【重磅报告】中科院曲久辉院士谈基于水生态安全的再生水+

再生水+带给我们一个更加宽广的世界：涵盖了雨水;能源、物质;地表水、地下水、湿地;污泥及由其生产的各种材料和产品;地表和地下的生态储存与循环利用;水体的生态补给与生态修复;饮用水;工业及农业过程;综合的经济、社会、环境和生态效益等等。

我们都在进行积极的探索和思考，在落实“水十条”，推进水文明的过程当中，应该考虑什么样的问题?但有些事情始终处于非常迷茫的状态，比如再生水+。

“水十条”明确，到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内;2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除。 而要治理黑臭，就必须要进行源头减排，包括点源和面源的污染。究竟要减多少，怎么减是一个值得思考的问题。而减排的最终目是再利用，实现水体的生态安全。

目前，污水的主流去向仍然是排放。从2014年的数据可以看出，排放占90%，而回用不到10%。如果能够实现有效回用，就有可能从负效应变为正效应，水质得到改善，生态得到修复。

近年来普遍提及的是，将污水和雨水经过适当处理和净化以后，可以作为再生水使用，但这个概念存在局限性。将再生水的内涵进行延伸，给予水之外的效益、影响和效应更多的关注，把引入再生水提升更新的理念，例如水的回用、能量和物质的回收、生态功能的提升、生态风险的最小化、生态效益、生态综合效益的整合等等，都是我们追求的目标。这个目标简而言之就是：再生水+。

2013年1月，我们提出“建设面向未来的中国污水处理概念厂”，今年10月第四届双清论坛上，提出“保障水系统生态安全的再生水+”的概念。由此可以看出，从水厂到水环境，从工程水到生态水，从局部到系统，关注的对象、尺度、效应和内涵得到深化和拓展。

那么，什么是“再生水+”呢?

根据中国大百科全书，再生水+是指废水或雨水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。和海水淡化、跨流域调水相比，再生水具有明显的优势。从经济的角度看，再生水的成本最低，从环保的角度看，污水再生利用有助于改善生态环境，实现水生态的良性循环。

再生水+带给我们一个更加宽广的世界：涵盖了雨水;能源、物质;地表水、地下水、湿地;污泥及由其生产的各种材料和产品;地表和地下的生态储存与循环利用;水体的生态补给与生态修复;饮用水;工业及农业过程;综合的经济、社会、环境和生态效益等等。再生水+以生态为核心理念。

(1)再生水处理是城市水系统中物质流和能量流的一个节点，而生态媒体可能介入或延伸了这个节点的范围与功能;

(2)再生处理的净能量为正，所含物质以不同途径得到最充分和经济的利用，而再生的水具有满足针对性资源性目标的分子、离子组成和微生物要求;

(3)经适当处理后污水和雨水可以在地表和地下进行稳定优质的生态储存，是城市海绵中永远也挤不干的水;

(4)它修复和提升了城市水生态系统的质量和功能，成为水生命体健康保障的新鲜血液;

(5)它是一种适度处理而非过度净化水。

究其内涵，主要可以从以下几方面进行理解：

内涵之一：再生水+能量和营养物质再生水生产过程的能量回收+节能处理。基于能量和物质回收的概念，再生水+具有清洁生产和循环经济的属性。例如，将水中有机质的能量进行转化，污泥焚烧，可再生能源利用，生态工程等。

将水中有机质转化成能量有很多成功的案例。例如，奥地利城市污水处理厂，维也纳水厂等。如果按照这样的方向来发展污水处理事业，有望将能耗减少1%。同时也面临一些重要的问题，一是有机碳富集，这样的一种分离方式给也我们一种机会。二是厌氧消化效率提升，首先是能不能把微生物的细胞破坏掉，让其中的有机质流出来，在适当的厌氧菌的作用下，就有可能得到更多的沼气，更容易实现能量的转化，或者加入FOG。

再生水生产过程的物质回收+产品。当前，磷回收被认为是最可行的途径之一。最近一篇文献中记载，英国通过三步法实现了水厂每天可以回收550公斤的磷，并将此举作为重大进步进行介绍。

