水的未来就是世界的未来
- 生物污染管理
- 水和废水
正如俄罗斯宇航员Yuri Gagarin在1961年历史性的太空探索中所说的“地球是蓝色的”这句话暗示的那样，地球上的大部分水都是海水。遗憾的是，只有0.01%的淡水可供人类直接使用。水不仅用于饮用和日常生活，而且在粮食生产和经济活动中支持着人们的生活。然而今天，气候变化和全球人口增长，使水资源的稳定供给变得非常困难。到2050年，预计世界上三分之二的人口将面临水资源短缺——因为那时全球人口将增长到90亿。由于粮食需求的增加、发展中国家持续的经济增长，预计对水的需求将增长，因此全球水资源的竞争会越来越激烈。
水危机对工业也会产生重大影响，直接运营和财务状况都会受到影响，可持续增长也会受阻。为了确保今后稳定的水资源供给，全世界需要认识这一问题的紧迫性，围绕针对水危机的机制和方法进行包容性讨论，并迅速果断地采取行动。
应对多变的局面
― 各地区用水的需求和获取渠道各不相同，准确评估当地和区域内条件对于制定解决方案至关重要
给水是日常生活和工业等经济和社会活动的关键因素。发展给水和排水基础设施对改善公共卫生和生活环境具有重要意义。除饮用之外，农业、工业和家庭都离不开水。每个国家和地区都有自己的质量标准、使用率和需求。
为了确保稳定安全的水供给，需要合理开发水源，建设给水和污水处理系统，控制水质、高效运行。每个地区的挑战、环境和障碍不同、解决方法也不同。例如，发达国家老化的水管需要维修，新兴国家城市化的快速发展需要提高污水处理服务的质量、发展中国家给水和污水处理的提升等。
需要了解当地条件、理解当地文化，具有专业知识、技术和项目实施能力，才能制定恰当的方案来满足各不相同的各类需求。具有丰富技能的人才资源是有效和迅速实施这些措施的关键因素。
“我们无法控制降雨量，但我们可以控制水的使用方式，面对一个气候不断变化的世界百折不挠地前行。”
- 2016年8月，世界银行报告:“干旱: 气候变化、水和经济
缓解全球水资源难题
― 最符合当地需求的技术解决方案给缺水地区带来了真正的希望
在降雨历来较少或远离河流和其他天然水源的地区，缺水是一个特别紧迫的问题。包括加利福尼亚、德克萨斯和佛罗里达在内的美国南部各州，气候变化正产生非常巨大的影响，能否获得稳定的水源是生死攸关的问题。
作为一种潜在的补救措施，越来越多的国家和地区正在寻求海水淡化的方法。虽然这个过程也充满挑战，但可以从海水和污水等非传统水源中生产纯净的再生水。横河以测量、控制和信息的核心技术为基础，提供满足当地社区和社会需求的技术解决方案，为水资源的稳定生产提供支持。
世界各地，尤其是中东地区，正在大量建设海水淡化厂，通过去除海水中的盐和矿物质来获取淡水。特别是反渗透(RO)膜脱盐装置的引入正在增加。据说这种方法可以减少能源消耗和二氧化碳排放，比蒸发海水法更节能，因此市场需求迅速增长。
位于秘鲁首都利马南部的圣玛丽亚区属于沙漠气候，全年几乎没有降雨。秘鲁第一家饮用水反渗透膜海水淡化厂就设置在这里。横河监控解决方案被用于相关的污水处理厂和管道。输水和排水管道长260公里，海底排水管道长780米。横河的综合生产控制系统和基于网络的生产系统监测和控制这些设施，支持优化运行。
生产的淡水作为干净的再生水，全年24小时不间断供应给周围约10万居民。部分处理后的污水用于当地绿化，帮助保护当地环境。这确实给当地居民的幸福生活带来了福音。
“城市和乡村将逐步回收生活、工业和农业废水。这是本世纪人类将拥有的最大的可再生淡水资源。”
