道化学公司如何将污水转化为清爽饮料 - 彭博社

“这是过滤过程的第一步，”斯内哈尔·德赛说，努力抑制他的呕吐反射。“我们称之为大齿梳。”在橙县污水处理区的一个设施中，下面有一股原始污水的洪流，处理来自150万加州人的厕所、淋浴和水槽的废物。一个巨大的耙子下降到污泥的深处，带起一堆杂物——纸板、湿巾、卫生棉条、弹珠、玩具、网球、运动鞋——这些东西无法通过覆盖工厂进水口的筛网。

通过的水流现在已经开始了它在先进净化过程中的旅程，这就是德赛和我来这里要看的。这座工厂就在县水处理设施旁边，两者共同进行一种炼金术，将人类污水转化为如此干净的净化水，以至于可以直接回到居民的水龙头。这些工厂每天泵出1亿加仑的饮用水，足够供应85万橙县居民，这使得这里成为地球上最大的“厕所到水龙头”设施。

几十年来，污水一直被处理并用于灌溉农作物、公园和高尔夫球场，但使其适合人类消费需要使用更严格的过滤技术，采用聚合物膜。膜的厚度不超过人类的头发，既精致又耐用。使用小于百万分之一毫米的孔径，它们能够消灭微观污染物。

这是德赛的专长——制造能够从污水中切除杂质的膜。他来工厂查看他的产品在运作，这里已经成为厕所到水龙头技术的全球试验场。德赛52岁，但即使有着花白的头发，他看起来年轻十岁，穿着牛仔裤、淡色格子衬衫和厚框眼镜。他是陶氏化学水务部门的全球业务总监，年销售额超过10亿美元。膜市场每年增长超过10%，部分原因是全球水资源日益短缺，以及对开发抗旱水源的压力不断增加。

“回收的废水可能是加利福尼亚在未来25年内最大的水源，”加利福尼亚水务协会执行董事蒂姆·奎因说。“这不仅仅发生在这里——世界上许多缺水地区也是如此。”圣地亚哥最近宣布计划到2035年从回收污水中生产33%的水，而目前为零，并正在设计一个比橙县更大的厕所到水龙头设施。澳大利亚、中国、印度、以色列、西班牙以及整个中东和撒哈拉以南非洲的政府已经开发了用于灌溉的回收废水系统；许多地方开始将其系统转变为饮用水。新加坡拥有最大的项目，从污水中生产三分之一的饮用水。

当你看到并闻到流入污水处理厂的有毒污泥，并考虑它所包含的一切时，很难相信净化过程是可能的。更难以接受的是最终结果可以是美味的。“从这个过程得到的纯度在量化上比传统处理得到的水要好——甚至比一些瓶装水还要好，”德赛说。“从我们的膜中流出的水本质上是市政水中的劳斯莱斯。”

道化学公司是给世界带来燃烧弹、橙剂、硅胶乳房植入物和氢弹钚引信的公司。“如果不是道，那谁呢？”德赛问道。该公司在先进材料工程领域已经占据主导地位超过一个世纪；它在180个国家开展业务，年收入达570亿美元。“未来的水供应是个大问题，”他说。“我们有不断增长的城市人口、不断增长的工业和日益减少的资源。谁能解决如此巨大的问题？你需要耐心和实力来提出解决方案并将其规模化。没有大公司的资金，你无法做到这一点。”

道化学的董事长兼首席执行官安德鲁·利维里斯只看到机会。“社区和公司越来越意识到清洁水的经济价值——这推动了道化学水务业务的增长，速度是全球GDP的两倍，”他说。

还有一个悬而未决的问题：令人厌恶的因素。即使在干旱的绝望情况下，饮用自己的废物也不是任何人的首选。“接受回收的废水就像被要求穿希特勒的毛衣，”宾夕法尼亚大学的社会心理学家保罗·罗津说，他研究了消费者对厕所到水龙头项目的反应。“无论你清洗多少次毛衣，你就是无法去掉希特勒的印记。”

在我们参观橙县污水和水处理厂结束时，我的确有这样的感觉，当我们来到一个闪亮的不锈钢水槽时。几个小时前的原污水现在从水龙头流出清澈的水。德赛装满两个迪克西杯。“为未来干杯！”他祝酒。我在喝下去时不禁颤抖。不知为何，似乎没有希特勒的痕迹。这东西的味道和阿尔卑斯山泉水一样好。我给自己倒了第二杯。

 

特色在 彭博商业周刊，2015年12月7日。立即订阅。

插图：Nejc Prah如果我们常用的水源中没有那么多污水，整个回收污水的概念可能会更难以接受。例如，科罗拉多河是南加州的主要饮用水来源，每天接收数十亿加仑的处理过的污水：六个州的200多家工厂将其废水排入河中。密西西比河也遭到淹没。当水到达新奥尔良时，它已经被上游六个以上城市的人们摄入和排出。

“我们今天的水供应中几乎没有自然纯净的水，”Desai说。事实上，化学家几十年前创造这些合成膜的原因正是因为人类越来越多地污染了水源。与此同时，出现了一些需要更纯净水用于制造的行业。例如，汽车、啤酒和葡萄酒、食品加工、石化、制药和半导体行业的主要参与者大多依赖于膜净化的水。

