觀點速遞：水業(yè)需“另辟蹊徑”來應(yīng)對挑戰(zhàn)

時間：2021-08-20 15:50:08 來源：水業(yè)碳中和資訊 作者：郭小媛 郝曉地

DavidSedlak教授在最近舉行的IWA數(shù)字世界水大會主題演講中分享了他對水處理新方法未來機會的看法。加州大學(xué)伯克利分校David Sedlak教授認(rèn)為，自20世紀(jì)中葉以來，人們采用了兩種截然不同的水資源管理方式。

第一種是在二戰(zhàn)后50年的消費熱期間，他將此方式稱為“硬路徑”（Hard Path）。盡管它為“經(jīng)濟大加速”提供了工業(yè)用水，但Sedlak教授也看到了我們正在為此付出巨大代價，數(shù)百萬人流離失所，很多寶貴生態(tài)系統(tǒng)處于崩潰邊緣。他認(rèn)為，到20世紀(jì)末，“硬路徑”已經(jīng)失去它昔日光彩。他還認(rèn)為，這個水資源豐富的時代為被稱之為“軟路徑”的用水方式的后來居上提供了可能，以實現(xiàn)我們更高效用水，允許城市在近年無需大興土木的情況下仍然滿足其日益增長的用水需要。

但Sedlak教授警告說，軟路徑可能已觸及天花板，水系統(tǒng)已不再具有增效空間。他說：“簡單的步驟可能對我們不再有效”。隨著全球人口增長和更加頻繁的干旱帶給城市的壓力，水資源短缺也因此已成為亟待解決的環(huán)境問題。

隨著水資源緊張的局勢加劇，Sedlak教授請人們密切關(guān)注目前公共供水與農(nóng)業(yè)、電力和制造業(yè)之間的不斷沖突。他指出“農(nóng)業(yè)部門是不會輕易放棄使用水資源的”。最近發(fā)生在鳳凰城、墨西哥城、珀斯、金奈和開普敦等地的水危機也已顯示出其影響的強度和復(fù)雜性。他表示 “單靠軟路徑可能已無法解決”。

01 另辟蹊徑

Sedlak教授看到了他所謂的“另辟蹊徑”的需要。他警告說，水務(wù)部門不再有逐漸適應(yīng)的余地。這一新路徑要求徹底改變對研發(fā)和新思路實施的討論，它將被技術(shù)催化。在他的設(shè)想中，“另辟蹊徑”將是以往方式的混合體，但與之有很大不同的是，他看到了“獲得我們以前認(rèn)為不可用的水形式”之機會。

根據(jù)他作為美國國家水創(chuàng)新聯(lián)盟（NAWI）成員的經(jīng)驗，Sedlak教授描述了另辟蹊徑的三個基本主題。

首先，是IT革命。Sedlak教授專注在線監(jiān)控設(shè)備和數(shù)據(jù)算法中“數(shù)字水”的真正潛力。他說 “從我們現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施中獲得更多數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并可能在小規(guī)模范圍內(nèi)創(chuàng)建一些自主數(shù)字系統(tǒng)”。

在提到加州研究人員時，Sedlak教授指出，利用先進天氣預(yù)報信息，取代20世紀(jì)60年代規(guī)則曲線，通過更好地平衡洪水風(fēng)險和蓄水能力，將水庫蓄水量擴大了三分之一。他說“基礎(chǔ)設(shè)施有效規(guī)模擴大，使現(xiàn)有資產(chǎn)得到更有效的利用”，同時也補充說到，在現(xiàn)有雨水基礎(chǔ)設(shè)施中也觀察到類似的結(jié)果。

對于Sedlak教授來說，這樣的初步勝利讓他嘗到了整合數(shù)據(jù)流的滋味，他預(yù)計數(shù)據(jù)流將有機會與研究人員共享，從而創(chuàng)建“活生生實驗室”。他認(rèn)為當(dāng)前的挑戰(zhàn)是實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互操作性，并認(rèn)識到嵌入式技術(shù)可以持續(xù)幾十年。“每一件設(shè)備都與來自不同計算時代的硬件和軟件進行通信”，他補充道。

