十二月的一個陽光明媚的日子，我參觀了位於聖地亞哥北部山丘中一座閃閃發光的、無菌的水處理廠。這座超大型化學實驗室被一個難看的奶油色屋頂遮蔽，但沒有牆壁，其內部運作在溫暖的冬日陽光下熠熠生輝。從每個角度都可以看到一排排銀色的管道和各種形狀和大小的罐子，以及巨大的灰色金屬大桶，裡面裝滿了看不見的液體。當我參觀完這座小型工廠即將結束時，我面臨著一個挑戰：透過目視識別擺在我面前桌子上均勻間隔的三個大玻璃瓶的內容物，這些瓶子裡裝滿了透明液體。第一個瓶子似乎略帶黃色。第二個瓶子是無色的。第三個瓶子具有切割精美的鑽石般的光彩。
我輕鬆地完成了我的任務，按順序識別了內容物，分別是普通自來水、傳統處理廠的再生廢水和現場生產的高度淨化的馬桶水。讓我驚訝的不僅是我對飲用處理後的汙水的強烈渴望，還有我無法做到這一點。“我們不允許品嚐它，也不允許訪客品嚐它，”我的導遊，也是聖地亞哥市公共事業部副主任馬爾西·A·施泰雷爾嚴肅地說，該部門負責運營這家工廠。
這種情況可能很快就會改變。施泰雷爾負責監督的一個為期六年的試點專案於2013年在這家先進水淨化設施（AWPF）完成，該專案表明，來自住宅建築的淨化汙水不僅比現有的飲用水更清潔，而且其生產成本也低於其他淡水生產方案，如海水淡化。對於聖地亞哥來說，如果州監管機構批准，這個過程可能是革命性的。
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聖地亞哥多達 90% 的用水從東部的科羅拉多河和北部的薩克拉門託-聖華金河三角洲進口。但這兩個水源都正在枯竭。進口水的價格將在未來十年內翻一番。透過轉化廢水，聖地亞哥可以滿足其每日 40% 的用水需求。這將結束該市將處理不當的廢水傾倒入海洋的做法。
但讓我們面對現實，並非每個人都想喝一口處理過的汙水。這種“噁心感”在 1990 年代後期扼殺了一項在聖地亞哥啟動類似計劃的嘗試，2004 年的一項民意調查發現，仍有 63% 的居民反對重複利用的想法。澳大利亞的許多提案也遭遇了同樣的命運，遭到直言不諱的公民團體的否決。勞倫斯·瓊斯曾創立了一個澳大利亞團體“公民反對飲用汙水”，他質疑來自醫院、工業、家庭和屠宰場的汙水是否能夠完全淨化。“我們知道的是，汙水是 100% 被汙染的，”他說。
然而，隨著乾旱加劇和沿海社群的擴張，聖地亞哥的態度發生了驚人的轉變。現在，近四分之三的人口贊成處理過的馬桶水，但有一個條件：經過淨化後的廢水將被送回水庫，在那裡可以高度稀釋，然後再進一步處理，然後輸送到家中。
這個過程被稱為間接飲用水回用。目前作為這種方法試驗點的 AWPF 工廠的運營者希望採取額外的步驟：將廢水處理到高純度水平，並直接輸送到自來水龍頭——這被稱為直接飲用水回用。然而，對於許多居民來說，最後一步走得太遠了。“將水放回水庫似乎更可口，”聖地亞哥海岸守護者協會的執行董事梅根·貝倫斯說，該非營利組織在說服市政府啟動該專案方面發揮了關鍵作用。
哪個過程勝出將決定加利福尼亞州監管機構將允許聖地亞哥和該州其他地區做什麼。如果直接回用在這裡獲得批准，而這裡的環境法規出了名的嚴格，專家表示，這個過程將很快推廣到世界各地其他受乾旱影響的社群。“加利福尼亞州傾向於影響全球環境決策，”亞利桑那大學的國際水務專家肖恩·斯奈德說，“它在廢水處理方面也會這樣做。”
