停止将水冲入下水道 [节选]

一位机械工程师解释了如何在城镇甚至家庭层面重复利用废水，从而节省水和能源

节约水和能源的方法之一是充分利用水和能源系统的废物流。有很多方法可以实现这个目标。特别地，美国每天产生300亿到400亿加仑的经处理废水。由于废水是在城市中产生的，废水处理厂就在附近。这意味着废水是一种丰富的、通常与人口中心位于同一地点的水源。而且它通常被忽视。如果这些处理过的废水被“回收”——或再次使用——它就可以成为可靠的水源。回收水通过紫色管道系统分配，以便与处理过的饮用水和污水区分开来。

废水通常被排回湖泊或河流，或者注入含水层或海洋。虽然我们的生态系统依赖于许多这些回流，但也有可能在将废水返回流域之前再次使用，例如，将废水作为冷却剂输送到发电厂。如果水不需要返回附近的河流，那么它就可以用于消耗目的，作为淡水的替代品——例如，用于灌溉作物、水力压裂或工业用途。“从马桶到水龙头”的方法比淡化微咸水或海水来生产饮用水更节省能源。由于它已经在世界各地（如新加坡、以色列和南加州）以及国际空间站上使用，因此这是一项成熟的技术。

关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章，请考虑通过订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。

对于许多市政当局来说，从经济或能源角度来看，通过其废物流来循环利用废水以将其转化为饮用水或其他用水可能更有意义。德克萨斯州奥斯汀市建立了一个广泛的紫色管道网络，将废水处理厂的处理过的废水输送到奥斯汀市中心、市区附近的一些高密度社区和得克萨斯大学，用于灌溉和冷却。这种方法是明智的，因为这些应用不需要饮用水，而且在奥斯汀购买处理过的废水比饮用水便宜得多。

最初的废水客户是当地的高尔夫球场，他们将水用于其大量的灌溉需求。此后，出现了更多的客户。废水可以在建筑物内用于非饮用目的，例如冲厕所。在这种情况下，它不是“从马桶到水龙头”，而是“从马桶到马桶”。对于有前期资金投资于紫色管道基础设施的组织（如奥斯汀市或得克萨斯大学）来说，重复利用废水是一种经济高效的选择。一般来说，重复利用项目比节水项目更昂贵，但比海水淡化更实惠。它也是一种有弹性的、抗旱的水源供应。然而，尽管有这些好处，它也存在一些财务、健康和性能风险。其中一个风险是紫色管道系统可能会意外地与饮用水系统交叉连接，这意味着不打算用于饮用的处理过的废水将被用于饮用用途。而且，回收水的收费标准通常设置在低于回收系统建设全部成本的水平，这意味着客户获得了补贴。虽然这些客户无疑从较低的成本中受益，但折扣价格使回收水系统的长期财务健康面临风险。

废水可以取代淡水的一个地方是能源生产。特别是，水力压裂是一种快速发展的技术，它使用水来提高许多地方井的生产力。在某些地区，这些用水需求正在与其他用户竞争。与此同时，水力压裂不需要饮用水，甚至不需要淡水。废水可能是一个有用的替代品，德克萨斯州的一些页岩生产商已经证明了它的用途，在德克萨斯州，水的稀缺性鼓励人们尝试替代水源。

废水也可以用于发电厂冷却。2010年，在美国1000多家发电厂中，已有46家发电厂使用回收水作为冷却塔的补充水。另外一些设施使用回收水进行冷却池、空气洗涤器，作为地热田的注入压力和锅炉给水。其中包括亚利桑那州帕洛维德的非常大的核电站，该电站使用凤凰城和附近其他城市的城市废水。虽然回收水最初于1967年在加利福尼亚州伯班克用于发电厂冷却，但在1990年之前，总共只建造了十几个这样的冷却系统。之后，使用废水进行冷却水的速度加快，反映出水资源面临的压力普遍增加。

一般来说，废水用于发电厂冷却时是安全的，尽管建议进行一些最低限度的二级处理，以进行消毒并防止设备出现问题。例如，额外的处理可用于防止结垢、腐蚀、污垢、起泡或生物生长，所有这些都会降低性能。此外，有人担心使用回收水进行冷却时，风吹起的雾气可能会到达工人或公众，可以通过将冷却塔设置在距离公众至少90米的地方或使用更高水平的消毒来减轻这种风险。

一个普遍的经验法则是，将回收水输送到25英里以内的地方用于发电厂冷却是有意义的，超过这个距离，抽水的要求就超过了好处。在水资源较少的地方，25英里的规则并不那么重要。例如，位于沙漠中的帕洛维德发电厂必须将回收水从处理厂输送几十英里到发电厂。凤凰城、格伦代尔、斯科茨代尔、坦佩、梅萨和托勒森市都为发电厂提供废水。凤凰城的废水利用重力向下移动近30英里，然后向上抽送8英里到达核设施。其他废水流动的距离更远，在某些情况下可达60英里。虽然这看起来很长，但它比从科罗拉多河输送淡水的数百英里要短得多。

帕洛维德是唯一一家使用100%回收水进行冷却的核设施。它也是唯一一家冷却系统不将水返回环境的核设施。水回收设施每天可处理9000万加仑的总流量，每年使用250亿加仑。虽然发电厂运营商愿意支付高价并且希望获得更多的废水，但他们现在面临着来自城市和其他工业用户的竞争，这些用户也想要这些水。

