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【导语】每天，当我们轻松拧开水龙头，使用过的水便悄然流逝。这些看似不起眼的“废水”，实则以惊人的规模考验着城市的承载力。在北京，每天产生的污水量足以填满三个昆明湖。然而，科技的力量正悄然改变这一切。从微生物军团的“化功大法”到污水处理厂的“空间魔法”，再到污水变身为城市的“第二水源”，一场关于水资源的革命正在上演。让我们一同揭开污水处理的神秘面纱，见证科技如何让废水重获新生。

每天清晨，当你拧开水龙头洗漱，冲马桶、洗菜做饭时，有没有想过这些用过的水会去向何方？我们每个人每天都会产生污水——洗澡水、厨房废水、生活杂排水，这些看似不起眼的"废水"，正在以惊人的规(guī)模(mó)考(kǎo)验(yàn)着(zhe)城(chéng)市(shì)的(de)承(chéng)载(zài)能(néng)力(lì)。今(jīn)天(tiān)，就(jiù)让(ràng)我(wǒ)们(men)一(yī)起(qǐ)揭(jiē)开(kāi)污(wū)水(shuǐ)处(chù)理(lǐ)的(de)神(shén)秘(mì)面(miàn)纱(shā)，看(kàn)看(kàn)那(nà)些(xiē)被(bèi)我(wǒ)们(men)"用(yòng)过(guò)"的(de)水(shuǐ)，如(rú)何(hé)在(zài)科技的力量下完成华丽变身。

惊人的污水体量：

三个昆明湖的日常挑战

先请大家猜一个数字：作为拥有2000多万人口的超大城市，北京每天会产生多少污水？答案是六百多万立方米[1]。这个数字可能有些抽象，我们来做个对比：颐和园的昆明湖蓄水量大约200万立方米。也就是说，北京每天产生的污水量，足以充满三个昆明湖。

污(wū)水(shuǐ)厂(chǎng)水(shuǐ)管(guǎn)图(tú)片(piàn) 图(tú)源(yuán)：AI生(shēng)成(chéng)

如(rú)果(guǒ)这(zhè)些(xiē)污(wū)水(shuǐ)得(de)不(bù)到(dào)有(yǒu)效(xiào)处(chù)理(lǐ)，后(hòu)果(guǒ)十(shí)分(fēn)严(yán)重(zhòng)。回(huí)想(xiǎng)十(shí)几(jǐ)年(nián)前(qián)，北(běi)京(jīng)也(yě)曾(céng)面(miàn)临(lín)"有(yǒu)河(hé)皆(jiē)枯(kū)、有(yǒu)水(shuǐ)皆(jiē)污(wū)"的(de)困(kùn)境(jìng)：不(bù)少(shǎo)河(hé)道(dào)变(biàn)成(chéng)了(le)臭(chòu)水(shuǐ)沟(gōu)，岸(àn)边(biān)垃圾堆积，水体发黑发臭，不仅影响城市环境，更威胁着居民(mín)的(de)健(jiàn)康。那时的人们很难想象，仅仅十几年后，这些令人头疼的污水会变成城市的"第二水源"

生活用水使用场景 图源：AI生成

如今，北京已经基本实现了污水的"全收集、全处理"。这意味着无论你住在市中心的胡同里，还是郊区的社区中，用过的污水都会通过地下管网汇入污水处理厂，接受一套完整的"净化改造"。这个看似理所当然的过程，背后凝聚着无数科技工作者的智慧和汗水。

污水处理(lǐ)的核心技术：

微生物军团的"化功大法"

提到污水处理，很多人会想到"过滤"——就像家里用净水器过滤自来水一样。过滤确实是重要环节，但在污水处理厂，真正的"主力部队"并不是滤网，而是一群看不见的"微型工人"——微生物。

走进污水处理厂，你会看到一个个巨大的池子，里面装着土黄色的、类似泥浆的物质，专业术语叫"活性污泥"。别看它样子普通，每一勺污泥里都藏着数亿个微生物，它们组成了一支庞大的"净化军团"，专门负责"吃掉"污水中的有机物、氮、磷等污染物。这种利用微生物处理污水的技术，被称为生化处理技术，也是目前污水处理中最核心、最高效的方式。

