十二月的一个阳光明媚的日子，我参观了位于圣地亚哥北部山丘中一座闪闪发光的、无菌的水处理厂。这座超大型化学实验室被一个难看的奶油色屋顶遮蔽，但没有墙壁，其内部运作在温暖的冬日阳光下熠熠生辉。从每个角度都可以看到一排排银色的管道和各种形状和大小的罐子，以及巨大的灰色金属大桶，里面装满了看不见的液体。当我参观完这座小型工厂即将结束时，我面临着一个挑战：通过目视识别摆在我面前桌子上均匀间隔的三个大玻璃瓶的内容物，这些瓶子里装满了透明液体。第一个瓶子似乎略带黄色。第二个瓶子是无色的。第三个瓶子具有切割精美的钻石般的光彩。
我轻松地完成了我的任务，按顺序识别了内容物，分别是普通自来水、传统处理厂的再生废水和现场生产的高度净化的马桶水。让我惊讶的不仅是我对饮用处理后的污水的强烈渴望，还有我无法做到这一点。“我们不允许品尝它，也不允许访客品尝它，”我的导游，也是圣地亚哥市公共事业部副主任马尔西·A·施泰雷尔严肃地说，该部门负责运营这家工厂。
这种情况可能很快就会改变。施泰雷尔负责监督的一个为期六年的试点项目于2013年在这家先进水净化设施（AWPF）完成，该项目表明，来自住宅建筑的净化污水不仅比现有的饮用水更清洁，而且其生产成本也低于其他淡水生产方案，如海水淡化。对于圣地亚哥来说，如果州监管机构批准，这个过程可能是革命性的。
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圣地亚哥多达 90% 的用水从东部的科罗拉多河和北部的萨克拉门托-圣华金河三角洲进口。但这两个水源都正在枯竭。进口水的价格将在未来十年内翻一番。通过转化废水，圣地亚哥可以满足其每日 40% 的用水需求。这将结束该市将处理不当的废水倾倒入海洋的做法。
但让我们面对现实，并非每个人都想喝一口处理过的污水。这种“恶心感”在 1990 年代后期扼杀了一项在圣地亚哥启动类似计划的尝试，2004 年的一项民意调查发现，仍有 63% 的居民反对重复利用的想法。澳大利亚的许多提案也遭遇了同样的命运，遭到直言不讳的公民团体的否决。劳伦斯·琼斯曾创立了一个澳大利亚团体“公民反对饮用污水”，他质疑来自医院、工业、家庭和屠宰场的污水是否能够完全净化。“我们知道的是，污水是 100% 被污染的，”他说。
然而，随着干旱加剧和沿海社区的扩张，圣地亚哥的态度发生了惊人的转变。现在，近四分之三的人口赞成处理过的马桶水，但有一个条件：经过净化后的废水将被送回水库，在那里可以高度稀释，然后再进一步处理，然后输送到家中。
这个过程被称为间接饮用水回用。目前作为这种方法试验点的 AWPF 工厂的运营者希望采取额外的步骤：将废水处理到高纯度水平，并直接输送到自来水龙头——这被称为直接饮用水回用。然而，对于许多居民来说，最后一步走得太远了。“将水放回水库似乎更可口，”圣地亚哥海岸守护者协会的执行董事梅根·贝伦斯说，该非营利组织在说服市政府启动该项目方面发挥了关键作用。
哪个过程胜出将决定加利福尼亚州监管机构将允许圣地亚哥和该州其他地区做什么。如果直接回用在这里获得批准，而这里的环境法规出了名的严格，专家表示，这个过程将很快推广到世界各地其他受干旱影响的社区。“加利福尼亚州倾向于影响全球环境决策，”亚利桑那大学的国际水务专家肖恩·斯奈德说，“它在废水处理方面也会这样做。”
越清洁越好
所有人的目光都集中在圣地亚哥的试点设施上。目前，该工厂每天生产一百万加仑的水。尽管水被净化到饮用标准，但它被送到附近的托里松高尔夫球场和墓地进行灌溉。施泰雷尔希望在未来五到十年内将产能扩大到目前的 10 倍。默认计划是将处理后的水释放到当地的圣维森特水库进行稀释，之后处理水和水库水的混合物将被消毒并送到家中。计划 B——如果监管机构允许的话——将是直接方法。
然而，仅靠监管不足以获得公众的认可。公用事业公司必须让消费者克服“恶心感”。至关重要的是，它必须说服人们水是干净的。已有 4000 多名参观者参观了该工厂，其中包括母亲、女童子军、医生和民选官员。他们中的许多人质疑饮用曾经是原污水的水的安全性。这不是一个小问题。每年，有 1900 万美国人因病毒、细菌和寄生虫而生病，其中 900 人因此死亡，这些病毒、细菌和寄生虫存在于经过大多数城市使用的常规处理的水中。
