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污水能够拯救中国的城市和环境

2019-01-14
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用来处理废水的充气池

中国是全球城市化速度最快的经济体,如今拥有15个人口1000万以上的城市地区。这些欣欣向荣的超级城市每年约产生3000万吨有机污物,其中仅约1/5得到了适当处理。由于中国大部分下水道属于“混合下水道”,同时收集输送生活、商业和工业废水,因此这些城市污物成为重金属、细菌和杀虫剂的有毒混合物。

未经处理的污水流入河流和湖泊等地表水,并渗入地下水,从而导致大规模的水污染问题。目前,中国29%的水体被认为不适合人类接触。更糟糕的是,污染加剧了困扰中国(尤其是干旱的北方)数个世纪的水资源稀缺问题。中国有全球20%的人口,却只拥有7%的淡水资源,这导致从辽宁到北京的城市陷入困境。

污染和资源短缺的致命结合如今威胁着中国城市的未来。

在意识到这一严峻情况后,习近平主席将水资源和污水作为2018年中国污染防治攻坚战的主要任务。

中国目前的污水处理系统能耗高、效率低,这加剧了该国的水污染和短缺危机。通过采用三种成熟技术和方法——水循环、厌氧消化和甲烷捕捉/利用,污水处理厂可以降低能源的消耗、污染和中国城市的水需求量。

因为这些技术目前正在美国和中国探索试验,污水可以成为两国亟需的合作与交流的重点。

增进水资源安全

污水被处理后可立刻循环,即一旦被处理干净就可以立刻输送回给消费者使用。这使城市可以更少依赖不可预测的降水和不断减少的地下水资源。大规模实行水循环将极大增进一个地区的水资源安全。不过,无论美国还是中国都做得不够。

安全处理技术已经得到验证,但暗指“喝污水”的媒体煽动性报道却引发恐惧(这也可以理解),并导致公众抵制。事实上,这种论调导致澳大利亚一个小镇的居民对处理并再利用污水的想法十分恐惧,以至于他们投票禁止这一做法,虽然他们水库的水位已处于危险的低位。但在新加坡这样的城市,这一技术已经使用多年,政府将瓶装循环水分发给口渴的音乐会观众。缺水的得克萨斯州埃尔帕索也实行了水循环利用。

北京自2003年以来就立法要求水循环,但执行情况令人担忧。全中国仅有4%的污水实现了循环利用,这使处理过的污水成为这个缺水国家重要的未开发淡水来源。

减少温室气体排放并节约能源

在被冲排后,混合的“用过的”水和污物被管道输送到污水处理厂。在处理厂,污水要经过多个阶段的净化过程。但很多城市也仅止于此,随后它们将处理过的水排放入地表或地下水,并将分离出来的污泥运到垃圾填埋场。不过,除了标准净化程序外,美国大约一半的中大型污水处理厂还使用一道名为厌氧消化(AD)的程序。而中国的污水处理厂目前仍很少使用AD。

在AD处理过程中,微生物会“吃掉”废物中的有机物质。这一过程会产生甲烷,这是一种极度有害的温室气体,其短期温室效应是二氧化碳的84倍。

有AD流程的污水处理厂能在甲烷进入空气前将其捕获,并通常存放在像纽约新城溪污水处理厂那样的“消化蛋”中。如果没有AD,污泥会在进入垃圾填埋场后被细菌吃掉,产生的甲烷将直接进入大气。

污水处理部门未捕获的甲烷占全球甲烷总产生量的10%。由于中国的污水处理厂很少实行AD和甲烷捕获,因此中国要对1/4的此类排放负责。

通过捕获甲烷而非任其在垃圾填埋地释放,中国的污水处理厂不仅能减少温室气体排放,帮助中国履行关键的巴黎协定承诺,而且还能将甲烷用于生产用途。甲烷气体可以被转化为低碳生物气汽车燃料,甚至可转化为处理过程所需的部分电力。这一技术如今在美国众多处理厂被广泛应用。在中国寻求建设和现代化改造其污水处理部门之际,它给美中之间的信息共享提供了显著的机会。

减少水和土地污染

中国约80%的污泥被不当倾倒。通过使用AD处理,剩余的沼渣(经过消毒的污泥)可被干燥后用于土地,或进一步加工成为化肥,从而阻止污物进入垃填埋场。处理污泥并将其作为沼渣或化肥出售,正如华盛顿特区目前做的,可以帮助阻止眼下中国非常猖獗的污泥倾倒,并减少目前直接排放到该国地表水体的未处理污水。最后,沼渣还能用于中国的“海绵城市倡议”,即尝试减少暴风雨期间的地表水体泛滥。在绿色城市地区使用类似土壤的物质将减少雨水泛滥,这种泛滥加剧了中国的混合下水道问题。

生态文明

改造中国的污水处理部门还提供了紧张时期中美合作的机会。环境问题过去就曾被用作双边外交工具,包括2009年奥巴马总统和胡锦涛主席的清洁能源和气候变化协议,以及全球甲烷行动倡议,该倡议试图创设公私合作,降低中国和其他发展中国家的污水、垃圾填埋场和农业活动的甲烷排放。污水也可以同样作为合作和信息共享的工具。

可能的机会包括中国和美国污水处理厂的合作,以及学习考察。中国处理厂的经营者可以借此学习美国的监管规定,考察支持水循环和AD工厂的市场。得益于有关中国污泥转能源技术经济机会的研究越来越多,美国企业投资污水技术的机会也在扩大。最后,污水技术发展应当通过联合研究项目来推动,例如劳伦斯伯克利国家实验室的中国能源中心,这是一个与中国合作伙伴一起进行的充满活力的水能研究项目。类似倡议有着多重好处,不仅将增进中国的水资源安全,还将提供一个着手重建美中关系的更少争议的平台。

通过与美国合作实施厌氧消化、甲烷捕获、沼渣和水循环,中国可以将其污水和污泥转化为有价值的资源。如果习近平的最终目标是青山绿水,他就应该从中国的污水中寻求解决方案。