污水再生與資源化

唐佳情　趙佳怡　楊千禧　李彥霓　付亮　周丹丹　霍明昕

水是生命之源，盡管地球表面71%被水覆蓋，但是淡水資源卻十分有限，人類面臨著水資源短缺與水污染嚴(yán)重的雙重威脅。隨著生態(tài)文明建設(shè)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，單純的污水處理已經(jīng)不能滿足資源能源節(jié)約型社會的需求。污水再生與資源化利用已經(jīng)成為發(fā)展的新趨勢，通過新型水處理技術(shù)回收污水中富含的大量的碳、氮、磷等資源，同時實現(xiàn)污水的再生和循環(huán)利用。本文運(yùn)用淺顯易懂的語言科普了污水再生與資源化技術(shù)，以一滴水的視角，講述了水滴和家人、朋友在經(jīng)歷生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)的不同用途后成為污水，經(jīng)過污水處理重獲新生被再次利用、回收大量資源的奇妙之旅。旨在向社會科普污水資源化的理念，改變大眾對污水的一般印象，呼吁大家珍惜水資源，重視水資源的再生利用。

1? ? 水滴家族

我是一滴水，名叫“雨澤”，常伴大家的日常生活，下面給你們分享一下我的故事。我和家人經(jīng)歷自來水廠的混凝、沉淀、過濾、消毒之后，通過水泵站和供水管網(wǎng)來到千家萬戶，來到你們的身邊。我還有兩個好朋友，他們決定去工業(yè)和農(nóng)業(yè)旅行。

2? ? 水與人類生活

在水管中流動時我暗暗地想，“我們會經(jīng)歷怎樣精彩的人生呢？”在十字路口我們一家分開了，我來到了廚房，幫助人們洗菜做飯，還被人類喝到肚子里。爸爸、媽媽和妹妹去了衛(wèi)生間，幫助人們洗衣服、清潔身體、沖洗馬桶。我們在被人類使用后，順著滑梯下降，進(jìn)入了不同管道。經(jīng)過排水管網(wǎng)我們一家人在污水處理廠相遇了。此時的我們滿身污垢，又臟又臭，被稱為“污水”。

3? ? 污水的危害與再生利用價值

看著自己臟兮兮、病懨懨的樣子，我感到傷心難過又自卑，開始懷疑自己存在的價值，覺得未來一片黑暗。我偷偷地離開污水處理廠，想“跳河自殺”一了百了。我來到一處風(fēng)景優(yōu)美的小溪正要跳下去，被科學(xué)家及時救下了?？茖W(xué)家告訴我，我這樣做很危險，會導(dǎo)致河流污染、水體富營養(yǎng)化、生物死亡、生態(tài)平衡破壞。在美國“跳河自殺”的行為是要受到嚴(yán)厲處罰的，清潔水法案阻止了數(shù)十億磅污水對河流和土壤的污染。人類如果飲用了被污染的水，則可能引起急性或慢性中毒、傳染病、癌癥等[1]，會痛苦不堪！我在想，“這太可怕了！我不能自暴自棄，不能毀了整個生態(tài)環(huán)境。媽媽告訴過我要溫柔對待世界、要善良。”

驚喜的是，科學(xué)家說，雖然我已不再晶瑩剔透，但仍然渾身都是寶呢！污水處理廠就是那個可以變廢為寶的地方，不僅可以讓我改頭換面，還可以挖掘出我更多的潛力，為人類做出更多貢獻(xiàn)！我決定放棄“自殺”的念頭，乖乖回到污水處理廠，期待一場華麗的蛻變。

4? ? 污水處理與再生

回到污水處理廠，我結(jié)識了不少新伙伴。聽它們說，我們要洗澡啦，也就是人類所說的“污水處理”。懷著忐忑的心情，我盼望著洗澡能帶來煥然一新的面貌。這一天終于來了！

首先，我來到了格柵，它由一組或多組平行的小欄桿（柵條）組成，洗去了我身上的大顆粒懸浮物，如果皮、塑料等;然后進(jìn)入初沉池，將小顆粒懸浮物沉降去除。經(jīng)過物理師傅的清洗，完成了洗澡的第一道工序，即一級處理。去除了身體上大塊的臟東西和重物，我感覺自己身輕如燕。

