編者按：根據(jù)UC Berkely大學(xué)的Sedlak教授在Clark Prize頒獎(jiǎng)會(huì)上的發(fā)言整理，蔣松竹翻譯整理。
一、前言
變革通常不為人所覺。我相信通過今天的討論后大家會(huì)同意我的觀點(diǎn)，即我們正在經(jīng)歷一場(chǎng)變革。推動(dòng)變革前進(jìn)的動(dòng)力多種多樣，其中最主要的動(dòng)力——我們今天的討論中將會(huì)看到這些生動(dòng)的例子——是現(xiàn)今的水處理設(shè)施不能滿足人們的需求，急迫地需要改變。改變需要?jiǎng)?chuàng)新，人們要尋找新途徑建立一個(gè)城市水系統(tǒng)，變革便悄然發(fā)生。
本次我會(huì)講到加利福利亞的城市水務(wù)系統(tǒng)的脈絡(luò)，同時(shí)我也會(huì)講城市水務(wù)系統(tǒng)是如何形成，變革是如何發(fā)生的。前三次城市水務(wù)變革有相似的發(fā)展模式，從供水系統(tǒng)，到飲用水處理，再到發(fā)展服務(wù)（developing service ）。接下來我會(huì)進(jìn)一步介紹這些變革是如何發(fā)生的，同時(shí)我還會(huì)介紹兩種對(duì)下一次城市水務(wù)變革，即第四次變革的觀點(diǎn)。第一種觀點(diǎn)涉及集中式供水和集中式水處理；另一種觀點(diǎn)，分散供水和分散處理。由于發(fā)展還不成熟后者很少被提及。今天我想為大家呈現(xiàn)的是，兩種看上去截然不同的供水和水務(wù)變革的結(jié)合，使得現(xiàn)有的城市水務(wù)系統(tǒng)更加高效、專業(yè)和準(zhǔn)確。
二、城市水務(wù)1.0 （the First Vision in Urban Water ）
接下來我們來看看第一次城市水務(wù)變革——供水。
圖中所示的是古羅馬的高架渠（aqueduct）。古羅馬建造許多高架渠用以將水從遠(yuǎn)處運(yùn)送到市區(qū)。然而，比高架渠將水引入市區(qū)更重要的是用管道將水分配到各家各戶，有地上管道也有地下管道。所以羅馬的供水系統(tǒng)是城市水務(wù)的第一次變革。
19世紀(jì)倫敦和巴黎開始模仿古羅馬建立城市供水系統(tǒng)，19世紀(jì)末到20世紀(jì)初美國(guó)開始建立城市供水系統(tǒng)。紐約市有很好的供水系統(tǒng)——將水引入城市\(zhòng)社區(qū)，然后廢水通過下水系統(tǒng)排入河流，這與羅馬的供水系統(tǒng)很相似，但比其規(guī)模更大。
所以，城市水務(wù)從供水、污水排放、供水、污水排放一直循環(huán)。最終，上游城市或社區(qū)的污水成為下游的供水，城市水務(wù)迎來了第二次變革。
三、城市水務(wù)2.0 （the Second Vision in Urban Water）
由于飲用水源地離污水排放處越來越近，人們開始建設(shè)污水處理設(shè)施。（舉例，美國(guó)某區(qū)域上游排放廢水導(dǎo)致下游居民染病）。在1891年，紐約時(shí)報(bào)刊登文章“危險(xiǎn)的飲用水”，意味著人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到飲用水被污染。當(dāng)時(shí)人們懷疑是生活污水污染的，但沒有確切的依據(jù)，于是人們將問題交給學(xué)者解決。經(jīng)研究，確定了引起疾病暴發(fā)的源頭，并建立飲用水處理體系。
然而，漸漸地人們意識(shí)到僅處理飲用水是不夠的，因?yàn)槲鬯呐欧沤o城市帶來很多問題，城鎮(zhèn)不再適宜居住。人們迫切需要解決這些問題，城市水務(wù)迎來第三次變革。
四、城市水務(wù)3.0（the Third Vision in Urban Water）
城市水務(wù)第三次變革——污水處理。
