水網(wǎng)革命

文穎

問題突出

在許多發(fā)達(dá)國家，獲得干凈的飲用水好像十分容易——打開水龍頭便可直接飲用。但其實(shí)，相當(dāng)一部分水處理設(shè)備面臨年久失修、損壞嚴(yán)重的問題。2013年，英國倫敦和英格蘭東南部的部分地區(qū)因管道破損，導(dǎo)致每天有6.46億升水流失，該損失足以滿足300萬人的用水需求。此后，該公司花費(fèi)120多億英鎊，更換了整個(gè)供水網(wǎng)絡(luò)。

在美國，每年在輸水主管道上發(fā)生的滲漏事件大約有24萬起，其中僅最近美國洛杉磯發(fā)生的一起嚴(yán)重爆管事件就造成了9千萬升水的流失。2013年，美國國家環(huán)境保護(hù)局的一份報(bào)告顯示：在未來20年，美國政府預(yù)計(jì)需要投入3，840億美元修建或修補(bǔ)本國的飲用水基礎(chǔ)設(shè)施。一些人認(rèn)為未來極端天氣將更加頻繁，這一投資數(shù)額或許還會增加。

德國水資源市場研究員布倫特·賈爾斯并不認(rèn)同這類投資。他表示：一方面，修建或修補(bǔ)基礎(chǔ)供水設(shè)施的費(fèi)用通常由喜歡宏大設(shè)計(jì)的工程師來制定，而這些工程的規(guī)模往往超出需求；另一方面，修補(bǔ)破損管道的過程也可能危害公眾健康。工程師往往將清潔用水管道和污水管道并行鋪設(shè)，一旦輸水管道發(fā)生泄漏就容易讓清潔的水被污染。

2007年挪威發(fā)布的一項(xiàng)研究結(jié)果表明，漏水管道和多例胃腸道疾病之間存在關(guān)聯(lián)。歐洲疾控中心調(diào)查2009-2010年期間的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，超過30例疾病的爆發(fā)與受污染的公共供水系統(tǒng)有關(guān)。為了對抗有害微生物，許多供水公司在處理水的過程中添加了少量氯氣。但也有科學(xué)家認(rèn)為這會引起包括膀胱癌和基因缺陷在內(nèi)的若干健康問題，這一現(xiàn)象已逐漸引起人們的關(guān)注。

解決之道

雷諾茲認(rèn)為上述措施是治標(biāo)不治本。他表示，人們真正需要做的是反思運(yùn)輸水的模式：“我們弄臟了水，排進(jìn)下水道，然后在龐大的污水管網(wǎng)里兜一大圈才能到達(dá)污水處理站進(jìn)行處理，如此循環(huán)，代價(jià)極大！”

如果每一個(gè)家庭都能夠就近回收、處理廢水，使之達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)，就能夠有效減少水運(yùn)輸?shù)某杀静⒔档凸┧艿佬孤淼慕】碉L(fēng)險(xiǎn)。而且，對水網(wǎng)絡(luò)未覆蓋的地方，例如偏遠(yuǎn)的山區(qū)甚至國際空間站，這一方案尤其有價(jià)值。這種方案依賴各種各樣的微型水凈化系統(tǒng)，包括集雨桶中用于篩除污染物的濾沙器、用陽光分解污染物的太陽能屋頂凈化器以及內(nèi)壁布滿可殺死微生物的納米級銀粒子的凈水器等。

但是這些系統(tǒng)往往是小規(guī)模的，只能提供家庭部分用水量。雷諾茲正在嘗試研發(fā)稍大規(guī)模的水凈化系統(tǒng)。他從大學(xué)校園的一個(gè)池塘里取水，用一系列過濾器和薄膜去除水中的雜質(zhì)。同時(shí)加入少量的鹽溶液，通過電解釋放出羥基自由基、氯離子以及其他相關(guān)物質(zhì)作為消毒劑。關(guān)閉電流后，作為消毒劑的離子會漸漸轉(zhuǎn)化為鹽溶液，避免產(chǎn)生污染環(huán)境的殘余物。雷諾茲的試驗(yàn)表明，如果水中常見致病菌的濃度低于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，電解處理過程只需10-20秒就可完成凈化。凈化池塘水的原理也適用于家庭廢水的處理。雷諾茲認(rèn)為人們完全可以運(yùn)用這一原理處理廁所或洗滌槽中排出的污水。

這幾年，雷諾茲一直在他的花棚內(nèi)試驗(yàn)一個(gè)更大的水凈化系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)預(yù)計(jì)每小時(shí)生產(chǎn)3000升水，可以滿足1500人的最基本需求。雷諾茲還和英國普茨茅斯大學(xué)合作研發(fā)了一個(gè)卡車大小的凈化系統(tǒng)，一個(gè)小時(shí)可處理約2萬升的污水。羅馬尼亞正在試用該系統(tǒng)，向過去依靠水井但如今已被嚴(yán)重污染的地區(qū)供水。值得注意的是，處理污水過程中提取出的副產(chǎn)品富含氮，可作農(nóng)業(yè)肥料。