接下來我來到了曝氣池，被交到生物師傅手中進(jìn)行二級處理，洗掉隱藏在我身體中的污染物。生物師傅有一個搓澡巾非常厲害，它由各種微生物組成，在曝氣供氧條件下，這些微生物將我身體中的污染物吃掉，一點一點地幫我們清理身體，人們稱之為“活性污泥法”，是目前應(yīng)用最為普遍的污水處理方法。有時候清理不干凈，生物師傅也會叫來化學(xué)師傅幫忙，添加一些化學(xué)藥劑幫我們更加高效的洗去污染物。繼續(xù)往前走，我來到了二沉池，在這里我和微生物們逐漸分開，實現(xiàn)泥水分離，微生物們再次返回曝氣池。最后，我來到了一個有氯氣、臭氧或紫外線的房間，師傅們說要給我們“消毒”，殺滅病原菌[2]。

除常規(guī)洗澡之外，有些污水處理廠還為我們準(zhǔn)備了美容的SPA，通常是各路師傅齊上陣，把我們體內(nèi)積累的毒素逼出來。經(jīng)過混凝沉淀、反滲透法、微濾、超濾等高級處理，實現(xiàn)污染物的深度去除[3]，讓我們更加干凈清澈。經(jīng)過這一系列工序，工程師打開了大門，笑著對我們說：“你們達(dá)標(biāo)了，可以走啦！”我照了下鏡子，身體晶瑩剔透，和原來沒什么差別，聽說是達(dá)到了國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級A標(biāo)準(zhǔn)（COD≤50mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L）。

水滴家族無論身在何處，在幫助人類生活生產(chǎn)后都要面臨洗澡的問題。只不過洗澡的流程存在一些差別。加拿大的遠(yuǎn)方親戚說，他們那洗澡采用固定化活細(xì)胞技術(shù)，大伙可以分散就地處理回用。美國的表叔說，美國實施了清潔水法案，阻止了數(shù)十億磅污水的“跳河自殺”，減少了河流和土壤污染。

5? ? 再生水利用

重獲新生之后，我們有了新的名字“再生水”，可噴灑道路、灌溉綠化、景觀水域、沖洗車輛、沖刷廁所等;用作工業(yè)生產(chǎn)的冷卻水、鍋爐用水等;用于農(nóng)田、牧場或林木灌溉等。我成為再生水后又能繼續(xù)為人類做貢獻(xiàn)了，由衷地感到欣喜和自豪！我的兩個好朋友浩洋和海濤告訴我，他們經(jīng)歷了和我完全不同的生活，但是我們不久就會見面了！浩洋去了電鍍車間，在輔助工業(yè)生產(chǎn)后身體被重金屬、化學(xué)品和生物藥劑毒害生病了，經(jīng)過工業(yè)廢水處理廠的醫(yī)治已經(jīng)痊愈，體內(nèi)取出的致病物質(zhì)還成為了企業(yè)生產(chǎn)的原料呢！海濤在分別后來到了一處風(fēng)景優(yōu)美的村莊，本來安靜閑適好不愜意?？呻S著人們對化肥、農(nóng)藥的使用，海濤的身體里各種營養(yǎng)物質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)，得了“肥胖癥”，經(jīng)過特定處理和調(diào)養(yǎng)，現(xiàn)在也恢復(fù)了健康，過著閑適的田園生活，正在參與建設(shè)美麗鄉(xiāng)村呢。好期待去體驗下成為再生水后的新生活呀！

2019年，北京市的再生水用量達(dá)到了11.5億m3/d。預(yù)計2025年，全國地級及以上的缺水城市再生水利用率將達(dá)25%以上。再生水已成為城市的第二大水源，在未來將會發(fā)揮更重要的作用[4]。當(dāng)然，也有的流入人工濕地或天然水體，經(jīng)過蒸發(fā)變成云雨，或經(jīng)地層過濾滲入地下成為地下水。最終，經(jīng)過自然界的水循環(huán)我們再次成為飲用水，與人類親密接觸[5-6]。

澳大利亞的Brisbane和Ipswich兩個城市將污水深度處理后回補(bǔ)Wivenhoe水庫，滿足了當(dāng)?shù)?0%的飲用水需求[7]。日本多度津町將再生水回灌地下補(bǔ)給地下水，經(jīng)處理后作為飲用水。污水經(jīng)過一系列凈化過程，還可以直接作為飲用水呢！國際著名的水界明星NEWater就有這樣的傳奇經(jīng)歷，他出生于新加坡的普通家庭Used water，在新生水項目中經(jīng)歷了初沉池、曝氣池、二沉池，有著與我們相似的經(jīng)歷，之后他來到一家高級培訓(xùn)學(xué)校，通過了超濾（UF）、反滲透（RO）兩位膜處理專家的考核，通過長期的學(xué)習(xí)來修身養(yǎng)性，去除了身體里的膠質(zhì)微粒、細(xì)菌等雜質(zhì)，過濾掉了心靈中隱藏的鹽類、可溶性物質(zhì)等思想雜念，通過酸堿平衡、紫外線消毒（UV）考試后順利畢業(yè)[8]，從“污水”變成了“飲用水”。經(jīng)過不斷學(xué)習(xí)和努力，他目前已經(jīng)通過政府190項污染物指標(biāo)考核，并且優(yōu)于世界衛(wèi)生組織和美國環(huán)境保護(hù)署的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[9]。新加坡NEWater產(chǎn)水規(guī)模達(dá)到了53.4萬m3/d，能滿足30%的國民用水需求。

