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Valuing Water 发现水的价值——写在2021世界水日
更新时间:2021-03-23 来源: IWA国际水协会 作者:王丹

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2021年世界水日的主题是Valuing Water。据世界银行统计,全球每年因供水和卫生服务不足而造成的经济损失高达2500亿美元;每年有67.5万人因水质差、环境卫生差和个人卫生差而过早死亡,在一些国家造成的损失高达国内生产总值的7%。在过去很长时间里,一些水管理者认为当地的水资源状况和需求状况在长期上将保持相对稳定。如果他们设计的水系统能满足当前的需求条件,它也将能基本满足未来的用水需求。然而,全球气候变化正在打破预期的均衡,让之前的假定很多将不再成立。如果我们不采取任何行动,可用的水资源很可能将被人类以一种不可持续的方式耗尽,而因水引发的危机将把很多国家推向贫穷、动荡的深渊。

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人口快速增长导致用水需求不断上升,加上气候变化、极端天气带来的洪水和干旱等极端气候事件考验着许多供水系统的韧性,暴露了那些依照传统思路打造的水系统的不足。水危机在促使人们改变传统的水资源治理观念。我们需要践行循环经济和可持续发展的理念,借助创新技术和管理模式,发现并珍视不同形式水所蕴含的价值。

非传统水资源的开发利用

地球有71%的面积被海洋覆盖,海水在全球水资源总量中的占比高达97.5%。在常规淡水资源受限的情况下,如何用好海水成为了很多缺水国家保障供水安全的关键。2006年澳大利亚在珀斯建成了全国第一座大型海水淡化厂,目前全澳有30多座海淡厂。能耗是海水淡化的最大成本单元,为了实现可持续发展,澳大利亚的很多海淡厂都采用风能和太阳能供能,其中维多利亚州的海淡厂更是实现了100%利用可再生能源。海水同样在为干旱缺水的中东“止渴”。红海和波斯湾地区的海水盐度很高,并且由于处于产油地区经常含有油脂类污染物。针对这种状况,沙特阿拉伯的Al Khafji海水淡化厂采用了DAF溶气气浮+UF超滤作为预处理以去除初始进水中的油脂等固体污染物,并为该地区专门研发了耐盐、抗污堵的新型纳米反渗透膜,保证了高品质的出水;水厂还有配有能量回收和太阳能光伏发电系统,满足了运营所需的全部能耗需求。

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污水资源化

除了海水,污水的价值也正在被重新认识。我们的城市每天都会产生大量的生活污水和工业废水。在过去很长时间里,污水厂被放置于城市水系统的末端,被动地接收污染物,然后以能耗换水质的方式处理污水。但是污水中实际蕴藏着大量的潜在资源。污水中能回收清洁水、热能、电能、氮磷等营养物质以及其他高附加值材料。比利时根特大学的Willy Verstraete教授就曾算过一笔帐,污水厂能从每人一年产生的污水中回收价值80欧元的资源。

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美国加州橙县的GWRS项目世界上最大的再生水用于生态补给和间接用于饮用的污水回用项目。结合了微滤、反渗透和紫外线-过氧化氢的三段工艺对污水厂二级出水进行深度处理,出产的高品质再生水被回注到地下含水层,之后被用于居民的饮用水供应,解决了近90万人的用水需求。德国慕尼黑工业大学的研究团队在对再生水厂的能耗和碳排放进行研究时发现,结合了厌氧膜生物反应器(AnMBR)、部分亚硝化/厌氧氨氧化(PN/A)、耦合好氧-缺氧氮分解(CANDO)等工艺的再生水处理方案还有进一步降低能耗和温室气体排放的潜力,让污水回用变得更有市场竞争力。

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除了回用水,污水厂还能变身成为能源和资源的工厂。污水厂的剩余污泥通过热水解和厌氧消化可以生产生物沼气,为水厂供能;另一方面,经过热水解高温处理后污泥中的有害病原体被杀死,保留的氮磷等营养物质可以让污泥变身成为高效的土壤改良剂。美国DC Water就将经处理的污泥作为化肥产品推出市场,污泥的资源化和产品化使其由原来的负资产转化成为了现在的正资产。

