浅谈污水处理与管理领域的新方法与新技术

20世纪，污水处理领域出现了一系列新的污水处理技术以及实践应用，例如膜过滤工艺和高级氧化工艺。这些新工艺的出现，为城市污水系统和水资源系统开启了新的管理模式(Daigger，2003)，也必将大大提升水资源的可持续发展性，特别是那些能将城市水资源和废弃物资源整合起来的新型工艺。

新工艺的诞生必将产生新的需求，这些需求会反过来进一步推动新技术的发展。本文将逐一阐述和分析城市水资源环境的现状、修复情况、已经采取的具体措施，以及在当下发展环境中技术应当如何进步。

变革的需求

简单来说，变革背后的主驱动力是全球人口增长以及生活需求的提升， 这二者的结合导致了资源的大量消耗 (包括水资源)，以致超出了我们所生活的这个星球的承受能力(Daigger, 2007b, 2008a; Wallace, 2005)。 目前，地球的总人口略大于60亿， 到2050年，该数字预计将达到90亿。 假如生活需求也依次提升，那么全球人口的资源消耗量将达到目前地球资源总量的3倍。显然，这个“剧情” 无法成立，也不应成立。

我们假设地球的总人口数很小， 比如是两亿，并且人均资源消耗量也很低，那么我们的传统消费模式—— “摄取、消费、废弃”——是可持续的。 然而，事实并非如此，所以我们需要 对所有资源(包括水资源)进行循环和回收利用，并且我们还需要提高再生资源利用率。

水资源压力

相比其他的资源而言，水资源生来就具备可再生的能力。自打这个星球有了生命的起源，大自然母亲随即开始让水在天地之间循环往复。当这个循环过程“入不敷出”时，水资源压力随即产生。而不合理的水资源管理方式无疑会给整个系统进一步加压， 最明显的例如未经适当处理的污水直接排入水循环圈，这将导致可用水总量进一步缩减。

目前来看，水资源紧缺还只是影响了一部分人，预计到2025年，影响的范围将扩展到全球总人数的45% (Daigger, 2007b;WRI, 1996)。而随着气候变迁，这个数据还有进一步恶化的趋势。

一些针对资源回收的技术可以帮助改善这个状况，但大部分回收技术的使用往往伴随着对其他资源的消耗， 比如能量。在我们这个资源有限的世界里，任何一种资源的消耗增加，即使是水资源这样的可再生资源，都必须慎之又慎。

由于城市水资源管理不善导致水资源压力的另一个表现形式是水体中营养物总量的不断攀升，例如水体中的磷元素(Steen, 1998; Wilsenach et al., 2003)。随着磷矿的开采，磷越来越多的被用作人工肥料。被施以磷肥的农作物会被人类食用，而磷会作为人类新陈代谢的产物排入污水中， 因此，污水中的磷(包括其他营养物) 开始不断富集，不断富集的结果将引 起水体富营养化。另外，我们知道， 磷资源是不可替代的，按照目前的人类消费速率以及磷在地球上的存储量， 在100年后，我们将无磷可用。因此，水体富营养化和磷资源的枯竭，这两个原因都迫使我们必须尽快展开污水磷资源回收的行动。

还有两个因素需要我们考虑在内。 第一，尽管在发达国家，水资源的相关服务已经非常到位，但是我们不应忘记，在地球上仍旧有大约10亿人没有享受到安全的饮用水，超过25亿人 没有足够的卫生设施。显然，我们需要 更有效的城市水资源管理系统，我们必须满足全人类对水资源的需求。第二， 全球的供水和污水机构已经很难筹集到足够的资金来维持机构本身的运转， 更不用说，这些机构还需要不断升级改造以适应人类不断攀升的需求。

对可持续性的定义

城市污水处理和资源管理需要不断寻求新的方法，其背后的驱动因素之一是我们的城市必须维持可持续的发展。具体表现为：

人们需要大 量的清洁水源和合理的卫生体系;

人们需要对当地水资源更加合理应用;

能源平衡;

加强营养物管理;

财政稳定的公用事业建设。

总的来说，可持续发展的需求来自于经济、社会、环境三方面 (Daigger and Crawford, 2005)(见表1)。经济的目标是为公共事业提供足够的价值， 以确保用户们愿意在财政上支持那些必要的基础设施进行维护和扩展。环境目标包括从当地现有的供水中满足用水需求，同时保持能源平衡，以及减少化学品消耗和营养盐排放管控。整体的社会目标是获得清洁的水源和合理的卫生体系。

而挑战来自于如何实现这些目标，以及采用哪些技术来实现目标，如果我们明确了这些问题，那现在和将来， 我们都将拥有一个可持续发展的社会。

实现可持续发展的目标

为了实现上面所述的环境目标，我们需要将现有的线性方法进行改良优化，将分散和集中的元素相结合，将水和废弃物进行回收，最终建立一个闭环系统 (Daigger, 2007a, 2008a,b; Daigger and Crawford,2007)，闭环系统具有实现我们三大目标的潜在能力。

图1阐述了一个城市水管理的闭环系统。就供水而言， 无论是民用还是商用的供水系统，都可以大致分为两类， 可饮用水和不可饮用水。可饮用水指的是直接饮用的水和淋浴用水，不可饮用水指的是冲厕用水、洗衣用水、浇地用水，以及其他工业用水。总的来看，饮用水的消耗总量实际上非常小。所以，实际上目前可饮用水的供给量远远大于消耗量。事实上，饮用水可以取自当地水源，也可以取自其他地方的水源，只要水质合适即可。通过对用水目的区分(饮用与非饮用)，我们认为，用于饮用的供水体量应该大大缩减。

根据上一段分析，我们可以得知，家庭和商业用水中的大部分都应是非饮用水，非饮用水可以取自多种多样的当地资源，比如循环水、收集雨水等。如图1所示，非饮用水的储集是整个系统的关键组成部分。非饮用水可以储存在城市区域地下的蓄水层，或者储存在地表储水设施内。

编辑：李丹