此外，瑞典、德国、英国、荷兰等欧洲国家，都实施了大量的关于磷回收的举措。其中，瑞典的磷回收计划重点是从污水中回收磷用于农业;德国的目标是从废水和其他污染物中回收磷;英国将磷回收作为重要的环境战略;荷兰法规的变化是容许回收的磷作为商业性的磷肥。总结起来，欧洲磷回收的趋势是多元化的磷回收技术，产品主要是MAP;磷回收的意义不仅在于磷的经济价值，更重要的是提高污水处理厂的污泥脱水性能，降低污泥脱水的药剂消耗，降低污泥处理成本。

美国科普作家阿西莫夫在《未来的抉择——威胁人类的灾难》一书当中提出一种观点：如果没有了电，我们可以通过核能;如果没有了羊毛，我们可以用布料来加工;如果没有了食品，我们可以发酵;如果没有了友谊，我们可以通过孤独来解决这个问题;但是，如果没有磷，那么这个世界就走到了末日。这也反映出人类对于磷的依赖。磷回收的关键问题在于：是否具有经济可行性?特别是低浓度磷的有效回收。如果1吨污水当中仅仅能够回收3克磷，这显然不可行。

那么，如何提高磷的回收效率呢? 最近,澳大利亚联邦科学与工业研究(CSIRO)组织的研究小组开发了一项新技术，从低浓度废水中回收磷，即强化生物除磷与回收磷(EBPR-r)，利用生物的独特性从稀释的废水中去除磷并到达回收流里获取磷的目的。

在回收磷的同时，还必须要面对氮的回收问题。这是因为，氨氮是导致水体黑臭的重要因素，在水体中存在氨离子，它会导致动物栖息地的影响，同时它也许会形成多介质的循环，产生复合污染的催化效应。同时，它可以通过地表径流进入水体，导致水体黑臭。在污水的回收方面，要充分考虑清洁生产模式，优先进行能量回收，将农业、绿化等营养物质直接利用。我认为，未来的发展方向是要选择最合适的方式，用最经济的手段实现物质和能量的回收。

内涵之二：再生水+生态储存污水和雨水作为间接或直接的水资源可以通过不同目标的直接利用和地表/地下储存的间接利用，而实现其成为具有真正资源属性的目的。具有以下特点：必须达到较高的水质标准;生态净化是处理方式之一;地表、地下联动储存;水生态系统健康稳定;水质的健康风险可控;循环和利用方式经济可行。

上世纪90年代，美国加利福尼亚州就有“水银行”的概念。即实行水的储存与利用的市场化分配，购买水权，特别是对干旱和缺水地区进行交易权的使用，提高水的利用效率和经济价值，也提高了人们的节约用水意识。最终在这一地区实现了地表和地下的联合储存。

“水银行”的处理和储存过程是一个多介质的过程，地下水的储存，一定要考虑地表特征、地质特征，以及地下水储存以后和地表融合的特征。那么，采取何种方法来处理呢?如何避免地下储存和地表储存联动时，污染物的积累问题?

面源污染、雨水收集中的污染物质、面源污染中的物质会给我们带来新的风险。生态储存中的重要问题是，我们必须考虑它的生态风险。进入生态系统的再生水水质及变化，物质流、动力学及形态转化过程，以及生态系统及水质稳定要素和调控。

接下来，就需要建立起模型。比如建立系统水质的核算模型，如果把单元水质和系统水质作为多极来考虑，那么，污水厂处理是一级，污水收集是一级，分级精确计算，就会知道如何维持水质的稳定和生态系统的安全。再生水储存会给我们带来很多很多，不光是技术层面的，还有社会认可和经济体制上的相应变革。

内涵之三：再生水+生态修复以前的观点认为，污水的排放、雨水的排放、雨水的径流，进入受纳水体之后，需要控制的是污染。如今，需要一种理念和目的的深刻转变。首先，进入受纳水体的处理后再生水不再是不得已的排放，而是对环境和生态需水的必要补给;其次，水的排放不只是关注控制污染的简单约束，而是更加强调对水环境、水生态的修复功能;同时，进入地表或地下的再生水不是陌生的外来者，而是可以与原有的水生态系统迅速融合。