越清潔越好
所有人的目光都集中在聖地亞哥的試點設施上。目前，該工廠每天生產一百萬加侖的水。儘管水被淨化到飲用標準，但它被送到附近的托里松高爾夫球場和墓地進行灌溉。施泰雷爾希望在未來五到十年內將產能擴大到目前的 10 倍。預設計劃是將處理後的水釋放到當地的聖維森特水庫進行稀釋，之後處理水和水庫水的混合物將被消毒並送到家中。計劃 B——如果監管機構允許的話——將是直接方法。
然而，僅靠監管不足以獲得公眾的認可。公用事業公司必須讓消費者克服“噁心感”。至關重要的是，它必須說服人們水是乾淨的。已有 4000 多名參觀者參觀了該工廠，其中包括母親、女童子軍、醫生和民選官員。他們中的許多人質疑飲用曾經是原汙水的水的安全性。這不是一個小問題。每年，有 1900 萬美國人因病毒、細菌和寄生蟲而生病，其中 900 人因此死亡，這些病毒、細菌和寄生蟲存在於經過大多數城市使用的常規處理的水中。
贏得人心的一種方法是確保最終的水比當前的水源更純淨。在參觀過程中，參觀者瞭解到，具有諷刺意味的是，淨化後的廢水比他們現在的自來水乾淨得多。這是因為我們大多數人都在飲用“下游水”——為我們提供自來水的河流或湖泊同時也是來自標準汙水處理廠的水的排放點，這些汙水不夠乾淨，不能飲用。“密西西比河中的水在到達新奧爾良之前已經被使用了五次，”加州大學戴維斯分校的國際水務專家喬治·喬巴諾格洛斯解釋說。然而，人們期望來自廢水的自來水要比普通市政供水達到更高的標準。
施泰雷爾說，聖地亞哥淨化後的廢水確實“比來自典型飲用水處理廠的水乾淨得多”。此外，加州大學伯克利分校的工程學教授大衛·塞德拉克說，將此類工廠的水儲存在水庫或蓄水層中也存在自身風險。例如，鴨子和其他動物會將汙物帶入水庫，砷會從岩石中滲入地下水。“有些人認為我們應該透過直接取水來降低這種風險，”他解釋說。
美國飲用水的傳統處理通常經過兩到三個步驟去除懸浮固體，然後使用氯進行消毒。將氣味難聞的汙水轉化為純淨的自來水需要不同的工程技術。AWPF 工廠採用北城水回收廠處理過的汙水，並增加更高水平的淨化措施對其進行“淨化”。
AWPF 的第一步是微濾，它發生在類似於巨型義大利麵鼓的大型管道中[見第 72 頁和 73 頁的方框]。特魯塞爾技術公司總裁兼該專案工程主管肖恩·特魯塞爾告訴我，每個鼓包含 9000 根這種義大利麵狀纖維，每根纖維上都佈滿了微小的孔，其寬度是人頭髮的 300 分之一。當水被強制透過管道時，纖維會濾除病毒、細菌、原生動物和懸浮固體。
接下來，水在高壓下透過具有更小纖維的管道，這個過程稱為反滲透。這一步可以去除任何殘留的溶解顆粒，小至細菌的 10000 分之一，包括化學物質、病毒和藥物。最後一步，AWPF 的水進入高階氧化階段，在那裡它在巨大的大桶中與微量的濃縮過氧化氫混合，然後暴露在紫外線下。這個階段可以消除任何殘留的汙染物，即使濃度為萬億分之一，相當於幾百個奧運會游泳池中的一滴。
每天進入工廠的一百萬加侖廢水中，有 80% 通過了最終批准——其純度與優質瓶裝品牌一樣。如果工廠獲得間接回用許可證，就可以將其輸送到聖維森特水庫。就目前而言，水進入了州政府的紫色管道，這些管道在某些道路旁可見，為該地區提供用於灌溉和工業的再生水。剩餘的 20% 被送到當地的汙水處理廠進行處理。特魯塞爾說，在淨化後的水中經常出現的物質包括咖啡因、洗手液和人造甜味劑，但它們的劑量非常小，以至於無害。最終產品的鹽含量也極低——百萬分之 20 (ppm)，而該市進口水的鹽含量為 600 ppm。
