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2020-05-09 18:00
水资源短缺,你愿意喝“再生水”吗?

面对全球日益严重的水资源短缺问题,我们不能吹毛求疵了——三个步骤可以极大改善再生水的形象。本文来自微信公众号:Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Cecilia Tortajada &Pierre van Rensburg,题图来自:比尔·盖茨


饮用水资源正变得越来越稀缺。人口增长、环境污染和气候变化意味着越来越多的城市将不得不寻找非常规的水源[1]。在越来越多的地方,饮用经过高度处理的城市废水(称为“再生水”)已经成为最佳的选择,而且,在某些情况下,这也是唯一的选择。


新加坡五座再生水厂中的一座。这些再生水提供了该国约40%的饮用水和其他用水需求。来源:Roslan Rahman / AFP / Getty


但是,人们对再生水充满了焦虑。媒体耸人听闻的报道在很大程度上也起到了推波助澜的作用。这种情绪让好几个项目止步不前。有些人担心,与从湖泊或河流中获取的饮用水相比,再生水里含有更多的病原体和化学物质。其他人则单纯是一想到这些水曾经冲过马桶和流过下水道就觉得恶心。


现在,大约有20亿人生活在“水资源严重短缺”的国家中,这些国家主要分布在北非、西亚、中亚以及南亚[2]。据估计,到2050年,全球人口将从如今的77亿增加到100亿(其中的70%估计将生活在城市里),这会导致我们对安全饮用水的需求急剧增加。根据联合国2019年的评估数据,从现在起到2050年,水资源总需求将可能会增加20%到30%[3]


什么是再生水?


“再生水”来自经过高度处理的废水。


在中高收入国家,一般情况下,来自居民区、商店和办公区(而非工业区)的生活(市政)废水,会在统一收集后,由污水处理厂进行处理,然后排入河流、湖泊和其他天然水体中。这些“原水”会在下游的城镇再次收集并进行处理,用于饮用、灌溉或工业生产。


另一种策略是更严格地将市政废水直接处理到可以饮用的程度。在污水处理厂处理之后,这些水将在第二座(有时是第三座)水厂由先进的化学、生物和物理方法再次进行处理。然后将水直接接入到饮用水供应系统,或排放到自然系统(河流、湖泊、蓄水层或水库)中。在第二种情况下,这些水之后会再从自然系统中收集起来并进行处理,用于饮用或其它用途。这两种情况下产生的水都被称为再生水[8]


在许多地方,以常规方式处理(只经过一次处理)就排放掉的废水,在河流中的比例正变得越来越高[15]。但当局仍然认为这类河流是“淡水的天然来源”。由于下游的处理方法可能已经无法适应质量变差了的原水,这对公众的健康构成了日益严重的威胁。因此,在受控的环境中将废水处理抬高至更高的标准,并将其重新用于特定的用途,不论对于经济还是健康来说都更加合理。


因此,节约用水至关重要。供水设施需要进行升级并更好地管理,包括使用智能传感器以及其他的技术手段。合理定价这样的经济手段也可以提高使用效率。我们还需要立法手段来减少污染。所有公共和私人部门、乃至全社会,都需要接受关于节水重要性的教育。


但排在首位的,应该是研究再生水作为饮用水的收益和风险,包括提高消费者对再生水接受程度的方法。


公众认知


在过去的二十年中,由于公众的反对,一些旨在向人们提供可饮用再生水的项目一直停滞不前


2000年,《洛杉矶日报》刊登了一篇题为“饮用厕所水”的文章,介绍了洛杉矶于1995年在圣费尔南多山谷启动的“东谷循环水”(East Valley Water Recycling)项目。该地区的人们担心再生水不安全,认为这种水是仅供低收入社区使用的。这个项目被竞选市长的候选人政治化,提出该项目的洛杉矶水电局最终决定放弃。从那时起,再生水便仅用于灌溉和工业用途[4]。  


2006年,澳大利亚昆士兰州图文巴市的一个再生水项目,遭到了该州居民的反对;2009年,该州居民又抵制了东南部的“西部走廊循环水计划”(Western Corridor Recycled Scheme)——即使那时澳大利亚正经历着有记录以来最严重的一场干旱。


在图文巴,大约9.5万人中有62%对该项目投了反对票。反对的原因主要是出于对安全方面的担忧,以及害怕该项目会损害旅游、食品加工和房地产销售等行业[5]。“西部走廊循环水计划”的建设成本为24亿澳元(约合16亿美元),目标是每天生产多达23万立方米的水,以满足昆士兰州东南部大约30%的供水需求。但在2009年,迫于政治压力和干旱形势的缓解,有关方面做出决定,只有在水库的水位下降到正常水位的40%以下时,才利用该计划生产可饮用再生水弥补库容的不足[6]