赢得人心的一种方法是确保最终的水比当前的水源更纯净。在参观过程中，参观者了解到，具有讽刺意味的是，净化后的废水比他们现在的自来水干净得多。这是因为我们大多数人都在饮用“下游水”——为我们提供自来水的河流或湖泊同时也是来自标准污水处理厂的水的排放点，这些污水不够干净，不能饮用。“密西西比河中的水在到达新奥尔良之前已经被使用了五次，”加州大学戴维斯分校的国际水务专家乔治·乔巴诺格洛斯解释说。然而，人们期望来自废水的自来水要比普通市政供水达到更高的标准。
施泰雷尔说，圣地亚哥净化后的废水确实“比来自典型饮用水处理厂的水干净得多”。此外，加州大学伯克利分校的工程学教授大卫·塞德拉克说，将此类工厂的水储存在水库或蓄水层中也存在自身风险。例如，鸭子和其他动物会将污物带入水库，砷会从岩石中渗入地下水。“有些人认为我们应该通过直接取水来降低这种风险，”他解释说。
美国饮用水的传统处理通常经过两到三个步骤去除悬浮固体，然后使用氯进行消毒。将气味难闻的污水转化为纯净的自来水需要不同的工程技术。AWPF 工厂采用北城水回收厂处理过的污水，并增加更高水平的净化措施对其进行“净化”。
AWPF 的第一步是微滤，它发生在类似于巨型意大利面鼓的大型管道中[见第 72 页和 73 页的方框]。特鲁塞尔技术公司总裁兼该项目工程主管肖恩·特鲁塞尔告诉我，每个鼓包含 9000 根这种意大利面状纤维，每根纤维上都布满了微小的孔，其宽度是人头发的 300 分之一。当水被强制通过管道时，纤维会滤除病毒、细菌、原生动物和悬浮固体。
接下来，水在高压下通过具有更小纤维的管道，这个过程称为反渗透。这一步可以去除任何残留的溶解颗粒，小至细菌的 10000 分之一，包括化学物质、病毒和药物。最后一步，AWPF 的水进入高级氧化阶段，在那里它在巨大的大桶中与微量的浓缩过氧化氢混合，然后暴露在紫外线下。这个阶段可以消除任何残留的污染物，即使浓度为万亿分之一，相当于几百个奥运会游泳池中的一滴。
每天进入工厂的一百万加仑废水中，有 80% 通过了最终批准——其纯度与优质瓶装品牌一样。如果工厂获得间接回用许可证，就可以将其输送到圣维森特水库。就目前而言，水进入了州政府的紫色管道，这些管道在某些道路旁可见，为该地区提供用于灌溉和工业的再生水。剩余的 20% 被送到当地的污水处理厂进行处理。特鲁塞尔说，在净化后的水中经常出现的物质包括咖啡因、洗手液和人造甜味剂，但它们的剂量非常小，以至于无害。最终产品的盐含量也极低——百万分之 20 (ppm)，而该市进口水的盐含量为 600 ppm。
今年 4 月，特鲁塞尔和他的工程师团队又增加了一个步骤，使水更加清澈和清洁。净化后的水将暴露于臭氧中，这将使微生物的去除率提高到 99.9999%。然后，水将通过专门的过滤器，旨在进一步减少任何有机物含量。如果成功，这一项添加就足以说服监管机构，无需将处理后的水送往水库。“我们永远不能说我们已经从水中去除了每一种病原体，”特鲁塞尔说。然而，水质将远远超过所有州和联邦饮用水标准；事实上，在最近添加这一步骤之前生产的净化水已经达到或超过了这些标准。
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心理优势
然而，事实不一定能赢得人心。直接回用的倡导者需要克服心理阻力。许多人似乎愿意考虑间接回用，部分原因是将水储存在水库或蓄水层中，在心理上将污水作为来源和饮用水作为产品进行了重要的分离。
关于接受度的经验可以从几个成功实施间接水回用的社区中吸取。1990 年代后期，加利福尼亚州奥兰治县（位于圣地亚哥以北 90 英里处）面临着水资源日益减少、进口成本不断上升和人口不断增长的问题。到 2008 年，它拥有世界上最大的设施，用于用处理后的废水补充当地地下水以供饮用，每天处理 7000 万加仑的废水，相当于当地需求的 20%。加利福尼亚州的其他几个城市也饮用用处理后的废水补充的自来水，但程度较轻。圣何塞一座耗资 6800 万美元的先进废水处理厂旨在每天为硅谷供应 800 万加仑的处理过的马桶水，该厂计划于 6 月开始运营；它足够干净可以饮用，但目前它将仅用于灌溉农场和高尔夫球场以及当地工业。