英國(guó)曼切斯特大學(xué)開創(chuàng)的活性污泥法很好的解決了污水處理的問題。其他學(xué)者，如Charles Gilman Hyde, 將城市污水處理的概念推廣到全世界。1960s年代后期到70年代初期，非常關(guān)鍵的時(shí)期，人們漸漸意識(shí)到人類對(duì)環(huán)境的影響，如DDT。在這一時(shí)期的機(jī)遇下，很多城市開始投資污水處理的基礎(chǔ)設(shè)施，如圖中所示1972~1994年在美國(guó)投資污水處理基礎(chǔ)設(shè)施的趨勢(shì)。
五、城市水務(wù)第四次變革的動(dòng)力
現(xiàn)在我們身處21世紀(jì)，很多人懷疑城市水務(wù)是否還會(huì)發(fā)生變革，但我認(rèn)為是答案肯定的。所以在這里想與大家分享幾點(diǎn)理由。首先，全球氣候變化。對(duì)此我不做深入討論，但需要注意的是，氣候變化會(huì)使得水量分布更加不平衡——干旱的地方更加干旱，濕潤(rùn)的地區(qū)更加濕潤(rùn)。如圖中IPCC報(bào)告中所示降水量變化趨勢(shì)。其次，推動(dòng)城市水務(wù)變革的動(dòng)力我稱之為“資源考慮”（ResourceConsideration）。如右圖所示，為美國(guó)人口數(shù)量的改變。其中紅色的區(qū)域表示人口增長(zhǎng)地區(qū)，藍(lán)色表示人口下降區(qū)域。從圖中可以看出，人口正向缺水的地區(qū)集中，如弗羅里達(dá)、德克薩斯、加利福利亞和西南地區(qū)。同時(shí)，最近人們開始考慮減少溫室氣體的排放。所以，一些污水處理廠開始考慮二氧化碳的排放。下圖是McKinsey所作的在能源行業(yè)的減少溫室氣體排放的圖。同樣的，在水行業(yè)也可以做出這樣一張圖。最后，從污水處理中進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物回收是變革的一大推動(dòng)力。
六、城市水務(wù)第四次變革的兩種觀點(diǎn)
對(duì)第四次城市水務(wù)變革有兩種截然不同的觀點(diǎn)。其中一種觀點(diǎn)認(rèn)為，城市水務(wù)應(yīng)該集中起來，因?yàn)榧刑幚砀咏?jīng)濟(jì)；由專業(yè)人員運(yùn)營(yíng)和維護(hù)；供水系統(tǒng)是一個(gè)公共服務(wù)，所以要保證安全性和可靠性。我想現(xiàn)在大部分人都認(rèn)可該觀點(diǎn)，同時(shí)也遵從集中處理的觀點(diǎn)在做。但還有另一種觀點(diǎn)，主張分散建設(shè)城市水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，讓個(gè)人住宅、小區(qū)等能自行生產(chǎn)并處理的生活用水。提倡該種觀點(diǎn)的人認(rèn)為分散處理更加靈活，比集中處理的適應(yīng)力更強(qiáng)；更加關(guān)注草根階層人們的意見，獨(dú)立地供水排水，能由居民自己控制。
首先我會(huì)花一些時(shí)間介紹集中式污水處理系統(tǒng)，以及加利福利亞州是如何進(jìn)行集中式污水處理的。同時(shí)，我也會(huì)談到分散式處理，盡管它還不是那么成熟。最后我會(huì)談到如何將這兩種截然不同的觀點(diǎn)結(jié)合起來。
（1）集中式觀點(diǎn)
左圖是如今的城市水務(wù)系統(tǒng)，我稱之為集中式的城市水務(wù)3.0，“take – make – waste”系統(tǒng)，即從地表或地下取水，經(jīng)過水廠處理后將可飲用的水送入居民小區(qū)，然后變成污水進(jìn)入污水處理廠，最終進(jìn)入環(huán)境。城市中的雨水徑流可能進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理，也可能溢流直接排入環(huán)境。
當(dāng)城市水務(wù)系統(tǒng)進(jìn)入4.0時(shí)，看上去似乎更加復(fù)雜，但其核心目標(biāo)僅是將水循環(huán)起來。首先，人們不再將“污水處理廠”叫做“資源再生廠”（Resource Recovery），其處理后的水既可用作非飲用水也可用作飲用水；或回灌到含水層中（井水或泉水，managed aquifer），間接進(jìn)入自來水廠變成飲用水；同時(shí)，也可將資源再生廠處理后的水排放到地表水（managed surface water）中。