Sedlak教授第二個主題是關(guān)于將海水和處理過的廢水作為水源的主流化，他提供了來自以色列、澳大利亞和南加州的實證。他說“海水淡化已經(jīng)成熟到一定程度，在水資源緊張的城市，它通常比其他來源更便宜。”他還對使用同樣脫鹽技術(shù)項目進展緩慢提出了質(zhì)疑。

他認(rèn)為，如果沒有簡單的處理方案，使用當(dāng)前零排放(ZLD)技術(shù)處理淡化鹵水可能過于昂貴，但解決這一問題的思路并不缺乏。其中，包括使用新型3D打印材料來替代ZLD濃縮器、結(jié)晶器和聚合物膜，以及提高低技術(shù)含量的鹽水管理方法之效率。Sedlak教授引用了加州大學(xué)研究人員工作作為一個例子，他們通過使用涂有吸收陽光的氧化石墨烯纖維素來全面設(shè)計植物強大蒸發(fā)、蒸騰過程。這有可能將蒸發(fā)池的大小減少兩個數(shù)量級。然而，他明確表示，盡管在循環(huán)經(jīng)濟中使用回收鹽做了很多努力，但回收鹽的處理仍然是整個過程中最薄弱的環(huán)節(jié)。

最后，Sedlak教授認(rèn)為，結(jié)合IT和模塊化水處理技術(shù)的進步，可以“實現(xiàn)小規(guī)模處理和供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)安全運行的潛力”。他說，這將實現(xiàn)更靈活的分散系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，個人可以定制治理方案。

Sedlak教授認(rèn)為這樣的選擇令人興奮，但他也承認(rèn)非電網(wǎng)和混合供水處理進展緩慢，部分原因是公共健康風(fēng)險。然而，他敦促該行業(yè)考慮能夠解決這個問題的“電氣化技術(shù)”。他強調(diào)了它們的多功能性和“無需補充化學(xué)試劑和清除處理設(shè)施中廢物”的能力，因為它們有可能根據(jù)需要在現(xiàn)場生產(chǎn)消毒劑、氧化劑、酸和堿。

認(rèn)識到這項技術(shù)的投機狀態(tài)，他熱情地強調(diào)了根特大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個項目，在該項目中，住戶“不僅可以飲用屋頂水、灰水、黑水或淺層地下水，而且還可以根據(jù)自己的需要以及他們個人的喜好調(diào)整水質(zhì)。所有這一切都得益于海水淡化成本的降低”。

02 行動倡議

獲取更多樣化水源面臨著挑戰(zhàn)。他說“我們將不得不更加關(guān)注并更加系統(tǒng)地思考我們用水對他人和下游環(huán)境的影響”�！傲肀脔鑿降牧硪粋�挑戰(zhàn)是它必須保證在將會應(yīng)用的所有不同場景都具有意義。它必須能夠在干旱和潮濕環(huán)境中工作；它必須對生活在富裕國家和貧窮國家的人均有意義；它甚至必須在城市和農(nóng)村環(huán)境中發(fā)揮作用�！�

“這是一項艱巨的任務(wù)，是一條我們即將共同踏上的不易之路，”他補充道。他認(rèn)為有必要迅速地將新舊事物結(jié)合起來。“我們必須從硬路徑和軟路徑時代吸取教訓(xùn)，并接受新技術(shù)，使之與我們的水機構(gòu)和現(xiàn)有水系統(tǒng)合作，所有這一切都發(fā)生在氣候變化和關(guān)于水系統(tǒng)應(yīng)該提供什么理念的不斷變化時期”，他說。但是，在向大會聽眾發(fā)表講話時，他對該行業(yè)能夠做出的回應(yīng)表示樂觀：“我認(rèn)為沒有哪個團體更適合接受這一挑戰(zhàn)�！�

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