只需新增微生物即可淨化飲用水

像加利福尼亞州的許多小型自來水公司一樣，帕薩迪納的陽光斜坡自來水公司也面臨著硝酸鹽汙染問題。這種化學物質是該州龐大農業產業中使用的化肥遺留物，在高濃度下與出生缺陷和癌症有關。

為了達到加州飲用水硝酸鹽標準，陽光斜坡公司不得不混合其五個水井的水，這些水井為 38,000 戶家庭供水。但當其中一口井的硝酸鹽水平達到不得不關閉的程度時，該公司不得不使用更昂貴的蓄水池，其總經理 Ken Tcheng 說。

這次經歷促使 Tcheng 尋找更便宜的解決方案。現有的過濾硝酸鹽技術被排除在外，因為它們會產生難以處理的昂貴廢物。“我們沒有經濟高效地運輸廢物的的基礎設施，”Tcheng 說。因此，他開始研究利用天然存在於土壤和水中的微生物的淨水能力的新型替代技術。

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Tcheng 轉向了一家位於舊金山灣區的名為 Microvi 的公司，該公司找到了一種獨特的方法來處理淨水微生物，以最大限度地減少廢物，並且如果其技術能夠擴大規模，則可能降低小型企業和硝酸鹽汙染最為嚴重的加州弱勢社群的成本。“如果它能起作用，那將是魔杖，”加州大學戴維斯分校的環保工程師 Jeannie Darby 說，她沒有參與該公司的業務。

珍珠奶茶

從飲用水中去除硝酸鹽的行業標準是一種稱為離子交換的過程，其中水流經一種特殊樹脂，該樹脂旨在吸引硝酸鹽。附著在樹脂上的鹽離子與水中的硝酸鹽交換，釋放鹽併產生具有嚴格（因此昂貴）處置要求的鹽水。

為了避免這種浪費和成本，一些公司最近開發了使用微生物的處理系統。這種系統是處理廢水的標準，但在淨化飲用水方面的應用是新的。儘管這些系統不產生鹽水，但它們確實會產生由消耗殆盡的微生物在繁殖和死亡時形成的汙泥。這種廢物本身必須進行管理，通常是將其送到廢水處理廠——這也可能代價高昂。

但 Microvi 表示，它已經找到了一種在利用微生物淨化飲用水的系統中防止汙泥形成的方法。它將微生物安置在由塑膠複合材料製成的透水、果凍豆大小的珠子中，這些珠子為稱為隱秘生長的過程創造了合適的條件，該過程阻止生物繁殖，但讓它們保持足夠的活力以淨化水。這些“生物催化劑”（該公司對珠子的稱呼）使微生物處於生長和死亡率相等的階段，而活微生物消化死微生物——使總人口在 5 到 10 年內保持穩定。“我們不會改變微生物。我們只是將它們置於一個我們已經發現它們將進入非生長但代謝活躍階段的環境中，”Microvi 創新總監 Ameen Razavi 說。

Microvi 的裝置看起來有點像一大桶珍珠奶茶。原水被泵入一個連續攪拌的反應器容器中，其中包含數百萬個生物催化劑珠子。每一個都裝滿了數十億個從該公司測試的數百種微生物中選出的微生物，以檢視哪種微生物最能去除汙染物。當水流過珠子時，微生物會在泵入反應器的醋酸的幫助下將硝酸鹽轉化為氮氣（無害，可以釋放到大氣中）。

嚴格的第三方測試（為該技術獲得了加州州政府的批准）發現，它將硝酸鹽降低至每升 5 毫克或更低——與離子交換處理具有競爭力，並且遠低於美國環保署每升 10 毫克的標準。非營利組織水研究基金會後來的測試證實了這些結果，並計算出在 20 年的時間裡，Microvi 系統的成本將比離子交換低約三分之一。

當生物催化劑降解且不再起作用時（預計在 5 到 10 年後），該公司將為自來水區處理它們，並且可以回收一些塑膠供將來使用，Razavi 說。其餘的可能會被填埋。Microvi 聲稱，在陽光斜坡使用其技術產生的固體廢物比其他處理方法少 10 倍；專家們正在等待觀察這些節省是否可以在更大的系統中複製。

“沒有銀彈”

到目前為止，Microvi 還調整了其技術，以去除飲用水和廢水中的氨、磷和其他幾種汙染物，但它不處理整個水處理過程。其反應器是模組化元件，旨在插入到進行從過濾到氯化的其他階段的更大設施中。

國際設計公司 Stantec 的全球廢水業務主管 Arthur Umble 表示，這種模組化比建造整個工廠成本更低，這使其對市政當局具有吸引力。

在市場佔有率方面，Microvi 的生物催化劑系統“可能在五年內實現規模化，”Umble 說，他是該公司的無償顧問。陽光斜坡的專案已經運行了兩年多，Razavi 說 Microvi 有一個更大的系統——三個 38,000 升的反應器，每天能夠共同處理 530 萬升水。該系統計劃於今年夏天開放，作為在洛杉磯郊外庫卡蒙加谷水區與其他公司合作的一個更大專案的一部分。該公司還在澳大利亞和英國設有工廠，另外兩家計劃在加州中央谷建成，該谷是該州硝酸鹽汙染的中心。

加州州水資源控制委員會的首席工程師庫爾特·索扎說，新系統“非常巧妙”。但在尋找解決硝酸鹽汙染的替代方法時，“沒有銀彈，”他說。“我們有一群[公司]在與供水系統對話。它們都有自己的優缺點，”Microvi 可能非常適合較小的供水系統或那些距離海岸太遠而無法經濟地處理鹽水的系統。

“我們最大的目標之一是改變這個國家對僅使用化學或物理過程來處理飲用水的依賴，”Razavi 說，因為這些方法會產生大量的能源和廢物足跡。

在帕薩迪納，陽光斜坡的 Tcheng 很高興能幫助扭轉局面。“我們與 Microvi 合作，以幫助將該技術推向市場，”他說。“我們是加利福尼亞州第一個獲得批准的。我們對此感到滿意。”