編者按：根據(jù)UC Berkely大學的Sedlak教授在Clark Prize頒獎會上的發(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同意我的觀點，即我們正在經(jīng)歷一場變革。推動變革前進的動力多種多樣，其中最主要的動力——我們今天的討論中將會看到這些生動的例子——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。改變需要創(chuàng)新，人們要尋找新途徑建立一個城市水系統(tǒng)，變革便悄然發(fā)生。
本次我會講到加利福利亞的城市水務(wù)系統(tǒng)的脈絡(luò)，同時我也會講城市水務(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 ）。接下來我會進一步介紹這些變革是如何發(fā)生的，同時我還會介紹兩種對下一次城市水務(wù)變革，即第四次變革的觀點。第一種觀點涉及集中式供水和集中式水處理；另一種觀點，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處運送到市區(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世紀倫敦和巴黎開始模仿古羅馬建立城市供水系統(tǒng)，19世紀末到20世紀初美國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，美國某區(qū)域上游排放廢水導致下游居民染�。�。在1891年，紐約時報刊登文章“危險的飲用水”，意味著人們已經(jīng)認識到飲用水被污染。當時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，漸漸地人們意識到僅處理飲用水是不夠的，因為污水的排放給城市帶來很多問題，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。
英國曼切斯特大學開創(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)鍵的時期，人們漸漸意識到人類對環(huán)境的影響，如DDT。在這一時期的機遇下，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年在美國投資污水處理基礎(chǔ)設(shè)施的趨勢。
五、城市水務(wù)第四次變革的動力
現(xiàn)在我們身處21世紀，很多人懷疑城市水務(wù)是否還會發(fā)生變革，但我認為是答案肯定的。所以在這里想與大家分享幾點理由。首先，全球氣候變化。對此我不做深入討論，但需要注意的是，氣候變化會使得水量分布更加不平衡——干旱的地方更加干旱，濕潤的地區(qū)更加濕潤。如圖中IPCC報告中所示降水量變化趨勢。其次，推動城市水務(wù)變革的動力我稱之為“資源考慮”（ResourceConsideration）。如右圖所示，為美國人口數(shù)量的改變。其中紅色的區(qū)域表示人口增長地區(qū)，藍色表示人口下降區(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、德克薩斯、加利福利亞和西南地區(qū)。同時，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，從污水處理中進行營養(yǎng)物回收是變革的一大推動力。
六、城市水務(wù)第四次變革的兩種觀點
對第四次城市水務(wù)變革有兩種截然不同的觀點。其中一種觀點認為，城市水務(wù)應(yīng)該集中起來，因為集中處理更加經(jīng)濟；由專業(yè)人員運營和維護；供水系統(tǒng)是一個公共服務(wù)，所以要保證安全性和可靠性。我想現(xiàn)在大部分人都認可該觀點，同時也遵從集中處理的觀點在做。但還有另一種觀點，主張分散建設(shè)城市水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，讓個人住宅、小區(qū)等能自行生產(chǎn)并處理的生活用水。提倡該種觀點的人認為分散處理更加靈活，比集中處理的適應(yīng)力更強；更加關(guān)注草根階層人們的意見，獨立地供水排水，能由居民自己控制。
首先我會花一些時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行集中式污水處理的。同時，我也會談到分散式處理，盡管它還不是那么成熟。最后我會談到如何將這兩種截然不同的觀點結(jié)合起來。
（1）集中式觀點
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)，然后變成污水進入污水處理廠，最終進入環(huán)境。城市中的雨水徑流可能進入污水處理廠進行處理，也可能溢流直接排入環(huán)境。
當城市水務(wù)系統(tǒng)進入4.0時，看上去似乎更加復雜，但其核心目標僅是將水循環(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），間接進入自來水廠變成飲用水；同時，也可將資源再生廠處理后的水排放到地表水（managed surface water）中。
讓我們來看幾個集中式的例子。
①加利福利亞奧克蘭。該地水資源充足，不必擔心缺水問題，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廢棄物，然后進行厭氧發(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洛杉磯機場附近的再生水廠。該廠真正實現(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環(huán)節(jié)。
在圣安娜河流域還有一個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。水壩用以保護水位較低的地區(qū)不被洪水淹沒。后來人們意識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。由加州大學伯克利分校設(shè)計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)計利用濕地去除痕量的有機污染物。其中的一個設(shè)計稱之為“Open-Water Unit Process Treatment Wetlands”。如圖所示，這是我們設(shè)計的試驗性系統(tǒng)，剛發(fā)表于EST。試驗表明該系統(tǒng)能夠很好的去除痕量有機物，如個人護理品，同時也去除硝酸鹽。現(xiàn)將該設(shè)計放大，正建設(shè)一個較大的濕地工程。
（2）分散式觀點
接下來我們再看看分散式觀點。分散式觀點主要在建造一個水資源循環(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，但該種方式價格高，可行性不高，技術(shù)還沒有達到該種程度，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，如不用將污水遠程運輸。
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，集中式和分散式，但為什么這兩種觀點不能很好的統(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世紀的技術(shù)都能做到，那么21世紀的技術(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，那為什么還要堅持集中式系統(tǒng)，是因為供水不足或是污水處理問題。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農(nóng)村地區(qū)，同時也對城市地區(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)到了一個需要認真思考變革方向的時候了，分散系統(tǒng)要向前推進，同時應(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。舉個例子，如果某地建設(shè)了一個綠色建筑，會有更少的污水進入滿負荷的下水管道，那我們?yōu)槭裁椿ㄙM更多來另外建一個管道。所以分散處理在未來會更加重要。
我們應(yīng)該為第四次變革做好準備。首先，如果注意到以往的變革，你會發(fā)現(xiàn)技術(shù)的變革是必須的。雖然新技術(shù)會比較昂貴，但隨著不斷的進步最終得以廣泛應(yīng)用。技術(shù)的發(fā)展是需要時間的。其次，計劃。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)等都是需要提前計劃好。最后，我們也要注意機會窗（windows of opportunity）。當變革到來時，不是緩慢的，而是隨著公眾的視線打開一個機會窗口。當機會來臨時，我們需要立馬提出解決方案——前幾年我們已經(jīng)錯過了一個機會窗口。
另外，研究的重要性，還有一些領(lǐng)域需要進行深入研究。首先，需要思考如何強化集中式處理的效果，同時生物處理過程還有待研究。其次，需研究分散處理系統(tǒng)，尤其加強工程方面的考慮，并不是像建筑家想象的那樣簡單的放一臺機器就可以的。最后，加強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。
