20世紀(jì)，污水處理領(lǐng)域出現(xiàn)了一系列新的污水處理技術(shù)以及實(shí)踐應(yīng)用，例如膜過濾工藝和高級(jí)氧化工藝。這些新工藝的出現(xiàn)，為城市污水系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)開啟了新的管理模式(Daigger，2003)，也必將大大提升水資源的可持續(xù)發(fā)展性，特別是那些能將城市水資源和廢棄物資源整合起來的新型工藝。

新工藝的誕生必將產(chǎn)生新的需求，這些需求會(huì)反過來進(jìn)一步推動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展。本文將逐一闡述和分析城市水資源環(huán)境的現(xiàn)狀、修復(fù)情況、已經(jīng)采取的具體措施，以及在當(dāng)下發(fā)展環(huán)境中技術(shù)應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)步。

變革的需求

簡(jiǎn)單來說，變革背后的主驅(qū)動(dòng)力是全球人口增長(zhǎng)以及生活需求的提升， 這二者的結(jié)合導(dǎo)致了資源的大量消耗 (包括水資源)，以致超出了我們所生活的這個(gè)星球的承受能力(Daigger, 2007b, 2008a; Wallace, 2005)。 目前，地球的總?cè)丝诼源笥?0億， 到2050年，該數(shù)字預(yù)計(jì)將達(dá)到90億。 假如生活需求也依次提升，那么全球人口的資源消耗量將達(dá)到目前地球資源總量的3倍。顯然，這個(gè)“劇情” 無法成立，也不應(yīng)成立。

我們假設(shè)地球的總?cè)丝跀?shù)很小， 比如是兩億，并且人均資源消耗量也很低，那么我們的傳統(tǒng)消費(fèi)模式—— “攝取、消費(fèi)、廢棄”——是可持續(xù)的。 然而，事實(shí)并非如此，所以我們需要 對(duì)所有資源(包括水資源)進(jìn)行循環(huán)和回收利用，并且我們還需要提高再生資源利用率。

水資源壓力

相比其他的資源而言，水資源生來就具備可再生的能力。自打這個(gè)星球有了生命的起源，大自然母親隨即開始讓水在天地之間循環(huán)往復(fù)。當(dāng)這個(gè)循環(huán)過程“入不敷出”時(shí)，水資源壓力隨即產(chǎn)生。而不合理的水資源管理方式無疑會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)一步加壓， 最明顯的例如未經(jīng)適當(dāng)處理的污水直接排入水循環(huán)圈，這將導(dǎo)致可用水總量進(jìn)一步縮減。

目前來看，水資源緊缺還只是影響了一部分人，預(yù)計(jì)到2025年，影響的范圍將擴(kuò)展到全球總?cè)藬?shù)的45% (Daigger, 2007b;WRI, 1996)。而隨著氣候變遷，這個(gè)數(shù)據(jù)還有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)。

一些針對(duì)資源回收的技術(shù)可以幫助改善這個(gè)狀況，但大部分回收技術(shù)的使用往往伴隨著對(duì)其他資源的消耗， 比如能量。在我們這個(gè)資源有限的世界里，任何一種資源的消耗增加，即使是水資源這樣的可再生資源，都必須慎之又慎。

由于城市水資源管理不善導(dǎo)致水資源壓力的另一個(gè)表現(xiàn)形式是水體中營(yíng)養(yǎng)物總量的不斷攀升，例如水體中的磷元素(Steen, 1998; Wilsenach et al., 2003)。隨著磷礦的開采，磷越來越多的被用作人工肥料。被施以磷肥的農(nóng)作物會(huì)被人類食用，而磷會(huì)作為人類新陳代謝的產(chǎn)物排入污水中， 因此，污水中的磷(包括其他營(yíng)養(yǎng)物) 開始不斷富集，不斷富集的結(jié)果將引 起水體富營(yíng)養(yǎng)化。另外，我們知道， 磷資源是不可替代的，按照目前的人類消費(fèi)速率以及磷在地球上的存儲(chǔ)量， 在100年后，我們將無磷可用。因此，水體富營(yíng)養(yǎng)化和磷資源的枯竭，這兩個(gè)原因都迫使我們必須盡快展開污水磷資源回收的行動(dòng)。