活(huó)性(xìng)污(wū)泥(ní)微(wēi)观(guān)图(tú)片(piàn) 图(tú)源(yuán)：AI生(shēng)成(chéng)

科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)基(jī)因(yīn)测(cè)序(xù)发(fā)现(xiàn)，活(huó)性(xìng)污(wū)泥(ní)中(zhōng)的(de)微(wēi)生(shēng)物(wù)种(zhǒng)类(lèi)超(chāo)过(guò)3000种(zhǒng)。但(dàn)可(kě)惜(xī)的(de)是(shì)，这(zhè)3000多(duō)种(zhǒng)微(wēi)生(shēng)物(wù)里(lǐ)，绝(jué)大(dà)多数都像"摸鱼"的员工——我们至今不清楚它们在污水处理中到底扮演什么角色。真正在一线"干活"的功能性微生物，只有大约30种，仅占总量的1%左右[2]。

这些"劳模"微(wēi)生(shēng)物(wù)各(gè)有(yǒu)所(suǒ)长(zhǎng)：有(yǒu)的(de)擅长分解蛋白质，有的专门"啃食"碳水化合物。还有的能把污水中的氨氮转化成无害的氮气，比如硝化细菌，能把对水体有害的氨氮转化为亚硝酸盐、硝酸盐；而反硝化细菌则会进一步将硝酸盐还原成氮气，释放到空气中，消除水体富营养化的隐患。

水处理中的植物 图源：AI生成

我们的水科技工作者通过优化工艺条件（比如污水中的溶解氧、pH值、投加填料），让那些功能性微生物"吃得更欢、干活更卖力"。当这些微生物的活性被充分激发后，污水处理效率会显著提升，原本需要10小时处理的污水，可能6小时就能达标，这就为缩小处理设施规模创造了可能。

从地上到地下：

污水处理厂的"空间魔法"

传统的污水处理厂往往是"占地大户"，一个中等规模的处理厂动辄需要几百亩土地。在北京这样寸土寸金的城市，如何在处理污水的同时节省土地资源，成了亟待解决的难题。而微生物技术的突破，恰恰为这个问题提供了答案。

当污水处理效率提升后，我们可以对处理设施进行"空间压缩"——把原来需要建在地面上的大池子"藏"到地下。北京城市副中心的碧水再生水厂，就是这种"空间魔(mó)法(fǎ)"的(de)典(diǎn)型(xíng)代(dài)表(biǎo)[3]。

这(zhè)个(gè)水(shuǐ)厂(chǎng)的(de)前(qián)身(shēn)是(shì)一(yī)个(gè)占(zhàn)地(de)300亩(mǔ)的(de)老(lǎo)厂(chǎng)，通(tōng)过(guò)技(jì)术(shù)升(shēng)级(jí)和(hé)下(xià)沉(chén)式(shì)改(gǎi)造(zào)，新(xīn)厂(chǎng)的(de)占(zhàn)地(de)面(miàn)积(jī)缩(suō)减(jiǎn)到(dào)100亩(mǔ)，处(chù)理(lǐ)能(néng)力(lì)却比原来提高了一倍。节省出来的200亩土地，建成了一个碧波荡漾的清水湖和滨水公园。如今，周边的居民可以在这里散步、观鸟，曾经的污水处理厂变成了城市绿肺，这就是科技带给老百姓最实在的获得感。

这种下沉式再生水厂不仅节省土地，还有很多隐藏优势：地下环境温度稳定，有利于微生物保持活性，冬季也能高效运转；封闭的处理系统能减少异味和噪音，避免对周边居民造成影响；地面的公园和湖泊还能起到调蓄雨水、改善局部气候的作用，实现了"一石多鸟"的效果。

污水变资源：

城市的"第二水源"与循环经济

经过处理的污水，并不是直接排放到河流里就完事了。在水资源紧张的北京，这些净化后的水有了一个新名字——再生水，它们被称为城市的"第二水源"，正在为北京的生态和生产提供重要支撑。