6? ? 污水資源化

我們被人類使用后變成了污水，雖然經(jīng)過洗澡可以獲得新生，但是消耗了大量能量，投入產(chǎn)出不成比例，人類為我們洗澡的事也是操碎了心。我國科學(xué)家在2015年首次提出了面向未來的污水處理概念廠，核心思想是把污水作為資源進(jìn)行利用[10]。在普通人眼中我們是污水，可是科學(xué)家更喜歡叫我們“資源”。污水除了可以再生回用外，污水含有豐富的碳、氮、磷等物質(zhì)，也可回收利用。比如，通過添加化學(xué)藥劑形成磷酸鈣鹽和鳥糞石，實現(xiàn)污水的磷回收，其產(chǎn)品可作為農(nóng)業(yè)肥料。此外，利用厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，可用于供暖、產(chǎn)電等。

在歐洲一噸污水里回收的水資源、有機(jī)肥、甲烷、氮、磷等物質(zhì)的價值在0.41歐元左右。在我國年排放污水量按600億噸計算，可回收的潛在資源大概有80億立方米甲烷氣、280萬噸氮資源、60萬噸磷資源、100萬噸硫資源、570萬噸有機(jī)肥、360億噸水，潛在價值大于2500億元人民幣[10]。

7? ? 水滴在呼喚

雖然地球表面71%被水覆蓋，但淡水僅占0.5%，其中近70%的淡水封存在南極和格陵蘭島的冰層，不能被人類利用。此外，全世界每年約有4200億立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5萬億立方米淡水[11]，發(fā)展中國家約有10億人正在飲用被污染的水，每年造成超過48.5萬例腹瀉死亡[12]。水資源短缺與水污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀警醒人類：在開源節(jié)流的同時，水資源再生利用是當(dāng)務(wù)之急！水是生命之源，我們水滴家族愿與人類攜手，共同守護(hù)美麗的藍(lán)色星球。請珍惜愛護(hù)我們，讓我們的生命更有價值！

（本文作者：唐佳情，趙佳怡，楊千禧，李彥霓，付? 亮※，周丹丹，霍明昕? ?工作單位：東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院）

參考文獻(xiàn)

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[2] 高廷耀，顧國維，周琪.水污染控制工程[M].第四版下冊.北京：高等教育出版社出版，2007.

[3] 王凱軍.可持續(xù)發(fā)展的新型、高效城市污水處理技術(shù)探討[J]. 給水排水，2005，31（2）： 32-35.

[4] 污水化清流 污水再生利用 缺水城市有了“第二水源”. 經(jīng)濟(jì)信息聯(lián)播，CCTV2-財經(jīng)頻道，2021，2.2.

[5] WW Li，HQ Yu，BE.Rittmann.Chemistry：Reuse water pollutants[J]. Nature.2015，528（7580）：29-31.

[6] Ngo H H，Bui X T，Nghiem L D，et al.Green Technologies for Sustainable Water[J].Bioresource Technology，2020，317：123978.

[7] 王兆興.再生水作為間接飲用水的探討[C]//2014第九屆中國城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展國際研討會.中國城市科學(xué)研究會;中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會，2014.

[8] H Lee，TP Tan.Singapores experience with reclaimed water： NEWater[J].Int.J.Water Resour.Dev.2016，32：611-621.

[9] 盧睿卿，楊光，宮徽，等.新加坡新生水工藝對我國生產(chǎn)高品質(zhì)回用水的啟示[J].中國給水排水，2019，35（14）： 36-40.

[10] 穆楊.探索推動污水資源化利用[N].中國環(huán)境報，2018-10-15.

[11] WWAP（UNESCO World Water Assessment Programme）. 2019.The United Nations world water development report 2019：Leaving no one behind.Paris，UNESCO.

[12] Hasan M K，Shahriar A，Jim K U.Water pollution in Bangladesh and its impact on public health[J].Heliyon， 2019，5（8）：e02145.

基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目（52070039），國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（202010200045）。