還有兩個(gè)因素需要我們考慮在內(nèi)。 第一，盡管在發(fā)達(dá)國(guó)家，水資源的相關(guān)服務(wù)已經(jīng)非常到位，但是我們不應(yīng)忘記，在地球上仍舊有大約10億人沒有享受到安全的飲用水，超過25億人 沒有足夠的衛(wèi)生設(shè)施。顯然，我們需要 更有效的城市水資源管理系統(tǒng)，我們必須滿足全人類對(duì)水資源的需求。第二， 全球的供水和污水機(jī)構(gòu)已經(jīng)很難籌集到足夠的資金來維持機(jī)構(gòu)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)， 更不用說，這些機(jī)構(gòu)還需要不斷升級(jí)改造以適應(yīng)人類不斷攀升的需求。

對(duì)可持續(xù)性的定義

城市污水處理和資源管理需要不斷尋求新的方法，其背后的驅(qū)動(dòng)因素之一是我們的城市必須維持可持續(xù)的發(fā)展。具體表現(xiàn)為：

人們需要大 量的清潔水源和合理的衛(wèi)生體系;

人們需要對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源更加合理應(yīng)用;

能源平衡;

加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)物管理;

財(cái)政穩(wěn)定的公用事業(yè)建設(shè)。

總的來說，可持續(xù)發(fā)展的需求來自于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境三方面 (Daigger and Crawford, 2005)(見表1)。經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)是為公共事業(yè)提供足夠的價(jià)值， 以確保用戶們?cè)敢庠谪?cái)政上支持那些必要的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)展。環(huán)境目標(biāo)包括從當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的供水中滿足用水需求，同時(shí)保持能源平衡，以及減少化學(xué)品消耗和營(yíng)養(yǎng)鹽排放管控。整體的社會(huì)目標(biāo)是獲得清潔的水源和合理的衛(wèi)生體系。

而挑戰(zhàn)來自于如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，以及采用哪些技術(shù)來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，如果我們明確了這些問題，那現(xiàn)在和將來， 我們都將擁有一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)。

實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)

為了實(shí)現(xiàn)上面所述的環(huán)境目標(biāo)，我們需要將現(xiàn)有的線性方法進(jìn)行改良優(yōu)化，將分散和集中的元素相結(jié)合，將水和廢棄物進(jìn)行回收，最終建立一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng) (Daigger, 2007a, 2008a,b; Daigger and Crawford,2007)，閉環(huán)系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)我們?nèi)竽繕?biāo)的潛在能力。

圖1闡述了一個(gè)城市水管理的閉環(huán)系統(tǒng)。就供水而言， 無論是民用還是商用的供水系統(tǒng)，都可以大致分為兩類， 可飲用水和不可飲用水。可飲用水指的是直接飲用的水和淋浴用水，不可飲用水指的是沖廁用水、洗衣用水、澆地用水，以及其他工業(yè)用水?？偟膩砜?，飲用水的消耗總量實(shí)際上非常小。所以，實(shí)際上目前可飲用水的供給量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消耗量。事實(shí)上，飲用水可以取自當(dāng)?shù)厮?，也可以取自其他地方的水源，只要水質(zhì)合適即可。通過對(duì)用水目的區(qū)分(飲用與非飲用)，我們認(rèn)為，用于飲用的供水體量應(yīng)該大大縮減。

根據(jù)上一段分析，我們可以得知，家庭和商業(yè)用水中的大部分都應(yīng)是非飲用水，非飲用水可以取自多種多樣的當(dāng)?shù)刭Y源，比如循環(huán)水、收集雨水等。如圖1所示，非飲用水的儲(chǔ)集是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。非飲用水可以儲(chǔ)存在城市區(qū)域地下的蓄水層，或者儲(chǔ)存在地表儲(chǔ)水設(shè)施內(nèi)。

編輯：李丹