2023世界水日提倡加速变革，看净水专家如何助力水资源保护

“世界水日”是联合国为解决因水资源需求上升而引起的全球性水危机而设立的，旨在唤起公众的节水意识，加强水资源保护。2023年3月22日是第三十一届“世界水日”， 今年主题为“Accelerating Change”（加速变革）。与这个倡议不谋而合。由来自弗吉尼亚理工大学的Ramola Vaidya博士及其团队研发的净水工艺，不仅实现了创新性净水处理，还在将其重新注入蓄水层后有效抬升了地平面。这一创举正是水资源循环利用的典型范例。

美国弗吉尼亚州的汉普顿锚地离东南沿海地区的海平面很近，海水侵蚀和逐年下降的海岸也时刻威胁着这块陆地，还造成饮用水获取困难。当地住户从地下抽取大量的水，导致地平面不断下降，更加速了海水入侵。为应对这一问题，汉普顿锚地卫生局（HRSD）提倡遵循未来可持续用水倡议（SWIFT）进行废水管理，他们将废水进行处理后变为净水排入蓄水层。新的研究表明，这一处理方法对治理地面下陷和海水入侵确实有积极效果，同时也能以较低成本实现有效净化污水。

SWIFT是弗吉尼亚州东部的水处理项目，旨在保护该地区的环境，增强该地区地下水长期供应的可持续性，并帮助缓解诸如切萨皮克湾复原、海平面上升和盐水入侵等环境压力。

该项目组选取经工厂深度处理后将排放至当地河流中的水，对其再进行多轮高级水处理，使其达到饮用水质量标准。这些工厂将经过SWIFT处理后的水排入波托马克河蓄水层，该蓄水层是整个东弗吉尼亚州的主要地下水源。
 

Ramola Vaidya是弗吉尼亚理工大学实习研究员和博士生，正在汉普顿锚地卫生局开展创新研究。她和她的团队目前开展的工作正是为了落实上面所讲到的SWIFT倡议。她们正在研发一种不仅可以将废水还原至健康级别，还能提升地下水位，防止地面下沉和海水入侵的水处理方法。

这位“陆地保卫战士”从小在印度浦那长大，热爱印度美食和文化。Vaidya说，“我本科在印度读化学工程。印度是个缺水的国家，我希望有一天能解决那里的水资源问题。"

传统废水处理使用的是渗透膜系统和反渗透或超滤技术，是用一种带小孔的半透性薄膜进行过滤，小孔仅允许纯净水通过，而较大的分子，如溶解的盐和细菌等其他杂质，则不能通过。

Vaidya表示：“缺水的西海岸一直在使用渗透膜进行水处理，而我们正在尝试无膜方法。这种无膜处理工艺便是通过臭氧处理、生物过滤和吸附等这些步骤将处理过的废水转化为达到饮用级别的水。详细的过程则是：工厂对废水进行处理后，SWIFT项目工程师会向水中注入臭氧进行消毒，再使用颗粒活性炭进行生物降解，同时将溶解的有机物吸附至颗粒活性炭介质表面。这样不仅能捕获污染物还能将其生物降解成更小的可降解分子。

无膜废水处理方式在污水处理厂的后端进行，团队已证明处理后的水质良好，与饮用水水质相当，并且遵守了所有相关法规，包括国家二级饮用水法规。即使是从病原体的角度来看，该处理方式也相当有效。Vaidya说，“我们用这种达到饮用级别的SWIFT水给（波托马克河）蓄水层补水。同时阻止所有排放中的营养物质流向切萨皮克湾。"这先进的废水处理方式因无需消耗渗透膜，也被证实更具成本优势。

作为试点项目，此项实验首先在汉普顿锚地的16个水处理设施中的一个进行试验，在持续了一年半后扩大了规模，开始在日处理量达100万加仑/天的设施上进行实验，这虽仍是一个实验设施，但其规模要大得多。

Vaidya的研究重点是臭氧和生物过滤。她在处理过程的各个步骤之前、之中和之后都对排放水进行了取样以了解各阶段水处理的效果。

在此过程监控中，Vaidya团队使用 HORIBA Aqualog® 同步吸收 - 三维荧光光谱仪来监测流经各个处理步骤的溶解有机物。Aqualog是唯一一款通过其独有的A-TEEM技术对吸收光谱和荧光激发发射矩阵（EEMs）实现同时测量的仪器。它获取EEMs的速度是其他仪器的100倍。

与其他方法相比，Vaidya更喜欢Aqualog的荧光光谱技术。 “UV254分析也可以在任何其他机器上进行，”她说。“Aqualog的真正好处是，你可以获得不同波长的完整光谱，这让你得以了解水处理前后的有机物存在情况。”Aqualog生成的荧光提供了一个激发和发射的三维图像，可以由此得知有多少物质在发出荧光——继而了解有机物的存在情况。"

Vaidya称臭氧处理后荧光总数减少了。一旦排放水进入生物过滤和颗粒活性炭吸附步骤，她的团队就能够进一步去除有机物，从而得到更低的荧光值。 

作为另一个收获，Vaidya研究团队观察到地平面已出现小幅上升，这意味着已经有效阻止了地面下沉与海水入侵的风险。“这既具挑战性，也令人兴奋。我们从一无所有开始，到现在已经有了一个1 MGD（百万加仑/天）规模的设施，天天都在向蓄水层补水。很快我们将拥有全规模的SWIFT工厂。”她说：“这不是我一个人的功劳。是致力于这个项目的大团队中所有人的共同努力，才使得这一切成为可能。”

谈到未来，Vaidya希望能在2020年夏天完成她的博士论文并进行答辩以取得博士学位。之后，她希望进入咨询公司工作，服务于类似汉普顿锚地的各种公用事业。“这样，我就可以继续致力于SWIFT等涉及废水和饮用水处理的再利用项目。”

正如古话所说，授人以鱼不如授人以渔。希望Vaidya能给更多人带去先进的方法与理念，让沉降的陆地重新升起。