- 世界水理事会主席Loïc Fauchon，2020年10月26日在巴西2020水资源周开幕式中的致辞
由于水资源导致的各种压力在北美也是一个严重的问题，气候变化导致气温上升、年降雨量减少、河流和地下水水位的下降正在加剧。
根据2011年发布的一份报告，大型水体可以作为环境的缓冲区域——“切断水和水历史之间的联系”，因为水体的大小决定了物质的停留时间*1。这样就可以通过稀释再生水、应用各种工艺降低污染物浓度，来改善水质。
在干旱频繁发生的地区，通常没有大型水库，因此没有环境缓冲。这就必须对水的排放进行严格的管理，将水进行处理达到标准之后再排放会产生额外的费用*2。
加利福尼亚州直接饮用水再利用的条例规定，有望在2023年底完成，将净化的再生水引入没有环境缓冲的城市饮用水处理系统，这样的远景让投资者非常振奋。
洛杉矶Las Virgene市的市政正在对净水项目进行评估，再生水被引入称为“地表水强化”的水库，该项目在一个具有有限稀释能力和最短保留时间的环境缓冲区进行。支持这个项目实体有日本经济产业省、美国垦务局、美国国家水资源研究所，这是一个非盈利性组织，汇集各方面专家组，为美国、日本、新加坡和以色列等国家的水务政策、技术实施提供咨询服务。也有私营公司参与其中，包括Carollo工程公司和横河，这两家公司提供人工智能和物联网的运营维护解决方案。对水的处理和再利用减少了对河流和地下水等资源的依赖。而且，由于附近有水，与运输有关的能源消耗也减少了。诸如此类的项目可以帮助公众提高认知。
建立水循环系统时，必须考虑到饮用水的水量和高质量标准。如果不选择合适的技术并将其整合在一起，污水的高效处理和水质稳定是不可能实现的。对再生水生产过程中的污水处理进行综合监控至关重要。与传统耗时的依靠培养的检测方法不同，横河的这项技术是基于准定量的基因分析来检测病原体，以评估急性毒性。这大大加快了水中病原微生物的测量，提高了净化再生水的可靠性。
污水处理中改善水质的每一步都有自己的标准，需要花费时间来安装和启动各种流程，包括沉降、氧化、硝化、消毒等。这些标准必须绝对达标，每一个过程的状态都要经过严格控制。这会消耗大量的能源，因此消除这些流程中的能源浪费至关重要，因为这些处理成本都将转嫁给再生水的消费者。
这个净水项目可能会采用横河公司开发的数据驱动解决方案，利用物联网信号进行建模和仿真，根据人工智能的分析进行控制，人工智能的分析超出了人类能提供的监测和解释水平。这将有助于优化运行，减少能源使用，降低处理成本，最大化处理水量，并降低维护和管理成本。
除了污水处理设施，该项技术还有望为先进水处理设施的半自主运行提供有价值的支持，这些设施包括超滤、反渗透膜和紫外线(UV)高级氧化工艺。人工智能分析和半自主操作可以帮助操作人员针对这些复杂系统进行优化处理。
水正迅速成为不可再生的资源，因为随着工业的快速发展和全球人口的增长，以消耗水的速度来补充水变得越来越困难。由于缺乏安全可靠的水源供应，世界上有许多地区的公共卫生受到威胁。这是横河公司积极面对并致力于解决的另一个挑战。
为了将我们美丽的地球传给子孙后代，横河正与客户、地方政府、学术界和其他社会各界共同努力，制定新的计划。为了实现循环型社会，横河将继续加快系统和技术的共同创新，创造新价值。
参考文献
*1 : “通过非直接饮用水再利用中的环境缓冲区改善水质—感知和现实” 。德国慕尼黑工业大学，Jörg E. Drewes于2011年1月
*2 : “停留时间在非直接饮用水再利用项目中的环境缓冲区作用: 对含水层补给的调查”。科罗拉多矿业学院，Jörg E. Drewes 于2015年4月