澳大利亚昆士兰州,一名工人将饮用水注入水罐。由于长期干旱,该地区一直面临水资源短缺。来源:William West / AFP / Getty


公众对水安全的怀疑并非完全没有根据。例如,在美国和加拿大,仍然有一些社区缺乏安全的饮用水,这种情况在低收入和少数族裔人口聚居的社区尤其严重[7]。饮用水安全问题也在不少地方发生,例如2014年密歇根州的弗林特,以及去年加拿大的一些城市。


在这几起事件中,水中的铅含量均高于监管机构的安全指标。去年10月的测试显示,加利福尼亚州近300座饮用水井和其他水源中均含有微量的PFAS(全氟和多氟烷基物质)化学物质,这些化学物质可能会导致某些癌症或其他健康问题的发生。


但是,目前对用于可饮用再生水进行的监管、控制、评估和审核,实际上比标准饮用水要更加严格


形象改善工程


有三个步骤可以改善再生水的形象。


开展更多研究。废水中含有数百种已知的化学物质和致病性污染物,如果处理不当,会导致严重的急慢性疾病,例如霍乱或伤寒。而且,新的化学制品不断上市,新的细菌和病毒菌株也不断被发现。来自大学和水务公司的研究人员必须开展研究,定量分析并有效降低任何新出现的风险,以及不断评估再生水在人类健康和环境健康层面上的总体效益和成本。


尤其是,随着检测技术的精确度越来越高、成本越来越低、应用越来越广,病原体和化学物质的存在必须得到持续的监测(至少每天一次[8],以保护公众免受可能出现的问题的影响[9]。长期低水平接触有毒化学物质引起的慢性风险,与一次性大剂量暴露所引起的急性风险是一样高的[10]


在中高收入国家,无论是不是再生水,所有的饮用水都必须满足关于病原体、化学物质和任何其他类型污染物的国家、区域和地方卫生标准(或其它适用的标准)[8]。到目前为止,不少城市的水务机构通过对从化学物质到微生物的污染物进行多重处理和实时监测、并在处理和给水的全过程中使用各种风险管理策略,其所生产的再生水已经达到了相关标准的要求[11,12]


提高公众宣传。水务公司必须制定有关信息传播和公众咨询、教育、参与的更全面的战略。


社区参与不是(也绝不能被理解成是)为了说服公众支持某些项目而展开的活动。与之相反,社区参与应该做的是建立沟通的平台,从而尽早地了解并解决人们的担忧,即使那意味着要对计划进行修改。


一些成功的项目可以用作参考。例如,在1990年代,加利福尼亚州的圣地亚哥市规划了一个再生水项目,以减少对科罗拉多河和其他水源的依赖。该项目最初得到了公众的支持,但后来这种支持消失了。这是由多方面的原因导致的,例如专家小组提供的有关再生水安全性的信息并不一致。再加上媒体使用的诸如“饮用厕所水”和“污水饮品”之类的说法,以及宣称再生水将仅供给低收入社区使用,最终导致该项目遭到抵制,并于1999年由市议会改为了非饮用水项目[13]


但圣地亚哥仍然需要更多的饮用水。因此,在2004年,公用事业公司决定为公共宣传和教育制定更全面的战略。他们开展的工作包括线上和电话调查访问、由关注该项目的人员参与的研究、创造机会让市政工作人员与圣地亚哥志愿服务组织等机构就该项目进行讨论、以及建立一个专门提供相关信息的网站。


这些努力得到了回报。2004年,只有26%的被调查者同意饮用再生水。到2012年,这一比例已经达到了73%。该市于2013 年批准了“圣地亚哥纯净水(Pure Water San Diego)”项目[14]。预计到2023年,该项目将每天将生产约11.4万立方米的饮用水,并到2035年满足该市三分之一的用水需求。


在需求最大的地方实施项目。有实力的水务公司应在需求最大的地方开展再生水项目。这些公司需要具备足够的知识储备、技术实力、人员水平和财务能力,并且必须在水质法规非常严格的城市中开展项目。一旦这些计划在难度最大的地方被证明是安全有效的,其他社区的人们也更有可能支持类似的项目。 