雷諾茲認(rèn)為，即使這類小型水處理系統(tǒng)的開發(fā)還處在初級階段，但維護(hù)現(xiàn)有公共污水管網(wǎng)的費(fèi)用遲早會迫使公眾反思。他指出：“傳統(tǒng)的供水網(wǎng)絡(luò)無法解決所有問題，小型、微型水處理系統(tǒng)將被大規(guī)模應(yīng)用。”

除了雷諾茲以外，其他許多研究人員也在研究家庭水凈化系統(tǒng)。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的水資源研究員研發(fā)了一個(gè)凈化系統(tǒng)，可以安裝在建筑物的水管中。這一系統(tǒng)的工作原理是利用強(qiáng)氧化劑和紫外線分解污染物并使用過濾膜凈化廢水，生產(chǎn)達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)的水。美國一家公司也推出了一系列水凈化產(chǎn)品，例如可以利用陽光對污染物進(jìn)行無害化處理的“太陽能袋”，以及適合在無陽光地方使用的發(fā)光二極管水凈化系統(tǒng)。美國和澳大利亞的多家大公司也正在開發(fā)水凈化系統(tǒng)，它們使用覆蓋著一層有益微生物的過濾膜“過濾”含有有害物質(zhì)的廢水。美國加利福尼亞州研究員克雷格·文特爾研發(fā)的水處理系統(tǒng)利用微生物進(jìn)行處理污水，同時(shí)還能產(chǎn)生肥料和電力。

轉(zhuǎn)變排水系統(tǒng)——廢水凈化重復(fù)利用

一些發(fā)達(dá)國家的大型污水處理機(jī)構(gòu)已開始使用含有可分解有機(jī)物質(zhì)的“微生物活性污泥”來凈化污水。但若有氧氣存在時(shí)，大腸桿菌等細(xì)菌也會生長。所以這一方法必須結(jié)合其他過程一并進(jìn)行，如反滲透處理或大規(guī)模的氯化作用。由于此類技術(shù)成本昂貴，因而目前在發(fā)展中國家很難推廣。

然而，美國得克薩斯州大學(xué)的研究員安娜和她的同事培養(yǎng)出了可用于廢水處理的厭氧微生物，即可在無氧狀態(tài)下生長的微生物。這些微生物分解水中的有機(jī)物質(zhì)的本領(lǐng)優(yōu)于目前使用的好氧微生物（需要氧氣才能生存的微生物）。同時(shí)，這些厭氧微生物會借助周圍金屬表面的電子進(jìn)行“呼吸”，產(chǎn)生電流。采用這一技術(shù)，就可以在為家庭提供日常用水的同時(shí)提供用電，一舉兩得。這一可持續(xù)且易維護(hù)的解決方法也適用于缺少水處理基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展中國家。

2015年，安娜獲得了500萬美元的資助基金，用于繼續(xù)研究該系統(tǒng)以生產(chǎn)達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)的水。很值得一提的是，安娜所采用的水處理設(shè)備僅有咖啡杯大小。

最近，安娜團(tuán)隊(duì)將完善呈現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)，目的在于證明該系統(tǒng)的可行性，希望以此改變公眾的傳統(tǒng)觀念。公眾的看法對此類“從廁所到水龍頭”工程能否成功有著重要影響。安娜說：“其實(shí)，我還有被稱為‘從淋浴噴頭到花盆的方案?！卑材日J(rèn)為，對于澆花、擦地板等類似用途用水來說的，只須將污水經(jīng)過初步處理即可，而不必按照飲用水的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格凈化，這能減少不必要的浪費(fèi)。

安娜同時(shí)認(rèn)為，這種小型水循環(huán)系統(tǒng)理論上能滿足所有人的需求，但它恐怕仍無法完全代替現(xiàn)有的公共供水網(wǎng)絡(luò)。在每個(gè)家庭或建筑物管理者各自生產(chǎn)自己所需的飲用水時(shí)，可是那些居無定所或貧窮的弱勢群體可能因無法獲得或維護(hù)自己的供水系統(tǒng)而成為供水盲點(diǎn)，無法使用到干凈的水。因此，安娜認(rèn)為在向非公共網(wǎng)絡(luò)供水方案的轉(zhuǎn)變過程中，同時(shí)需要嚴(yán)格的管理和法律保障。好消息是，關(guān)于由家庭負(fù)責(zé)自己的過濾和管道系統(tǒng)這種轉(zhuǎn)變，從私人水處理系統(tǒng)中獲取用水的1600萬個(gè)美國家庭將為我們提供很多值得借鑒之處。