在其他工厂扩大这一想法，美国每天产生的数百亿加仑废水足以满足发电厂每天消耗的数十亿加仑水。实用性问题变成了距离、成本和其他权衡。例如，大型废水处理厂和大型发电厂可能彼此不靠近。或者，废水流量最高的时间可能与发电厂最需要水的时间不一致。而且，许多地区依赖于向溪流、湖泊或含水层排放废水。将这些排放物转移用于发电厂可能会剥夺这些生态系统急需的水。尽管存在这些障碍，但很明显，将回收水用于发电厂冷却仍然是一个尚未开发的机遇。虽然今天只有几十家工厂使用废水，但还有数百家可以使用。

废水还可以用于非饮用的工业过程，例如消防，或作为以蒸汽形式的热传递流体来分配热量或冷冻水来冷却。水也是滑雪胜地造雪的必要成分。较大的滑雪胜地通常使用造雪来增加可滑雪地形或延长其可运营季节。位于佛蒙特州基灵顿的一家豪华滑雪胜地，迎合那些想在距离城市半天车程内寻找大型滑雪场的波士顿人和纽约人，它将造雪作为其主要卖点。造雪系统全速运转时每小时使用超过720,000加仑的水，操作着1500台雪炮和88英里的管道，并且可以在一小时内为80英亩的土地增加一英尺的雪。基灵顿使用废水作为造雪的水源，并在其宣传材料中指出它拥有“几乎无穷无尽的水供应”。鉴于废水是持续产生的，这种说法是正确的。

尽管废水在供应和成本方面有其优势，但其使用也可能引发批评。当基灵顿在 1987 年首次宣布这项计划时，批评者为了嘲讽基灵顿，创建了一个名为“佛蒙特州卫生滑雪协会”的虚假组织来制造反对声；他们还制作了“基灵顿：富人与废水相遇的地方”的汽车保险杠贴纸。这句巧妙的口号让人想起“厕所到水龙头”的说法，其意图在于产生负面印象。而且它奏效了：我在写这本书时在达特茅斯学院河对岸结交的几位佛蒙特州人说，他们绝不会因此去基灵顿滑雪。然而，事实证明，基灵顿只是超前了几十年认识到，妥善管理稀缺资源是一件明智的事情。与建造水库或使用市政饮用水相比，使用废水还可以节省成本。造雪有利于商业发展，因为它有助于改善滑雪条件并延长滑雪季节，这两者都增加了收入。这个案例又一次证明，对资源进行周全的管理可以同时带来经济和环境效益。

有趣的是，最初的批评者之一——比尔·马雷斯，他曾是两位立法者中的一位，他们用虚假的组织和巧妙的口号来嘲讽，在 2012 年就这个噱头公开道歉。在一次采访中，他指出他和他的立法同僚觉得整个事件很有趣，但 25 年后，在人们对水资源短缺的意识日益提高的情况下，他承认：“现在笑话反过来了。基灵顿的做法远远超前于时代。”

* * *

家庭的废水也可以重复利用，有可能节省大量资源。如果房屋在建造时采用单独的管道系统来分离水流，那么来自淋浴、水槽和洗衣机的家庭灰水就可以在屋内重复使用。灰水可以用来冲洗室内的马桶或浇灌室外的花坛。由于这些用途没有必要使用饮用水（耗能最高的水形式），因此灰水通常代表着非饮用水应用的能源节约。在许多方面，我们首先用世界上最干净的水来冲洗马桶是很荒谬的，因此相比之下，这种方法似乎是明智的。经过最少的处理以去除有机成分后，它也可以再次用于洗涤。虽然灰水重复利用可以帮助避免使用最耗能的水，但如果每个人都大规模地这样做，那么下水道可能没有足够的水来有效运行。应该为这些意想不到的后果做好计划。

此外，可以通过屋顶的排水沟系统将雨水从暴雨径流中收集到雨水桶中。然后，这些水可以用于灌溉。值得注意的是，虽然雨水在落在屋顶上时可能很干净，但随后可能会吸附化学物质，使其不适合饮用。

同样重要的是要注意，如果您在家中使用灰水系统，那么最好使用可生物降解的肥皂，并避免将有毒物质倒入排水沟中，以免它们在几个小时后出现在您的植物上。国际管道规范（仅在美国的某些司法管辖区使用）允许将淋浴和浴缸中的灰水用于冲洗马桶。但是，在美国更广泛使用的统一管道规范禁止在室内使用灰水。

收集灰水不仅是一种增加供水的方法，也是一种收集热量的选择。来自水槽、淋浴和洗衣机的水在排入下水道时通常仍然很热。当废水沿着管道移动时，这些热量通常会通过管道散失到地下。但是，通过使用热回收装置，它可以用来预热进入热水器水箱的淡水，从而节省能源。

总的来说，使用灰水可以减少一些淡水的提取，并且可以节省加热、泵送和处理的能源。对于一些水资源真正稀缺的农村地区，灰水也可能被考虑作为饮用水的来源。在这些情况下，将灰水重复用于饮用水可能实际上比直接从井中获取淡水更耗能。许多农村地区从井中取水，特别是用于偏远的家庭用途或小型农场或牧场。对于这些应用，地下水通常非常干净，因此能源需求仅仅用于抽水。相比之下，将灰水重复用于饮用水需要额外的处理来去除有机成分和病原体，从而使其能量强度高于简单的抽水。在这些情况下，仅将灰水用于灌溉更有意义。但是，在已经建立了先进的水处理系统的市政区域，灰水重复利用可能很有意义。