今年 4 月，特魯塞爾和他的工程師團隊又增加了一個步驟，使水更加清澈和清潔。淨化後的水將暴露於臭氧中，這將使微生物的去除率提高到 99.9999%。然後，水將透過專門的過濾器，旨在進一步減少任何有機物含量。如果成功，這一項新增就足以說服監管機構，無需將處理後的水送往水庫。“我們永遠不能說我們已經從水中去除了每一種病原體，”特魯塞爾說。然而，水質將遠遠超過所有州和聯邦飲用水標準；事實上，在最近新增這一步驟之前生產的淨化水已經達到或超過了這些標準。
[中斷]
心理優勢
然而，事實不一定能贏得人心。直接回用的倡導者需要克服心理阻力。許多人似乎願意考慮間接回用，部分原因是將水儲存在水庫或蓄水層中，在心理上將汙水作為來源和飲用水作為產品進行了重要的分離。
關於接受度的經驗可以從幾個成功實施間接水回用的社群中吸取。1990 年代後期，加利福尼亞州奧蘭治縣（位於聖地亞哥以北 90 英里處）面臨著水資源日益減少、進口成本不斷上升和人口不斷增長的問題。到 2008 年，它擁有世界上最大的設施，用於用處理後的廢水補充當地地下水以供飲用，每天處理 7000 萬加侖的廢水，相當於當地需求的 20%。加利福尼亞州的其他幾個城市也飲用用處理後的廢水補充的自來水，但程度較輕。聖何塞一座耗資 6800 萬美元的先進廢水處理廠旨在每天為矽谷供應 800 萬加侖的處理過的馬桶水，該廠計劃於 6 月開始運營；它足夠乾淨可以飲用，但目前它將僅用於灌溉農場和高爾夫球場以及當地工業。
起初——很像聖地亞哥——奧蘭治縣的居民持懷疑態度；70% 的人反對該計劃。但是，當工廠上線時，它已經獲得了整個社群的支援，這要歸功於非常有效的公關活動。領導這項工作的羅恩·維爾德穆特解釋說，該縣水務局的工作人員在接觸社群之前，已經掌握了七年的水質資料。然後，他們又花了 10 年時間與從扶輪社和園藝俱樂部到當地企業的每個人交談，解釋各種方案並邀請他們品嚐水。
這項努力為現在聖地亞哥正在發生的事情奠定了基礎。“奧蘭治縣的專案表明，間接飲用水回用既安全又可行，”施泰雷爾說。“沒有它，我們甚至不會談論直接方法。”聖地亞哥也採用了奧蘭治縣的大部分技術。它希望採用直接方法，部分原因是它沒有天然地下水盆地來儲存淨化後的水。美國和世界各地的許多城市也面臨著類似的情況，因此聖地亞哥是試驗場。
澳大利亞的經驗揭示了如何不影響公眾。新南威爾士大學（悉尼）的水資源管理專家斯圖爾特·汗說，進展“令人失望”。一些省份已完全禁止飲用再生水，布里斯班和墨爾本等城市（容易發生長期、零星乾旱）的水回用計劃在公眾的反對下已經崩潰。汗認為，政府所犯的錯誤是在完全錯誤的時間推動公眾接受。“我們已經認識到等到情況危急才行動的愚蠢之處，”他感嘆道，這意味著人們感到被迫接受他們不舒服的事情。
汗說，最好儘早開始對話，並補充說，現在可能是再次在澳大利亞嘗試的好時機，因為供水已經有所反彈，為與公眾討論提供了一些時間。一個設施已經成熟，可以進行改造。西部走廊再生水專案於 2006 年在乾旱時期的高峰期啟動，是一個耗資 23 億美元的系統，最初是為了向工業、農業和飲用提供再生水而開發的。該計劃是將水輸送到威文霍大壩，這是布里斯班及其周邊地區大部分自來水的來源。該系統收集來自六個汙水處理廠的廢水，並將其送到三個淨化廠進行高階處理。
