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污水能夠拯救中國的城市和環境

2019-01-14
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用來處理廢水的充氣池

中國是全球城市化速度最快的經濟體,如今擁有15個人口1000萬以上的城市地區。這些欣欣向榮的超級城市每年約產生3000萬噸有機污物,其中僅約1/5得到了適當處理。由於中國大部分下水道屬於“混合下水道”,同時收集輸送生活、商業和工業廢水,因此這些城市污物成為重金屬、細菌和殺蟲劑的有毒混合物。

未經處理的污水流入河流和湖泊等地表水,並滲入地下水,從而導致大規模的水污染問題。目前,中國29%的水體被認為不適合人類接觸。更糟糕的是,污染加劇了困擾中國(尤其是乾旱的北方)數個世紀的水資源稀缺問題。中國有全球20%的人口,卻只擁有7%的淡水資源,這導致從遼寧到北京的城市陷入困境。

污染和資源短缺的致命結合如今威脅着中國城市的未來。

在意識到這一嚴峻情況後,習近平主席將水資源和污水作為2018年中國污染防治攻堅戰的主要任務。

中國目前的污水處理系統能耗高、效率低,這加劇了該國的水污染和短缺危機。通過採用三種成熟技術和方法——水循環、厭氧消化和甲烷捕捉/利用,污水處理廠可以降低能源的消耗、污染和中國城市的水需求量。

因為這些技術目前正在美國和中國探索試驗,污水可以成為兩國亟需的合作與交流的重點。

增進水資源安全

污水被處理後可立刻循環,即一旦被處理乾淨就可以立刻輸送回給消費者使用。這使城市可以更少依賴不可預測的降水和不斷減少的地下水資源。大規模實行水循環將極大增進一個地區的水資源安全。不過,無論美國還是中國都做得不夠。

安全處理技術已經得到驗證,但暗指“喝污水”的媒體煽動性報道卻引發恐懼(這也可以理解),並導致公眾抵制。事實上,這種論調導致澳大利亞一個小鎮的居民對處理並再利用污水的想法十分恐懼,以至於他們投票禁止這一做法,雖然他們水庫的水位已處於危險的低位。但在新加坡這樣的城市,這一技術已經使用多年,政府將瓶裝循環水分發給口渴的音樂會觀眾。缺水的得克薩斯州埃爾帕索也實行了水循環利用。

北京自2003年以來就立法要求水循環,但執行情況令人擔憂。全中國僅有4%的污水實現了循環利用,這使處理過的污水成為這個缺水國家重要的未開發淡水來源。

減少溫室氣體排放並節約能源

在被沖排後,混合的“用過的”水和污物被管道輸送到污水處理廠。在處理廠,污水要經過多個階段的凈化過程。但很多城市也僅止於此,隨後它們將處理過的水排放入地表或地下水,並將分離出來的污泥運到垃圾填埋場。不過,除了標準凈化程序外,美國大約一半的中大型污水處理廠還使用一道名為厭氧消化(AD)的程序。而中國的污水處理廠目前仍很少使用AD。

在AD處理過程中,微生物會“吃掉”廢物中的有機物質。這一過程會產生甲烷,這是一種極度有害的溫室氣體,其短期溫室效應是二氧化碳的84倍。

有AD流程的污水處理廠能在甲烷進入空氣前將其捕獲,並通常存放在像紐約新城溪污水處理廠那樣的“消化蛋”中。如果沒有AD,污泥會在進入垃圾填埋場後被細菌吃掉,產生的甲烷將直接進入大氣。

污水處理部門未捕獲的甲烷佔全球甲烷總產生量的10%。由於中國的污水處理廠很少實行AD和甲烷捕獲,因此中國要對1/4的此類排放負責。

通過捕獲甲烷而非任其在垃圾填埋地釋放,中國的污水處理廠不僅能減少溫室氣體排放,幫助中國履行關鍵的巴黎協定承諾,而且還能將甲烷用於生產用途。甲烷氣體可以被轉化為低碳生物氣汽車燃料,甚至可轉化為處理過程所需的部分電力。這一技術如今在美國眾多處理廠被廣泛應用。在中國尋求建設和現代化改造其污水處理部門之際,它給美中之間的信息共享提供了顯著的機會。

減少水和土地污染

中國約80%的污泥被不當傾倒。通過使用AD處理,剩餘的沼渣(經過消毒的污泥)可被乾燥後用於土地,或進一步加工成為化肥,從而阻止污物進入垃填埋場。處理污泥並將其作為沼渣或化肥出售,正如華盛頓特區目前做的,可以幫助阻止眼下中國非常猖獗的污泥傾倒,並減少目前直接排放到該國地表水體的未處理污水。最後,沼渣還能用於中國的“海綿城市倡議”,即嘗試減少暴風雨期間的地表水體泛濫。在綠色城市地區使用類似土壤的物質將減少雨水泛濫,這種泛濫加劇了中國的混合下水道問題。

生態文明

改造中國的污水處理部門還提供了緊張時期中美合作的機會。環境問題過去就曾被用作雙邊外交工具,包括2009年奧巴馬總統和胡錦濤主席的清潔能源和氣候變化協議,以及全球甲烷行動倡議,該倡議試圖創設公私合作,降低中國和其他發展中國家的污水、垃圾填埋場和農業活動的甲烷排放。污水也可以同樣作為合作和信息共享的工具。

可能的機會包括中國和美國污水處理廠的合作,以及學習考察。中國處理廠的經營者可以藉此學習美國的監管規定,考察支持水循環和AD工廠的市場。得益於有關中國污泥轉能源技術經濟機會的研究越來越多,美國企業投資污水技術的機會也在擴大。最後,污水技術發展應當通過聯合研究項目來推動,例如勞倫斯伯克利國家實驗室的中國能源中心,這是一個與中國合作夥伴一起進行的充滿活力的水能研究項目。類似倡議有着多重好處,不僅將增進中國的水資源安全,還將提供一個着手重建美中關係的更少爭議的平台。

通過與美國合作實施厭氧消化、甲烷捕獲、沼渣和水循環,中國可以將其污水和污泥轉化為有價值的資源。如果習近平的最終目標是青山綠水,他就應該從中國的污水中尋求解決方案。