数字化赋能

新加坡也是自然水资源严重匮乏的国家,污水回用(新生水NEWater)和海水淡化撑起了新加坡供水的大半壁江山。到2060年,新加坡预计其全国用水量将在现在的基础上再增加一倍。在构建了”四大水龙头”战略(国内集水区、新生水、海水淡化、马来西亚进口水)的基础上,新加坡又开始在水系统全面推广数字化,希望借助新型传感器、智能水泵、智能阀门等智能设备,以及人工智能、物联网、区块链等信息技术,为现有的系统赋能,不断催生创新、效率和韧性来应对未来攀升的用水需求和气候变化带来的水安全威胁。

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面对日益严峻的供水挑战,新加坡公用事业局PUB相关部门的员工每天都需要根据预估需水量、天气预报、水厂处理能力、系统波动等方面的因素来判断决定如何分配“四大水龙头”中不同水源的供应量,最大程度地在考虑运营限制条件(如故障)和控制成本的情况下对水厂负荷分配进行必要的调整,优化整个供水系统以满足新加坡全岛的用水需求。在过去,这个规划过程每天要至少要花上员工两个小时的时间。但现在,数字化系统能够快速处理当天的新数据,在“假设”场景中不断循环验证和分析,不断优化供水策略,最短只需要15分钟就可以确定当天的最佳行动方案。数字系统在2019年为PUB节省了大量资金,还减少了工作人员的工作负荷(每年减少64个工作日)。

财务的可持续

水务项目上的创新是实现水安全和可持续的重要保障。创新需要得到持续的支持才能最终为行业带来改变。没有足够的科研、资金、人才等方面的投入,就没有现在高水平的水务运营和服务,问题也不会得到解决。但是联合国的报告显示,现在全球很多地方的水务部门都未能得到足够的投资,水务项目很难通过水费完全收回成本,很多基建投资要依靠公共资金来承担。香港大学的学者曾经在2013年做过一项调查,1995年-2012年期间香港的水价一直维持在4.58港元/立方米,然而在此期间供水成本已经从1995年的4.58港元/立方米上升到了2012年的7.6港元/立方米。香港水务署的成本回收率从1995年的102%降低到了2012年的60%,收支差额在2002-2012年间累积至惊人的417亿港元,最后通过政府补贴得以渡过危机。

造成水务领域社会资本投资不足的因素有很多。其中一个原因可能在于很多投资者对水行业缺乏客观全面的了解,他们更倾向于把对水和卫生领域的项目定位为是解决社会民生问题,而不能服务经济目标,认为水务项目的回报周期太长或者甚至就不会带来经济回报,并因此容易把对该领域的投资和高风险联系在一起,出手往往比较谨慎。水和卫生领域的项目在环保、社会民生等方面的价值体现比较明显,但是在经济效益方面显然没有互联网等行业来得起效迅速,这也是为什么一些水务项目获得了一些早期投资后,却很难为后面的扩大规模获得持续的资金支持。

积土成山,非斯须之作。要扭转水领域的发展困局需要多方的协同合作来逐步扭转观念和实践。水行业是一个需要耐得住寂寞的行业,它所管理的水资源关乎公众健康以及其他重要经济部门的发展,因此它又必须要守住的底线。但要重塑水的价值,推动良性的水务投资循环,在守住底线的同时,也要不断突破局限。希望有越来越多的优秀实践案例,鼓励水务部门勇于尝试应用创新技术和管理模式,专心打磨出真正的好项目,也让更多的优秀实践案例加深投资者和用水消费者对水行业所作工作的认知了解程度和认可接受程度,树立对水务行业发展前景的信心,建立新的投资习惯和消费习惯。

珍贵的水,值得我们共同倾心守护。

相关资料

https://www.worldbank.org/en/news/press-release/2016/04/21/un-secretary-general-and-world-bank-group-president-appoint-the-members-of-the-high-level-panel-on-water

Digitalishing Water- Sharing Singapore’s Experience,

https://www.iwapublishing.com/books/9781789061864/digitalising-water-%E2%80%93-sharing-singapore%E2%80%99s-experience

https://www.chinawaterrisk.org/opinions/hong-kong-water-agenda-goals-2/

A novel concept to integrate energy recovery intopotable water reuse treatment schemes, Nils Horstmeyer, Max Weißbach,Konrad Koch and Jörg E. Drewes, Water Reuse and Desalination, 30November 2017, DOI:10.2166/wrd.2017.051

https://www.water.vic.gov.au/water-grid-and-markets/desalination/desalination-project-overview/renewable-energy-offsets

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