污水再生与资源化

唐佳情　赵佳怡　杨千禧　李彦霓　付亮　周丹丹　霍明昕

水是生命之源，尽管地球表面71%被水覆盖，但是淡水资源却十分有限，人类面临着水资源短缺与水污染严重的双重威胁。随着生态文明建设与环境可持续发展战略的提出，单纯的污水处理已经不能满足资源能源节约型社会的需求。污水再生与资源化利用已经成为发展的新趋势，通过新型水处理技术回收污水中富含的大量的碳、氮、磷等资源，同时实现污水的再生和循环利用。本文运用浅显易懂的语言科普了污水再生与资源化技术，以一滴水的视角，讲述了水滴和家人、朋友在经历生活、工业和农业的不同用途后成为污水，经过污水处理重获新生被再次利用、回收大量资源的奇妙之旅。旨在向社会科普污水资源化的理念，改变大众对污水的一般印象，呼吁大家珍惜水资源，重视水资源的再生利用。

1    水滴家族

我是一滴水，名叫“雨泽”，常伴大家的日常生活，下面给你们分享一下我的故事。我和家人经历自来水厂的混凝、沉淀、过滤、消毒之后，通过水泵站和供水管网来到千家万户，来到你们的身边。我还有两个好朋友，他们决定去工业和农业旅行。

2    水与人类生活

在水管中流动时我暗暗地想，“我们会经历怎样精彩的人生呢？”在十字路口我们一家分开了，我来到了厨房，帮助人们洗菜做饭，还被人类喝到肚子里。爸爸、妈妈和妹妹去了卫生间，帮助人们洗衣服、清洁身体、冲洗马桶。我们在被人类使用后，顺着滑梯下降，进入了不同管道。经过排水管网我们一家人在污水处理厂相遇了。此时的我们满身污垢，又脏又臭，被称为“污水”。

3    污水的危害与再生利用价值

看着自己脏兮兮、病恹恹的样子，我感到伤心难过又自卑，开始怀疑自己存在的价值，觉得未来一片黑暗。我偷偷地离开污水处理厂，想“跳河自杀”一了百了。我来到一处风景优美的小溪正要跳下去，被科学家及时救下了。科学家告诉我，我这样做很危险，会导致河流污染、水体富营养化、生物死亡、生态平衡破坏。在美国“跳河自杀”的行为是要受到严厉处罚的，清洁水法案阻止了数十亿磅污水对河流和土壤的污染。人类如果饮用了被污染的水，则可能引起急性或慢性中毒、传染病、癌症等[1]，会痛苦不堪！我在想，“这太可怕了！我不能自暴自弃，不能毁了整个生态环境。妈妈告诉过我要温柔对待世界、要善良。”

惊喜的是，科学家说，虽然我已不再晶莹剔透，但仍然浑身都是宝呢！污水处理厂就是那个可以变废为宝的地方，不仅可以让我改头换面，还可以挖掘出我更多的潜力，为人类做出更多贡献！我决定放弃“自杀”的念头，乖乖回到污水处理厂，期待一场华丽的蜕变。

4    污水处理与再生

回到污水处理厂，我结识了不少新伙伴。听它们说，我们要洗澡啦，也就是人类所说的“污水处理”。怀着忐忑的心情，我盼望着洗澡能带来焕然一新的面貌。这一天终于来了！

首先，我来到了格栅，它由一组或多组平行的小栏杆（栅条）组成，洗去了我身上的大颗粒悬浮物，如果皮、塑料等;然后进入初沉池，将小颗粒悬浮物沉降去除。经过物理师傅的清洗，完成了洗澡的第一道工序，即一级处理。去除了身体上大块的脏东西和重物，我感觉自己身轻如燕。

接下来我来到了曝气池，被交到生物师傅手中进行二级处理，洗掉隐藏在我身体中的污染物。生物师傅有一个搓澡巾非常厉害，它由各种微生物组成，在曝气供氧条件下，这些微生物将我身体中的污染物吃掉，一点一点地帮我们清理身体，人们称之为“活性污泥法”，是目前应用最为普遍的污水处理方法。有时候清理不干净，生物师傅也会叫来化学师傅帮忙，添加一些化学药剂帮我们更加高效的洗去污染物。继续往前走，我来到了二沉池，在这里我和微生物们逐渐分开，实现泥水分离，微生物们再次返回曝气池。最后，我来到了一个有氯气、臭氧或紫外线的房间，师傅们说要给我们“消毒”，杀灭病原菌[2]。

除常规洗澡之外，有些污水处理厂还为我们准备了美容的SPA，通常是各路师傅齐上阵，把我们体内积累的毒素逼出来。经过混凝沉淀、反渗透法、微滤、超滤等高级处理，实现污染物的深度去除[3]，让我们更加干净清澈。经过这一系列工序，工程师打开了大门，笑着对我们说：“你们达标了，可以走啦！”我照了下镜子，身体晶莹剔透，和原来没什么差别，听说是达到了国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准（COD≤50mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L）。

水滴家族无论身在何处，在帮助人类生活生产后都要面临洗澡的问题。只不过洗澡的流程存在一些差别。加拿大的远方亲戚说，他们那洗澡采用固定化活细胞技术，大伙可以分散就地处理回用。美国的表叔说，美国实施了清洁水法案，阻止了数十亿磅污水的“跳河自杀”，减少了河流和土壤污染。