起初——很像圣地亚哥——奥兰治县的居民持怀疑态度；70% 的人反对该计划。但是，当工厂上线时，它已经获得了整个社区的支持，这要归功于非常有效的公关活动。领导这项工作的罗恩·维尔德穆特解释说，该县水务局的工作人员在接触社区之前，已经掌握了七年的水质数据。然后，他们又花了 10 年时间与从扶轮社和园艺俱乐部到当地企业的每个人交谈，解释各种方案并邀请他们品尝水。
这项努力为现在圣地亚哥正在发生的事情奠定了基础。“奥兰治县的项目表明，间接饮用水回用既安全又可行，”施泰雷尔说。“没有它，我们甚至不会谈论直接方法。”圣地亚哥也采用了奥兰治县的大部分技术。它希望采用直接方法，部分原因是它没有天然地下水盆地来储存净化后的水。美国和世界各地的许多城市也面临着类似的情况，因此圣地亚哥是试验场。
澳大利亚的经验揭示了如何不影响公众。新南威尔士大学（悉尼）的水资源管理专家斯图尔特·汗说，进展“令人失望”。一些省份已完全禁止饮用再生水，布里斯班和墨尔本等城市（容易发生长期、零星干旱）的水回用计划在公众的反对下已经崩溃。汗认为，政府所犯的错误是在完全错误的时间推动公众接受。“我们已经认识到等到情况危急才行动的愚蠢之处，”他感叹道，这意味着人们感到被迫接受他们不舒服的事情。
汗说，最好尽早开始对话，并补充说，现在可能是再次在澳大利亚尝试的好时机，因为供水已经有所反弹，为与公众讨论提供了一些时间。一个设施已经成熟，可以进行改造。西部走廊再生水项目于 2006 年在干旱时期的高峰期启动，是一个耗资 23 亿美元的系统，最初是为了向工业、农业和饮用提供再生水而开发的。该计划是将水输送到威文霍大坝，这是布里斯班及其周边地区大部分自来水的来源。该系统收集来自六个污水处理厂的废水，并将其送到三个净化厂进行高级处理。
然而，随着该系统在 2008 年至 2010 年间上线，干旱结束了，饮用该水的计划被搁置，直到蓄水量降至容量的 40% 以下。再生水现在仅用于当地工业过程。汗是许多澳大利亚水务专家之一，他们认为应该将其中一座先进处理厂改造成直接回用设施，这可以满足布里斯班约 35% 的供水需求。
如果昆士兰州政府选择这项计划，它将创建南半球最大的直接饮用水回用设施。这一次说服政治家和公众可能会更容易，但他们除了时间之外还需要信息来考虑各种方案——就像在奥兰治县一样。
官员们可能会受到美国水回用研究基金会去年发布的研究报告的启发。在一项研究中，该基金会的研究人员向一组性别、年龄和教育程度各异的加利福尼亚人和澳大利亚人展示了四种自来水来源方案。第一种方案代表了目前的做法，显示饮用水来自一条河流，该河流也是处理后污水的排放点。第二种方案显示，净化后的污水通过设施进一步净化，然后在水库中混合，然后再送到饮用水厂进行额外处理。在第三个例子中，净化后的水直接送回河流，在那里混合后再送去处理。在最后一个方案——直接回用——中，净化后的水直接送到城市居民家中，绕过了水库和额外的处理厂。研究参与者，无论性别或教育程度如何，都认为直接回用是最安全的方案，而目前的做法是最不安全的。
需求催生发明
证明完全缺乏其他水源是另一种说服公众的方式。这就是在纳米比亚取得成功的原因，纳米比亚是世界上唯一一个大规模供应直接再生水的地区。早在 1957 年，严重的干旱在短短八周内耗尽了温得和克市的地下水供应。该市位于内陆约 190 英里处，距离最近的长流水河 500 英里，该社区没有其他可靠的水源。到 1968 年，该市拥有了一个全面运行的直接回用设施。如今，温得和克市 25% 的自来水来自处理过的污水。
温得和克面临的公众挑战比圣地亚哥少。首先，“那时没有激进主义，”负责监督该设施的彼得勒斯·杜·皮萨尼说。“公民可能有点警惕，但他们接受了这一决定的必要性。”他指出，在 1960 年代后期，“人们对科学和官方机构非常信任。”尽管如此，该市还是通知了当地居民并邀请他们品尝水。“现在，对我们来说，”杜·皮萨尼说，“饮用再生水只是一种公认的做法。”