然而，隨著該系統在 2008 年至 2010 年間上線，乾旱結束了，飲用該水的計劃被擱置，直到蓄水量降至容量的 40% 以下。再生水現在僅用於當地工業過程。汗是許多澳大利亞水務專家之一，他們認為應該將其中一座先進處理廠改造成直接回用設施，這可以滿足布里斯班約 35% 的供水需求。
如果昆士蘭州政府選擇這項計劃，它將建立南半球最大的直接飲用水回用設施。這一次說服政治家和公眾可能會更容易，但他們除了時間之外還需要資訊來考慮各種方案——就像在奧蘭治縣一樣。
官員們可能會受到美國水回用研究基金會去年釋出的研究報告的啟發。在一項研究中，該基金會的研究人員向一組性別、年齡和教育程度各異的加利福尼亞人和澳大利亞人展示了四種自來水來源方案。第一種方案代表了目前的做法，顯示飲用水來自一條河流，該河流也是處理後汙水的排放點。第二種方案顯示，淨化後的汙水透過設施進一步淨化，然後在水庫中混合，然後再送到飲用水廠進行額外處理。在第三個例子中，淨化後的水直接送回河流，在那裡混合後再送去處理。在最後一個方案——直接回用——中，淨化後的水直接送到城市居民家中，繞過了水庫和額外的處理廠。研究參與者，無論性別或教育程度如何，都認為直接回用是最安全的方案，而目前的做法是最不安全的。
需求催生髮明
證明完全缺乏其他水源是另一種說服公眾的方式。這就是在奈米比亞取得成功的原因，奈米比亞是世界上唯一一個大規模供應直接再生水的地區。早在 1957 年，嚴重的乾旱在短短八週內耗盡了溫得和克市的地下水供應。該市位於內陸約 190 英里處，距離最近的長流水河 500 英里，該社群沒有其他可靠的水源。到 1968 年，該市擁有了一個全面執行的直接回用設施。如今，溫得和克市 25% 的自來水來自處理過的汙水。
溫得和克面臨的公眾挑戰比聖地亞哥少。首先，“那時沒有激進主義，”負責監督該設施的彼得勒斯·杜·皮薩尼說。“公民可能有點警惕，但他們接受了這一決定的必要性。”他指出，在 1960 年代後期，“人們對科學和官方機構非常信任。”儘管如此，該市還是通知了當地居民並邀請他們品嚐水。“現在，對我們來說，”杜·皮薩尼說，“飲用再生水只是一種公認的做法。”
然而，奈米比亞的系統今天在其他地方永遠行不通。儘管它使用了多個處理步驟，但它不包括反滲透，反滲透是聖地亞哥專案和奧蘭治縣等其他專案的關鍵。奈米比亞官員表示，水是安全的，並且符合世界衛生組織制定的標準。
位於內陸的溫得和克無法輕易處理反滲透產生的大量廢鹽水。杜·皮薩尼說，在 1960 年代，“廢水中的人造化學物質較少”。“我們主要關注的是肥皂和起泡劑。”省略這一步驟的一個缺點是飲用水的總溶解固體含量很高，這使其味道略帶鹹味。
杜·皮薩尼說，溫得和克可能會在 2020 年之前增加小規模反滲透，以降低鹹味。他補充說，世界各地的飲用水標準正在迅速變化，即使在奈米比亞也是如此，並指出溫得和克的方法不再是最合適的。廢鹽水量以及反滲透所需的大量能源可能會使直接飲用水回用對其他社群來說成本過高。具有諷刺意味的是，人們正在開發新的處理方法，可以減少整個過程中產生的廢鹽水和總體廢物量。間接回用和海水淡化都可以使用反滲透。因此，直接回用通常比這些方案更節能，因為這些方案需要額外的管道和能源來推動水透過它們。