5    再生水利用

重获新生之后，我们有了新的名字“再生水”，可噴洒道路、灌溉绿化、景观水域、冲洗车辆、冲刷厕所等;用作工业生产的冷却水、锅炉用水等;用于农田、牧场或林木灌溉等。我成为再生水后又能继续为人类做贡献了，由衷地感到欣喜和自豪！我的两个好朋友浩洋和海涛告诉我，他们经历了和我完全不同的生活，但是我们不久就会见面了！浩洋去了电镀车间，在辅助工业生产后身体被重金属、化学品和生物药剂毒害生病了，经过工业废水处理厂的医治已经痊愈，体内取出的致病物质还成为了企业生产的原料呢！海涛在分别后来到了一处风景优美的村庄，本来安静闲适好不惬意。可随着人们对化肥、农药的使用，海涛的身体里各种营养物质严重超标，得了“肥胖症”，经过特定处理和调养，现在也恢复了健康，过着闲适的田园生活，正在参与建设美丽乡村呢。好期待去体验下成为再生水后的新生活呀！

2019年，北京市的再生水用量达到了11.5亿m3/d。预计2025年，全国地级及以上的缺水城市再生水利用率将达25%以上。再生水已成为城市的第二大水源，在未来将会发挥更重要的作用[4]。当然，也有的流入人工湿地或天然水体，经过蒸发变成云雨，或经地层过滤渗入地下成为地下水。最终，经过自然界的水循环我们再次成为饮用水，与人类亲密接触[5-6]。

澳大利亚的Brisbane和Ipswich两个城市将污水深度处理后回补Wivenhoe水库，满足了当地10%的饮用水需求[7]。日本多度津町将再生水回灌地下补给地下水，经处理后作为饮用水。污水经过一系列净化过程，还可以直接作为饮用水呢！国际著名的水界明星NEWater就有这样的传奇经历，他出生于新加坡的普通家庭Used water，在新生水项目中经历了初沉池、曝气池、二沉池，有着与我们相似的经历，之后他来到一家高级培训学校，通过了超滤（UF）、反渗透（RO）两位膜处理专家的考核，通过长期的学习来修身养性，去除了身体里的胶质微粒、细菌等杂质，过滤掉了心灵中隐藏的盐类、可溶性物质等思想杂念，通过酸碱平衡、紫外线消毒（UV）考试后顺利毕业[8]，从“污水”变成了“饮用水”。经过不断学习和努力，他目前已经通过政府190项污染物指标考核，并且優于世界卫生组织和美国环境保护署的饮用水水质标准[9]。新加坡NEWater产水规模达到了53.4万m3/d，能满足30%的国民用水需求。

6    污水资源化

我们被人类使用后变成了污水，虽然经过洗澡可以获得新生，但是消耗了大量能量，投入产出不成比例，人类为我们洗澡的事也是操碎了心。我国科学家在2015年首次提出了面向未来的污水处理概念厂，核心思想是把污水作为资源进行利用[10]。在普通人眼中我们是污水，可是科学家更喜欢叫我们“资源”。污水除了可以再生回用外，污水含有丰富的碳、氮、磷等物质，也可回收利用。比如，通过添加化学药剂形成磷酸钙盐和鸟粪石，实现污水的磷回收，其产品可作为农业肥料。此外，利用厌氧发酵产生的沼气，可用于供暖、产电等。

在欧洲一吨污水里回收的水资源、有机肥、甲烷、氮、磷等物质的价值在0.41欧元左右。在我国年排放污水量按600亿吨计算，可回收的潜在资源大概有80亿立方米甲烷气、280万吨氮资源、60万吨磷资源、100万吨硫资源、570万吨有机肥、360亿吨水，潜在价值大于2500亿元人民币[10]。

7    水滴在呼唤

虽然地球表面71%被水覆盖，但淡水仅占0.5%，其中近70%的淡水封存在南极和格陵兰岛的冰层，不能被人类利用。此外，全世界每年约有4200亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米淡水[11]，发展中国家约有10亿人正在饮用被污染的水，每年造成超过48.5万例腹泻死亡[12]。水资源短缺与水污染严重的现状警醒人类：在开源节流的同时，水资源再生利用是当务之急！水是生命之源，我们水滴家族愿与人类携手，共同守护美丽的蓝色星球。请珍惜爱护我们，让我们的生命更有价值！

（本文作者：唐佳情，赵佳怡，杨千禧，李彦霓，付  亮※，周丹丹，霍明昕   工作单位：东北师范大学环境学院）

参考文献

[1] 杨敏，曲久辉.水源污染与饮用水安全[J].环境保护， 2007，1（4）： 62-64.

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

[3] 王凯军.可持续发展的新型、高效城市污水处理技术探讨[J]. 给水排水，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”. 经济信息联播，CCTV2-财经频道，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] 王兆兴.再生水作为间接饮用水的探讨[C]//2014第九届中国城镇水务发展国际研讨会.中国城市科学研究会;中国城镇供水排水协会，2014.

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

[9] 卢睿卿，杨光，宫徽，等.新加坡新生水工艺对我国生产高品质回用水的启示[J].中国给水排水，2019，35（14）： 36-40.

[10] 穆杨.探索推动污水资源化利用[N].中国环境报，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.

基金项目：国家自然科学基金面上项目（52070039），国家级大学生创新创业训练计划项目（202010200045）。