然而，纳米比亚的系统今天在其他地方永远行不通。尽管它使用了多个处理步骤，但它不包括反渗透，反渗透是圣地亚哥项目和奥兰治县等其他项目的关键。纳米比亚官员表示，水是安全的，并且符合世界卫生组织制定的标准。
位于内陆的温得和克无法轻易处理反渗透产生的大量废盐水。杜·皮萨尼说，在 1960 年代，“废水中的人造化学物质较少”。“我们主要关注的是肥皂和起泡剂。”省略这一步骤的一个缺点是饮用水的总溶解固体含量很高，这使其味道略带咸味。
杜·皮萨尼说，温得和克可能会在 2020 年之前增加小规模反渗透，以降低咸味。他补充说，世界各地的饮用水标准正在迅速变化，即使在纳米比亚也是如此，并指出温得和克的方法不再是最合适的。废盐水量以及反渗透所需的大量能源可能会使直接饮用水回用对其他社区来说成本过高。具有讽刺意味的是，人们正在开发新的处理方法，可以减少整个过程中产生的废盐水和总体废物量。间接回用和海水淡化都可以使用反渗透。因此，直接回用通常比这些方案更节能，因为这些方案需要额外的管道和能源来推动水通过它们。
随着干旱在美国蔓延，一些社区不得不面对与温得和克类似的命运。德克萨斯州的大泉城年复一年降雨量很少。新墨西哥州的克劳德克罗夫特是一个小型山区社区，周末和节假日人口增加一倍以上，长期以来一直在长途运输水。在过去一年中，这两个城镇都已开始净化废水以补充其饮用水。这两个社区都没有合适的水库或蓄水层来长期储存处理后的水。相反，在克劳德克罗夫特，净化后的废水与从当地水井或泉水中取出的水混合，并临时储存在蓄水池中，然后再进行处理并输送到人们的家中。在大泉城，净化后的废水与来自遥远的区域水库的水混合，然后对混合物进行处理。这些方法无法分类；有些人说它们是直接回用，另一些人则称它们为间接回用。
成功的滋味
圣地亚哥尚未陷入如此可怕的境地，这导致一些专家表示，该市应考虑其他解决方案。水务部门负责人兼太平洋研究所所长彼得·格莱克虽然“非常赞赏这个概念”，但他认为直接回用在加利福尼亚州实现还需要几十年。“没有使用再生水的紧迫感，”他说。格莱克认为，加利福尼亚州应该将重点放在节约用水上，无论是在城市还是在农业生产中，农业生产占该州用水量的 80%。但贝伦斯认为，圣地亚哥人已经非常注意他们如何用水：“我们不会在淋浴中待太久，而且我们只在清晨和傍晚凉爽的时候给植物浇水。”施泰雷尔补充说，节约用水的部分问题在于它通常是自愿的，因此很难依靠它进行规划。
为废水技术做好准备可能是明智之举。新加坡于 2000 年开设了第一家新生水厂。现在它拥有四家这样的工厂，这些工厂以生产地球上最纯净的废水而闻名。只有不到 5% 左右的这种水用于饮用，而且它首先与当地水库中的水混合。其余的用于工业。然而，如果与邻国马来西亚（新加坡 40% 的用水来自马来西亚）的关系恶化，新加坡可能会将更多的新生水供应输送到该市的自来水龙头。
一些社区可能会担心净化废水的成本可能很高。对圣地亚哥的研究表明，在一家日处理量为 1500 万加仑的工厂进行间接回用处理，每英亩英尺清洁水的成本约为 2000 美元，大致与该市现在进口水的成本相同。对以 AWPF 先进水平运行的直接使用处理厂的研究表明，每英亩英尺的成本为 700 美元至 1200 美元。卡尔斯巴德附近正在建设的波塞冬海水淡化厂的运营商估计，每英亩英尺的成本为 1876 美元至 2097 美元，尽管加利福尼亚州海水淡化的独立估计为 2000 美元至 3000 美元或更高。
无论 AWPF 工厂是否获得直接或间接回用的绿灯，这对圣地亚哥来说都是一场胜利，因为它将成为可靠的当地水源，它将减少倾倒入海的废物，并且它将避免数十亿美元的升级污水处理厂的费用。在此之前，经过净化（但未净化）的水将继续在通往工业区的道路旁的紫色管道中流动。管道上清楚地标有“请勿饮用”的标志。
该市有机会在重新思考我们如何看待和使用废水方面引领世界。“水是一种可回收的资源，而不是废物来源，”乔巴诺格洛斯说。一旦意识到这一点，“市政当局将像私人企业家一样，尝试回收它。”加利福尼亚州可能需要十年时间才能制定允许直接回用的法律，圣地亚哥才能将优质产品直接输送到自来水龙头。“我们很想喝这种水，也希望人们品尝它，”施泰雷尔说，他期待着最终能喝上一杯。