再生水使用场景 图源：AI生成

目前，北京通过再生水厂的建设和运行，每天能生产大量再生水，相当于为城市新增了几十个"大泉眼"。这些再生水用途广泛：有的用来补充河道生态用水，让干涸的河流重新流动起来，比(bǐ)如(rú)通州(zhōu)的(de)北(běi)运(yùn)河、朝阳的亮马(mǎ)河(hé)，都(dōu)离不开再(zài)生(shēng)水的滋养；有的被(bèi)送(sòng)到发电厂，作为循环冷却使用；有的被送往芯片厂，用于高端工业制造。

更令人惊喜的是，科研人员还从污水中提取的氮、磷等营养成分，被制成了一种专门用于花卉、绿植的(de)有(yǒu)机(jī)营养液，既能减少化学肥料的使用，又能让植物长得更茁壮[4]。

未来污水处理：

一场多学科的跨界合作

污水处理看似只是"玩水"，实则是一门综合性极强的交叉学科。要让污水变清、变废为宝，需要多个领域的密切配合：

生物技术是核心，需要不断研究微生物的特性，优化它们的工作环境，筛选富集更(gèng)高效率的菌种；

材料技术很关键，比如研发更高效的过滤膜、更好的生物填料，不断提高处理效率、降低维护成本；

信息技术在智能调控中发挥重要作用，通过传感器实时监测水质变化，用算法自动调整处理参数，让整个水厂像"智慧大脑"一样精准运行；

土木工程则负责更加低碳集约的建设，比如设计更合理的池体结构、更节能的下沉式厂房。

正是这种多学科的碰撞与融合，让污水处理技术不断升级：从最初的简单沉淀，到现在的智能化、资源化处理；从占地庞大的地面厂，到节约空间的下沉式再生水厂；从单纯的"净化污水"，到"提取资源、循环利用"，污水处理正在从"末端治理"变成"资源循环"的关键环节。

结语：

看不见的工程，看得见的改变

污水处理厂可能是城市中最"低调"的基础设施——它们大多藏在不起眼的角落，默默处理着我们每天产生的污水，却很少被人关注。但正是这个看不见的工程，深刻改变着我们的生活环境：曾经的臭水沟变成了清水河，闲置的土地变成了公园，浪费的水资源变成了可用的宝藏。

当你下次在河边散步，看到清澈的河水、嬉戏的野鸭时；当你在社区公园赏花，闻到清新的草木香气时，或许可以想一(yī)想：这背后，可能就有那些30种功能性微生物的功劳，有科研人员为提升1%效率付出的努力，有无数污水处(chù)理(lǐ)工(gōng)作(zuò)者(zhě)的(de)坚守。

水(shuǐ)厂(chǎng)图(tú)片(piàn) 图(tú)源(yuán)：AI生(shēng)成(chéng)

污(wū)水(shuǐ)处(chù)理(lǐ)的(de)故(gù)事(shì)告(gào)诉(su)我(wǒ)们(men)：科(kē)技(jì)的(de)力(lì)量(liàng)不(bù)仅(jǐn)体(tǐ)现(xiàn)在(zài)太空探索、人工智能这些"高大上"的领域，也藏在我们日常生活的每一个细节里。从污水到清泉的转变，不仅是一场技术革命，更展现了人类与自然和(hé)谐(xié)共(gòng)生(shēng)的(de)智慧——只要善用科技，万物皆可循环，废物也能变成宝藏。

参考文献

[1] 北京市水务局. 北京市水务统计年鉴[M].北京市水务局,2023:8. https://swj.beijing.gov.cn/zwgk/swtjnj/

[2] Linwei Wu, Daliang Ning, Bing Zhang. et al. Global diversity and biogeography of bacterial communities in wastewater treatment plants[J]. Nature Microbiology,2019,4 (12):1183

[3] 侯锋,王凯军,邵彦青,等.北京碧水下沉式再生水厂升级改造及生态综合体建设[J].中国给水排水,2017,33(10):54

[4] Kuichang Zuo, Mansheng Chen, Fubin Liu . et al. Coupling microfiltration membrane with biocathode microbial desalination cell enhances advanced purification and long-term stability for treatment of domestic wastewater. Journal of Membrane Science, 2018, 547:34

作者：曹效鑫

审核：刘颖 李培元

审核专家：陈禧 生态环境部华南环境科学研究所副研究员