隨著乾旱在美國蔓延，一些社群不得不面對與溫得和克類似的命運。德克薩斯州的大泉城年復一年降雨量很少。新墨西哥州的克勞德克羅夫特是一個小型山區社群，週末和節假日人口增加一倍以上，長期以來一直在長途運輸水。在過去一年中，這兩個城鎮都已開始淨化廢水以補充其飲用水。這兩個社群都沒有合適的水庫或蓄水層來長期儲存處理後的水。相反，在克勞德克羅夫特，淨化後的廢水與從當地水井或泉水中取出的水混合，並臨時儲存在蓄水池中，然後再進行處理並輸送到人們的家中。在大泉城，淨化後的廢水與來自遙遠的區域水庫的水混合，然後對混合物進行處理。這些方法無法分類；有些人說它們是直接回用，另一些人則稱它們為間接回用。
成功的滋味
聖地亞哥尚未陷入如此可怕的境地，這導致一些專家表示，該市應考慮其他解決方案。水務部門負責人兼太平洋研究所所長彼得·格萊克雖然“非常讚賞這個概念”，但他認為直接回用在加利福尼亞州實現還需要幾十年。“沒有使用再生水的緊迫感，”他說。格萊克認為，加利福尼亞州應該將重點放在節約用水上，無論是在城市還是在農業生產中，農業生產佔該州用水量的 80%。但貝倫斯認為，聖地亞哥人已經非常注意他們如何用水：“我們不會在淋浴中待太久，而且我們只在清晨和傍晚涼爽的時候給植物澆水。”施泰雷爾補充說，節約用水的部分問題在於它通常是自願的，因此很難依靠它進行規劃。
為廢水技術做好準備可能是明智之舉。新加坡於 2000 年開設了第一家新生水廠。現在它擁有四家這樣的工廠，這些工廠以生產地球上最純淨的廢水而聞名。只有不到 5% 左右的這種水用於飲用，而且它首先與當地水庫中的水混合。其餘的用於工業。然而，如果與鄰國馬來西亞（新加坡 40% 的用水來自馬來西亞）的關係惡化，新加坡可能會將更多的新生水供應輸送到該市的自來水龍頭。
一些社群可能會擔心淨化廢水的成本可能很高。對聖地亞哥的研究表明，在一家日處理量為 1500 萬加侖的工廠進行間接回用處理，每英畝英尺清潔水的成本約為 2000 美元，大致與該市現在進口水的成本相同。對以 AWPF 先進水平執行的直接使用處理廠的研究表明，每英畝英尺的成本為 700 美元至 1200 美元。卡爾斯巴德附近正在建設的波塞冬海水淡化廠的運營商估計，每英畝英尺的成本為 1876 美元至 2097 美元，儘管加利福尼亞州海水淡化的獨立估計為 2000 美元至 3000 美元或更高。
無論 AWPF 工廠是否獲得直接或間接回用的綠燈，這對聖地亞哥來說都是一場勝利，因為它將成為可靠的當地水源，它將減少傾倒入海的廢物，並且它將避免數十億美元的升級汙水處理廠的費用。在此之前，經過淨化（但未淨化）的水將繼續在通往工業區的道路旁的紫色管道中流動。管道上清楚地標有“請勿飲用”的標誌。
該市有機會在重新思考我們如何看待和使用廢水方面引領世界。“水是一種可回收的資源，而不是廢物來源，”喬巴諾格洛斯說。一旦意識到這一點，“市政當局將像私人企業家一樣，嘗試回收它。”加利福尼亞州可能需要十年時間才能制定允許直接回用的法律，聖地亞哥才能將優質產品直接輸送到自來水龍頭。“我們很想喝這種水，也希望人們品嚐它，”施泰雷爾說，他期待著最終能喝上一杯。