水网革命

文颖

问题突出

在许多发达国家，获得干净的饮用水好像十分容易——打开水龙头便可直接饮用。但其实，相当一部分水处理设备面临年久失修、损坏严重的问题。2013年，英国伦敦和英格兰东南部的部分地区因管道破损，导致每天有6.46亿升水流失，该损失足以满足300万人的用水需求。此后，该公司花费120多亿英镑，更换了整个供水网络。

在美国，每年在输水主管道上发生的渗漏事件大约有24万起，其中仅最近美国洛杉矶发生的一起严重爆管事件就造成了9千万升水的流失。2013年，美国国家环境保护局的一份报告显示：在未来20年，美国政府预计需要投入3，840亿美元修建或修补本国的饮用水基础设施。一些人认为未来极端天气将更加频繁，这一投资数额或许还会增加。

德国水资源市场研究员布伦特·贾尔斯并不认同这类投资。他表示：一方面，修建或修补基础供水设施的费用通常由喜欢宏大设计的工程师来制定，而这些工程的规模往往超出需求；另一方面，修补破损管道的过程也可能危害公众健康。工程师往往将清洁用水管道和污水管道并行铺设，一旦输水管道发生泄漏就容易让清洁的水被污染。

2007年挪威发布的一项研究结果表明，漏水管道和多例胃肠道疾病之间存在关联。欧洲疾控中心调查2009-2010年期间的数据后发现，超过30例疾病的爆发与受污染的公共供水系统有关。为了对抗有害微生物，许多供水公司在处理水的过程中添加了少量氯气。但也有科学家认为这会引起包括膀胱癌和基因缺陷在内的若干健康问题，这一现象已逐渐引起人们的关注。

解决之道

雷诺兹认为上述措施是治标不治本。他表示，人们真正需要做的是反思运输水的模式：“我们弄脏了水，排进下水道，然后在庞大的污水管网里兜一大圈才能到达污水处理站进行处理，如此循环，代价极大！”

如果每一个家庭都能够就近回收、处理废水，使之达到饮用标准，就能够有效减少水运输的成本并降低供水管道泄漏带来的健康风险。而且，对水网络未覆盖的地方，例如偏远的山区甚至国际空间站，这一方案尤其有价值。这种方案依赖各种各样的微型水净化系统，包括集雨桶中用于筛除污染物的滤沙器、用阳光分解污染物的太阳能屋顶净化器以及内壁布满可杀死微生物的纳米级银粒子的净水器等。

但是这些系统往往是小规模的，只能提供家庭部分用水量。雷诺兹正在尝试研发稍大规模的水净化系统。他从大学校园的一个池塘里取水，用一系列过滤器和薄膜去除水中的杂质。同时加入少量的盐溶液，通过电解释放出羟基自由基、氯离子以及其他相关物质作为消毒剂。关闭电流后，作为消毒剂的离子会渐渐转化为盐溶液，避免产生污染环境的残余物。雷诺兹的试验表明，如果水中常见致病菌的浓度低于卫生标准，电解处理过程只需10-20秒就可完成净化。净化池塘水的原理也适用于家庭废水的处理。雷诺兹认为人们完全可以运用这一原理处理厕所或洗涤槽中排出的污水。

这几年，雷诺兹一直在他的花棚内试验一个更大的水净化系统，这个系统预计每小时生产3000升水，可以满足1500人的最基本需求。雷诺兹还和英国普茨茅斯大学合作研发了一个卡车大小的净化系统，一个小时可处理约2万升的污水。罗马尼亚正在试用该系统，向过去依靠水井但如今已被严重污染的地区供水。值得注意的是，处理污水过程中提取出的副产品富含氮，可作农业肥料。

雷诺兹认为，即使这类小型水处理系统的开发还处在初级阶段，但维护现有公共污水管网的费用迟早会迫使公众反思。他指出：“传统的供水网络无法解决所有问题，小型、微型水处理系统将被大规模应用。”

除了雷诺兹以外，其他许多研究人员也在研究家庭水净化系统。德国慕尼黑工业大学的水资源研究员研发了一个净化系统，可以安装在建筑物的水管中。这一系统的工作原理是利用强氧化剂和紫外线分解污染物并使用过滤膜净化废水，生产达到饮用标准的水。美国一家公司也推出了一系列水净化产品，例如可以利用阳光对污染物进行无害化处理的“太阳能袋”，以及适合在无阳光地方使用的发光二极管水净化系统。美国和澳大利亚的多家大公司也正在开发水净化系统，它们使用覆盖着一层有益微生物的过滤膜“过滤”含有有害物质的废水。美国加利福尼亚州研究员克雷格·文特尔研发的水处理系统利用微生物进行处理污水，同时还能产生肥料和电力。

转变排水系统——废水净化重复利用

一些发达国家的大型污水处理机构已开始使用含有可分解有机物质的“微生物活性污泥”来净化污水。但若有氧气存在时，大肠杆菌等细菌也会生长。所以这一方法必须结合其他过程一并进行，如反渗透处理或大规模的氯化作用。由于此类技术成本昂贵，因而目前在发展中国家很难推广。

然而，美国得克萨斯州大学的研究员安娜和她的同事培养出了可用于废水处理的厌氧微生物，即可在无氧状态下生长的微生物。这些微生物分解水中的有机物质的本领优于目前使用的好氧微生物（需要氧气才能生存的微生物）。同时，这些厌氧微生物会借助周围金属表面的电子进行“呼吸”，产生电流。采用这一技术，就可以在为家庭提供日常用水的同时提供用电，一举两得。这一可持续且易维护的解决方法也适用于缺少水处理基础设施的发展中国家。

2015年，安娜获得了500万美元的资助基金，用于继续研究该系统以生产达到饮用标准的水。很值得一提的是，安娜所采用的水处理设备仅有咖啡杯大小。

最近，安娜团队将完善呈现整个系统，目的在于证明该系统的可行性，希望以此改变公众的传统观念。公众的看法对此类“从厕所到水龙头”工程能否成功有着重要影响。安娜说：“其实，我还有被称为‘从淋浴喷头到花盆的方案。”安娜认为，对于浇花、擦地板等类似用途用水来说的，只须将污水经过初步处理即可，而不必按照饮用水的标准严格净化，这能减少不必要的浪费。

安娜同时认为，这种小型水循环系统理论上能满足所有人的需求，但它恐怕仍无法完全代替现有的公共供水网络。在每个家庭或建筑物管理者各自生产自己所需的饮用水时，可是那些居无定所或贫穷的弱势群体可能因无法获得或维护自己的供水系统而成为供水盲点，无法使用到干净的水。因此，安娜认为在向非公共网络供水方案的转变过程中，同时需要严格的管理和法律保障。好消息是，关于由家庭负责自己的过滤和管道系统这种转变，从私人水处理系统中获取用水的1600万个美国家庭将为我们提供很多值得借鉴之处。