成功的秘诀


这些策略起作用的关键,是要让所有的利益相关方都持续地参与进来:无论是市长还是国家政府、企业和地方卫生与医疗机构还是社区和环境团体、宗教领袖还是大众媒体。


如果没有再生水,那么至少三个重要的经济中心——新加坡、纳米比亚的温得和克、加利福尼亚的奥兰治县,都将无法发展到今天的水平(参见“三个成功案例”)。实际上,如果没有这些再生水项目,这些地方很可能都会对用水量进行严格的控制,从而对社会经济发展产生严重的影响。此外,对于溪流、河流、湖泊、湿地和含水层来说,再生水也比普通废水更好,部分原因是,当这些项目产生的多余的再生水返回自然系统时,其质量要比按照普通标准处理的废水更高[8]


三个成功案例


温得和克位于干旱/半干旱的环境中,几乎没有地表径流。1968年,该市成为了第一个使用循环水生产饮用水的城市。Goreangab再生水厂(Goreangab Water Reclamation Plant)目前供应温得和克约24%的饮用水需求(每天2.1万立方米)[16]。在2014年至2016年的干旱期间,附近的水库只能满足10%的供水需求,远低于预计的75%。结果,来自Goreangab的再生水贡献了该市总供水量的30%。


自2008年投入运营以来,奥兰治县地下水补充系统(Orange County Groundwater Replenishment System)已成为全球最大的再生水设施。它每天可产生37.9立方米 的饮用水。该项目被广泛接受的部分原因是,公用事业公司奥兰治县水管理区从一开始就将公众的知情权和参与度放在首位。


新加坡花了数十年的时间规划了现在称为NEWater的水资源循环利用计划。到2003年该项目启动时,已经完成了涉及政府和其他决策者的关于长期安全性和可靠性问题的全面沟通和教育计划。


如今,NEWater提供了新加坡约40%的饮用水和非饮用水。如果一切按计划进行,到2060年,它将满足该市55%的用水需求[17]。新加坡的大多数人都知道,他们所在的岛屿城市面积太小,无法储存全部降水,因而存在缺水问题。他们明白NEWater的重要性。在每个新加坡国庆日(8月9日),数千名参加庆祝活动的人们都会得到NEWater提供的瓶装水,他们也会毫不犹豫地把这些水喝掉。


参考文献:

1. World Health Organization. Potable Reuse: Guidance for Producing Safe Drinking-Water (WHO, 2017).

2. United Nations. Sustainable Development Goal 6: Synthesis Report 2018 on Water and Sanitation (United Nations, 2018).

3. UNESCO. Leaving No One Behind: The United Nations World Water Development Report 2019 (UNESCO, 2019).

4. US Bureau of Reclamation. Recycled Water Project Implementation Strategies. Technical Memorandum (US Department of the Interior & CH2MHILL, 2004).

5. Hurlimann, A. & Dolnicar, S. Water Res. 44, 287–297 (2010).

6. Australian Academy of Technological Sciences and Engineering. Drinking Water Through Recycling: The Benefits and Costs of Supplying Direct to the Distribution System (ATSE, 2013).

7. Patel, A. I. & Schmidt, L. A. Am. J. Public Health 107, 1354–1356 (2017).

8. US Environmental Protection Agency & CDM Smith. 2017 Potable Reuse Compendium [EPA-CDM CRADA 844-15] (EPA, 2017).

9. US Environmental Protection Agency Office of Water. Draft Framework for a Water Reuse Action Plan (EPA, 2019).

10. US National Research Council. Water Reuse: Potential for Expanding the Nation’s Water Supply through Reuse of Municipal Wastewater (National Academy of Sciences, 2012).

11. Water Research Foundation. Assessment of Techniques to Evaluate and Demonstrate the Safety of Water from Direct Potable Reuse Treatment Facilities [Web Report #4508] (Water Research Foundation, 2016).

12. WateReuse Research Foundation. Framework for Direct Potable Reuse (WateReuse Research Foundation, 2015).

13. Brouwer, S., Maas, T., Smith, H. & Frinjs, J. D5.2 Trust in Water Reuse: Review Report on International Experiences in Public Involvement and Stakeholder Collaboration [DEMOWARE Project D5.2] (KWR Watercycle Research Institute, 2015).

14. The City of San Diego. Report to the City Council (City of San Diego, 2013).

15. Rice, J., Wutich, A. & Westerhoff, P. Environ. Sci. Technol. 47, 11099–11105 (2013).

16. van Rensburg, P. Int. J. Water Resour. D 32, 622–636 (2016).

17. Tortajada, C. & Nambiar, S. Water 11, 251 (2019).


本文来自微信公众号:Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Cecilia Tortajada &Pierre van Rensburg

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