讓我們來看幾個(gè)集中式的例子。
①加利福利亞奧克蘭。該地水資源充足，不必?fù)?dān)心缺水問題，但希望能回收能源（Looking recover energy），所以該地區(qū)的處理廠從其他地方獲取有機(jī)廢棄物，然后進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生生物氣體（Biogas），如下圖所示。該處理廠不僅僅是處理污水，而是從中回收能源。
②洛杉磯機(jī)場(chǎng)附近的再生水廠。該廠真正實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)利用，產(chǎn)生五種不同類型再生水，如灌溉水、地下回灌水、高壓鍋爐水、低壓鍋爐水、冷卻塔用水。該廠最大的特點(diǎn)是，可以隨用水的不同需求產(chǎn)生出不同類型的水。
③圣安娜河（Santa Ana）。如圖所示，為圣安娜河入阿納海姆湖（Anaheim Lake）的河道，是附近居民的飲用水源地。處理后的水排放到含水層（井水或泉水，managed aquifer），也是水處理的一個(gè)環(huán)節(jié)。在夏季，圣安娜河的阿納海姆湖附近有大量的污水排放，經(jīng)過處理后再排入淺層地下水，所以這也是飲用水處理的一個(gè)環(huán)節(jié)。
在圣安娜河流域還有一個(gè)將處理后出水排放到地表水（managed surfanc water）的例子——普拉多濕地（Prado Wetlands）。普拉多濕地在水壩下游。水壩用以保護(hù)水位較低的地區(qū)不被洪水淹沒。后來人們意識(shí)到圣安娜河中硝酸鹽濃度較高——由于污水處理過程產(chǎn)生的大量硝酸鹽。由加州大學(xué)伯克利分校設(shè)計(jì)的濕地能很好的去除硝酸鹽，由此作為水處理的一部分，使得水質(zhì)變好。
現(xiàn)在我們正在設(shè)計(jì)利用濕地去除痕量的有機(jī)污染物。其中的一個(gè)設(shè)計(jì)稱之為“Open-Water Unit Process Treatment Wetlands”。如圖所示，這是我們?cè)O(shè)計(jì)的試驗(yàn)性系統(tǒng)，剛發(fā)表于EST。試驗(yàn)表明該系統(tǒng)能夠很好的去除痕量有機(jī)物，如個(gè)人護(hù)理品，同時(shí)也去除硝酸鹽�，F(xiàn)將該設(shè)計(jì)放大，正建設(shè)一個(gè)較大的濕地工程。
（2）分散式觀點(diǎn)
接下來我們?cè)倏纯捶稚⑹接^點(diǎn)。分散式觀點(diǎn)主要在建造一個(gè)水資源循環(huán)利用的建筑。例如，在該建筑中使用真空馬桶，將廚余垃圾放入?yún)捬醭叵a(chǎn)生生物氣體，生物氣體燃燒可以提供熱能，收集房頂雨水作為飲用水源。這是分散式處理的一種方式，但該種方式價(jià)格高，可行性不高，技術(shù)還沒有達(dá)到該種程度，但也是一種發(fā)展方向。
接下來介紹一些技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)的分散處理方式。右圖所示為膜生物反應(yīng)器，經(jīng)過處理后的水可用于灌溉、馬桶沖水、地下水回灌以及在將來可為飲用水。分散處理有很多優(yōu)點(diǎn)，如不用將污水遠(yuǎn)程運(yùn)輸。
另外一些常用的分散處理設(shè)施，如綠色屋頂、綠色街道（GreenRoofs, Green Streets）或低影響開發(fā)技術(shù)（Low Impact Development）。無(wú)論你如何命名這些設(shè)施，它們已經(jīng)在許多地區(qū)開始應(yīng)用。如在美國(guó)東部、中東部、西北部部分地區(qū)開始應(yīng)用這些設(shè)施，建設(shè)生態(tài)下水道（Biosewer）、綠色房頂?shù)仁占到y(tǒng)——而不是一般的溢流管道（sewagebypass tunnels），將雨水徑流收集起來并通過自然環(huán)境凈化。這些設(shè)施價(jià)格不一，但都得建立在公眾支持（Publicsupport）的前提下。