在中国，城市化效应导致流域社会水系统强化，自然水系统弱化，很多地区是缺水的，比如京津冀地区。河道需要再生水进行补充，这种情况下，城市污水成为主要的非常规补给水源。以美国加利福尼亚州的一个海滨地区为例：每天4200立方的再生水补给小河。再生水经冷却塔使用后排入，保证了河流许多生物所需水温，水体里的生物多样性大大增加。

再生水+的生态目标是水生态系统完整性。科学的河流水生态完整性标体系能很好地反映：①水生态系统的健康状况;②何种人类活动会对水生态系统健康产生影响;③这些活动是如何影响水生态系统对人类的服务价值;④什么样的政策和生态恢复措施有利于生态系统的健康。河流生态系统完整性评价是建河流生态系统维持、保育和恢复技术的基础。

内涵之四：再生水+风险控制再生水的风险来自多个方面，例如微量有机物、微量无机物、复合污染物。再生水水质对受纳水体生态系统的最直接的影响是，可能导致生物的多样性，进而影响到生物种群和群落、生态系统功能。如何加以控制是我们需要面对的重大课题。

人们在研究不同的生物风险控制时，往往只考虑不同类型微量污染物对生物群落的直接影响。但再生水排入河道，再生水当中可能还存在一些有机污染物质，由此导致的生物损害性可能远远大于污染物的直接影响。那么，接下来应该引起足够重视的是：多种微量污染物在生物个体水平上可能存在协同或加和毒性效应;在生态群落水平上可能存在累积放大毒性效应;同时非化学物质因素(如低氧、热应力以及酸化等)同样能与化学污染物产生相互作用;尽管已有大量关于单一类型微量污染物对水生生物影响的研究，但关于复合污染效应研究甚少;复合微量污染物对水体环境食物链的影响研究。

保障受纳水体生态安全的再生水+，应该充分考虑水质、毒性、生态三要素，进行风险评估与系统控制，从再生水处理工艺到生态系统健康水平的全过程保障。

内涵之五：再生水+生态综合体污水再生系统是生态系统中一个物质流、能量流的节点 ，更是再生水+则更具有关联生态系统多要素的特征。再生水贯穿于水社会循环的各个方面，也关联了城市生态系统中的诸多要素，是一个集质量、服务、功能、调节等多重意义的生态综合体，也是社会城市代谢、低碳经济与生态保育的绿色纽带。以城市湿地为例，湿地是城市生态系统的重要组成部分，具有丰富的生物多样性;可以净化污水、雨水，但也可以导致生态质量下降;水质对湿地系统生物群落和功能有直接或间接影响;湿地质量会对整体生态质量及其要素(水、土、气、生物)和功能产生影响。

(美国Easterly湿地，76,000 to 130,000 m3/d再生水流经湿地，之后流入St. Johns River，成为鸟类和动物重要栖息地。)2015年8月26日联合国环境规划署(UNEP)报告称：废水是一种被低估且不该被浪费的资源。详细介绍了阿根廷、芬兰和新加坡将废水高效处理并取得经济收益的案例，证明污水处理是可靠的投资项目，同时污水处理不仅有益于人类健康，而且已延伸到林业灌溉、工业、沼气、家庭用水、热能、电力以及肥料等各个领域。

内涵之延伸：再生水+……再生水+不是仅考虑再生水处理、循环和利用自身的问题，而是强调其对城市生态系统的综合影响与作用功能。可以想象，再生水+还有很多事情可以做，比如+生产过程、+生活过程、+生态过程、+资源开发与利用、+水工业及产业、+政策、法规、标准、+风险评估、+人与生态健康、+智慧水务、+海绵城市等等。所以，再生水+是污水处理概念厂-理念与内涵的提升与丰富。

总结

再生水+是电子流和物质流引导了污水循环利用全生命周期的简洁高速的轨迹;实时的活体生物响应及信息反馈，使水生态系统中敏感生物和生物群落的安全处于全天候的监护之下，再生水不仅可以成为治理城市“疟疾”——黑臭的“青蒿素”，而且可以成为河流生态系统保育的多种“维生素”。在放大的尺度下，再生水不仅可以快速实现和修复的水体的自然性过渡，并且可以使水生态系统具有完整的服务功能。

(本文根据中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士在第十届中国城镇水务发展大会开幕式暨综合论坛上的报告整理，未经作者审阅，略有修改。)