罗河上的埃塞俄比亚复兴大坝将建成。受上游地区的土耳其筑坝、农业径流污染物以及筑坝引起的水流量减少的影响，生活在幼发拉底河流域的50万叙利亚人不得不放弃耕种。内盖夫的本古里安大学扎克伯格水研究所的环境水文学与微生物系的奥斯纳特·吉洛尔（Osnat Gillor）指出：干旱地方的叙利亚人涌向城市贫民窟，这些地方曾经是内战的爆发地。本古里安大学负责主持以色列专属水研究项目。
非洲撒哈拉沙漠以南地区没有缺水问题：维多利亚瀑布日径流量与以色列的年用水量相当。扎克伯格水研究所所长诺阿姆·韦斯布罗德（Noam Weisbrod）指出，在加纳、肯尼亚以及其他国家存在主要问题是干净的饮用水。他说，全球每年有180万儿童死于腹泻，绝大多数是由于饮用了污染的水。大约600个与水有关的非政府组织每年在非洲花费数十亿美元却收效甚微。
借助于农村水资源开发计划，本古里安大学输送教职工和学生去埃塞俄比亚、乌干达和其他非洲国家，提供技术含量低且廉价的取水措施，比如钻井和安装泵等。韦斯布罗德指出，尽管许多非政府组织也在做同样的事情，但是很少会维护已安装的设备，“那里有很多中看不中用的设备。”本古里安大学今年的乌干达之旅将关注水井的修复项目。
先进的反渗透技术
以色列的5个反渗透工厂每年生产6亿立方的水。它们从地中海引水，用砂过滤器过滤掉大的颗粒物。通过高压水泵，将海水打入圆柱形多级聚合物过滤器。逐级变小的微孔可过滤掉微粒、微生物以及大分子。在最后阶段，近乎于纯净的水透过反渗透膜，99.8%的盐和其他矿物质被截留下来。尽管透过的水接近纯净，反渗透的后处理系统也是必须的，它可以去除硼，硼在很低浓度下对工厂设备也是有害的。
索里克海水淡化水厂通过高压泵将海水提升到反渗透膜装置以去除盐和其他污染物。作为世界上最大的反渗透工厂，索里克水厂为150万人供应饮用水
索里克(Sorek)是世界上最新的最大的反渗透厂（见上图）。它在2013年开始运行，每年生产1.5亿立方水。它位于特拉维夫南部15千米处，它为150万人提供饮用水。直径为41厘米的索里克的圆柱体部分是以色列其它水厂设备的两倍宽。它们垂直排列不仅可以节省空间，清理设备和重启反渗透程序也更容易些。索里克使用的反渗透设备有5万个过滤组件，每个价值2 000美元。IDE海水淡化技术公司负责Sorek水厂和分布在40个国家的其他400家反渗透水厂的筹建和运行管理。IDE海水淡化技术公司副总裁鲍里斯·利伯曼（Boris Liberman）说，合理的维护可以使这些水厂运转长达10年之久。位于加利福尼亚的卡尔斯巴德反渗透水厂，在去年由IDE完成建设，它是西半球最大的反渗透水厂，每天可以处理20.4万立方水。
全世界有125个国家共建有15000台反渗透厂。扎克伯格水研究所淡化和水资源处理部门的专家摩西·赫茨伯格（Moshe Herzberg）称，这些水厂处理1立方米的水需要1.25~2.5千瓦时。其花费已从20世纪90年代的每立方米水接近1.6美元降到索里克的58美分。
反渗透设备的主要问题是膜的生物污染。经过一段时间后，随着微生物、藻类的生长与累积，水经过过滤器的流速会变慢。类似过氧化氢这种具有氧化性质的消毒剂会损坏聚合物薄膜，因此反渗透各组件必须用洗涤剂与碱性溶液来清理。清洗工作需要在特定的地方进行，这就要求清洗时需要将反渗透膜从设备中取出来。清洗后的废水要经过处理后才能排放。赫茨伯格说，其中一个研究方向就是要发现耐受氧化剂的多聚物。另外一个重点就是研究包裹在过滤膜外面的水凝胶。水凝胶模拟水母的表皮，使其避免生物污染。
由于盐和其他无机物的积累，过滤器上的污垢也成为一大问题。为了预防污垢的形成，电解质除垢剂被添加到水里。但本古里安大学的研究者发现，这些聚合物会为微生物提供营养并且还会改变膜的表面性质，反而促进膜的生物污染。
本古里安大学的反渗透技术公司（ROTEC）研发了一个新型除垢器，通过周期性改变水流方向，将工艺中的第一层膜切换为最后一层。在膜组件过饱和的情况下，用基本不含盐的进水来从反面冲刷掉已形成的污垢微粒，就不会形成大范围的沉淀了。公司的首席执行官诺阿姆·佩尔穆特（Noam Perlmutter）称，该款的除垢器已在荷兰安装，也有在中国和智利的可口可乐瓶装工厂中使用。
扎克伯格水研究所的克里斯托弗·阿努施（Christopher Arnusch）讲师正在进行一个试验，用二维和三维打印技术为过滤膜上的聚合物涂层。与传统的聚合物浸渍法相比，3D打印可以构建出图案化聚合物表面。他说：“我们发现图案化膜比传统方法做出的膜具有更强的渗透性和脱盐率。我们正在试图找出原因。”