前面我們介紹了兩種觀點(diǎn)，集中式和分散式，但為什么這兩種觀點(diǎn)不能很好的統(tǒng)一起來�；蛟S是我們沒有將解決問題的方法放在正確的地方。想一下農(nóng)村地區(qū)（rural community），使用19世紀(jì)的技術(shù)，如化糞池（septic tank）、排水區(qū)（drain field）；抽取地下水作為飲用水，同時(shí)將雨水收集起來通過排水溝（drainage ditch）排出。既然我們的水務(wù)系統(tǒng)用19世紀(jì)的技術(shù)都能做到，那么21世紀(jì)的技術(shù)肯定也能夠做到。而且我相信現(xiàn)在的技術(shù)能夠讓水務(wù)系統(tǒng)的功能更加密集（thissystem’s function a lot higher density）。試想一下城市周圍的郊區(qū)已經(jīng)有了健全的、可行的分散處理體系，那為什么還要堅(jiān)持集中式系統(tǒng)，是因?yàn)楣┧蛔慊蚴俏鬯幚韱栴}。如果居民能夠減少70%的水量消耗，供水需求就不是那么重要了，我們可以從地表水、雨水來提供飲用水；同時(shí)生活污水的排放量也減少。在這樣的情況下看，此種解決方案不僅對(duì)農(nóng)村地區(qū)，同時(shí)也對(duì)城市地區(qū)適用——畢竟不是所有城市的人口密度有舊金山、芝加哥那么大。
七、未來的發(fā)展方向
我想如今已經(jīng)到了一個(gè)需要認(rèn)真思考變革方向的時(shí)候了，分散系統(tǒng)要向前推進(jìn)，同時(shí)應(yīng)該向支持集中系統(tǒng)的人們溝通，我希望這兩種方式可以結(jié)合起來。在人口密集的城市，我們已經(jīng)感受到集中式系統(tǒng)帶來的效益，如加利福利亞。但還有另外一些途徑，如圖中紅色的小圈所示，可能我們之前只看到集中式處理的這一條途徑，忽視了其他途徑可能帶來的好處。舉個(gè)例子，如果某地建設(shè)了一個(gè)綠色建筑，會(huì)有更少的污水進(jìn)入滿負(fù)荷的下水管道，那我們?yōu)槭裁椿ㄙM(fèi)更多來另外建一個(gè)管道。所以分散處理在未來會(huì)更加重要。
我們應(yīng)該為第四次變革做好準(zhǔn)備。首先，如果注意到以往的變革，你會(huì)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的變革是必須的。雖然新技術(shù)會(huì)比較昂貴，但隨著不斷的進(jìn)步最終得以廣泛應(yīng)用。技術(shù)的發(fā)展是需要時(shí)間的。其次，計(jì)劃。例如，是否將水資源循環(huán)利用；是否從污水中回收能源；集中系統(tǒng)還是分散系統(tǒng)，或者混合系統(tǒng)等都是需要提前計(jì)劃好。最后，我們也要注意機(jī)會(huì)窗（windows of opportunity）。當(dāng)變革到來時(shí)，不是緩慢的，而是隨著公眾的視線打開一個(gè)機(jī)會(huì)窗口。當(dāng)機(jī)會(huì)來臨時(shí)，我們需要立馬提出解決方案——前幾年我們已經(jīng)錯(cuò)過了一個(gè)機(jī)會(huì)窗口。
另外，研究的重要性，還有一些領(lǐng)域需要進(jìn)行深入研究。首先，需要思考如何強(qiáng)化集中式處理的效果，同時(shí)生物處理過程還有待研究。其次，需研究分散處理系統(tǒng)，尤其加強(qiáng)工程方面的考慮，并不是像建筑家想象的那樣簡(jiǎn)單的放一臺(tái)機(jī)器就可以的。最后，加強(qiáng)研究集中式和分散式的混合系統(tǒng)，這樣的混合系統(tǒng)可能是什么樣子的。