一些聚合物沉积图案展现出了更好地预防膜的生物污染。阿努施说：“相比之下，平行条带的膜污损最少，并且比垂直条带膜运行的效果更好。”3D成膜技术可以简单又廉价地组合在膜加工程序中。
废 水
以色列在污水处理方面的创新也是效果显著。位于特拉维夫南部的夏夫丹（Shafdan）污水处理厂每天处理250万人口产生的40万立方米污水。拥有中东地区最大最先进的设备，该污水处理厂是周边沙丘的最后的三相处理中的一部分。在早些的工艺中，废水经过微生物处理后，污泥得到分离。在水渗入地下100米之前，需要经历一个耗时几个月的过程，整个过程中保证无污染并能通过农用水的认证。夏夫丹污水处理厂作为以色列最大的单点水源，能满足内盖夫沙漠60%的农业用水。
特拉维夫附近的夏夫丹污水处理厂处理由250万人口产生的废水。以色列的85%的废水被循环利用于灌溉中
在以色列，处理后的废水仅能用于灌溉，由国家管理的分配系统来供应。吉洛尔提到，以色列的农业用水标准要比世界卫生组织的要求更严格。
对于废水回收利用，人们看法大有不同。由于新加坡的水大多依赖于邻国马拉西亚与印度尼西亚的供应，废水经处理后也用于饮用水。而美国加州民众强烈反对将处理后的废水注入到地下蓄水层中。
灌 溉
据本古里安大学的法国旱地农业与生物技术研究所的纳夫塔利·拉扎洛维奇（Naftali Lazarovitch）研究员说，在世界范围内，大约60%的农业用水通过蒸发、径流、排水或泄露丢失。全球百分之四十的陆地面积是旱地，供世界人口的1/3居住。包括内盖夫在内，以色列的75%土地均是旱地。沙漠为本古里安大学的灌溉研发提供了一个方便的野外实验室，它有着平均9厘米的年降水量，少量降水为地壳、多岩土壤所吸收。
本古里安大学开发了一种设备，可以从粪便中提取氮，并可通过滴灌的方式将这种流体氮肥用于农作物。该大学正寻求资金去扩大规模并商业化该工艺流程
以色列发明了现代滴灌技术，该技术直接将水（包括处理过的废水）传送到植物和作物的根部。塑料滴灌管无处不在，即使是在景观园林周围以及在本古里安大学主校区坐落的沙漠城市比尔谢巴（Beersheba），都可以看到它们的影子。另外，与在陡峭山坡上的喷灌、滴灌工程，以及精确的液体施肥、喷洒杀虫剂相比，现代滴灌技术可以减少水的使用量和蒸发。
为了进一步提高灌溉效率，本古里安大学研究人员开发了一个简单的毛细管屏障以阻止来自根部的水流。它由一层置于浅沟槽底部的砂砾组成，这些浅沟就在灯笼椒的根部下边。然后这些地沟再用土壤回填。灯笼椒产量提高了25%，并且水的用量减少。拉扎洛维奇说，农民甚至在这项试验完成前就开始使用该技术。然而，安装这些屏障是昂贵的，农民可能需要10年才能收回他们的投资。法国旱地农业与生物技术研究所的霍纳森·埃佛拉兹（Jhonathan Ephrath）主要研究：在沙漠附近300公顷的场地上用极罕见降雨形成的唯一径流来种植橄榄树，被称为集水灌溉。2000年来的实践证明：由于贫瘠的土地不易吸收水，所以一些水库的水可以直接浇灌树木。集水区的面积是树木所覆盖面积的30倍。因为橄榄树自然生长变化的原因很大程度上是未知的，所以需要几年才能从试验中得出结论。他还补充道，在发展中世界的干旱地区，可以使用集水灌溉来培育快速增长的相思树以提供烹饪燃料。
在查谟和喀什米尔（印度管辖地区）的拉达克地区，那儿的灌木丛显示特有的线型和圆型模型，以这种形式来体现持续的干旱
荒漠化修复
本古里安大学物理学家埃胡德·梅龙（Ehud Meron）研究长期干旱条件下植被的空间重组。他说，自然界有一个关于分布模式的非线性物理学的完整领域。这些模式也出现在生态系统中。梅龙说，面对长期缺水的压力，为合理利用现有水资源，植被以不同的模式死去。低于关键降雨水平时，环形缺口开始形成。随着干旱的继续，如上图所示，植被退变成虚线模式，然后形成圆圈。裸露的地面提供了一个额外的收集区域，剩下的植物从收集区内吸收水分来生存。
模型试验表明，以条纹种植方式修复植被不是最佳的修复方式。因为往往在路堤上，这种布局不能复原干旱情境。相反，梅龙说，像在一个菱形网格里一样零散种植，可能会产生一个更加可持续的生态系统。
至于死海，很长时间以来就建议把它连接到红海。主要目的并不是拯救日益减少的水域，而是为约旦淡化海水。到上个月为止，为在红海附近建造和运营一个海水淡化试验厂，约旦政府向工业界寻求支持。最终，将修建管道以引入更多的水到死海附近的第二海水淡化厂。该工厂的排水将有助于补充这些水域，这对生态系统的影响尚不清楚。从红海到死海的430米落差可用于水力发电。
但该试点项目将需要10亿美元或更多的资金，尚且不清楚这笔钱将来自何处，更何况全项目需要100亿美元的预算。
资料来源Physics Today
责任编辑 岳 峰