“超纯水是实现精密电子的关键，”Desai说。“当你在制造微芯片时——如果你用来清洁组件的水中有哪怕一个微小的污染物颗粒，它可能会失败。”

进行最艰巨工作的膜——去除病毒、病原体和干扰激素的化学物质——执行“反渗透”，在行业中称为RO。它们模拟了我们细胞内液体通过半透膜流动时发生的生物过滤过程。想象一下，RO膜上的一个孔的宽度相当于一个篮球框。在这个比例下，一个水分子的宽度相当于一个篮球，但一个病原体或病毒的大小相当于一辆悍马——它无法通过。制药残留物也无法通过，在这个比例下，它们的大小可以达到一辆麦克卡车。

最难去除的是盐，因为它不是悬浮在水中，而是溶解在水中。这就是为什么回收废水的成本约为海水淡化成本的一半：两者都使用RO膜，但海水的盐度要高得多，因此通过微小孔洞泵送海水更困难且能耗更高。RO膜卷绕在8英寸乘40英寸的圆筒内，成千上万的圆筒在橙县设施中堆叠并联网。水通过1000马力的泵被强力喷射通过这些模块。

在水进入RO阶段之前，它必须经过七个其他过滤阶段。在其中一个阶段，它进入“微滤”过程，水通过成千上万根微小的多孔吸管被吸入。在另一个阶段，它被紫外线净化光照射。“在每个过滤阶段，你使用的方法都是去除分子量越来越低的污染物，”德赛说。“最终，当你到达反渗透时，除了纯水，什么都无法通过。”

传统的水处理方式要粗糙得多。如今，美国的大多数水处理厂使用化学物质，而不是将水强行通过膜。例如，当水从科罗拉多河抽取时，会加入被称为凝聚剂和絮凝剂的化学物质，使颗粒结合在一起，从液体中分离并沉淀到储水箱的底部。然后，水被移除并用氯消毒。

厕所到水龙头过程的另一个优点是：污水不必长途运输。南加州2200万人口几乎没有消费本地的淡水，进口的成本正在上升。

尽管它是本地的且具有成本效益，但厕所到水龙头的概念一直难以向公众推广。在过去的二十年里，坦帕湾、洛杉矶和澳大利亚布里斯班的主要回收废水厂提案都失败了——因公众对恶心因素的反对而被关闭。

批评者的一个主要担忧是，废水可能更容易被病原体污染。水行业的每个人都记得美国历史上最大的水传播疾病疫情：1993年由隐形寄生虫隐孢子虫引发的疫情，该寄生虫进入了密尔沃基的公共供水系统。近五十万人受到无法控制的腹泻影响；70人因脱水而死亡。水处理厂使用的消毒化学物质不足以杀死这种寄生虫。

由于这个担忧，橙县的水处理厂被要求设有“环境缓冲区”。在经过反渗透（RO）处理后，我在工厂参观结束时饮用的水必须流入当地的含水层，并与那里的自然水源混合，然后才能被抽送到人们的家中。然而，没有健康理由说明处理过的水不能立即饮用。“没有病原体，包括隐孢子虫，能够穿过RO膜的物理屏障，”橙县水区的总经理迈克·马库斯说。“制药化学物质、内分泌干扰物或几乎所有其他污染物也无法通过。”他解释说，随着厕所到水龙头技术的广泛接受，直接抽送到人们家中将变得更便宜、更高效。

用于演示的模型展示了该公司反渗透过滤器的横截面。摄影师：Matthew Hintz 为彭博商业周刊德赛在星巴克皱着眉头看着他的特大杯黑咖啡。他曾要求咖啡师留“加奶的空间”，但他们几乎把他的杯子装满了。“这是让我抓狂的低效之一，”他说。“想想每天有多少人因为咖啡装得太满而倒出一部分来加奶——因为这种疏忽而浪费的水、热量、燃料和咖啡豆！为什么每个咖啡杯上都没有印刷一条代表‘加奶空间’的通用标准线？”他停顿了一下，脸上露出了笑容。“如果你对效率感兴趣，随处可见机会。”

德赛的头脑运转得如此之快，你几乎能听到它在嗡嗡作响。他是印度移民的儿子，在密歇根州安阿伯长大，他的父亲是贝克特尔公司的土木工程师。在密歇根大学读预科医学时，他决定更喜欢化学而不是生物；他不喜欢实验室，但他热爱商业。“我是我兄弟会的社交主席，我在大学期间做调酒师来维持生计，”他说。“我不适合穿实验室外套。”

他毕业后在道达尔公司找到了一份工作，向电力和食品加工厂销售水处理产品。在该领域工作了几年后，他获得了西北大学凯洛格管理学院的MBA学位，并在晚上上课。他在道达尔工作了十多年，然后产生了创业的冲动，离开去帮助建立初创公司Natureworks，这是一家生产玉米衍生生物可降解塑料的公司。他将年销售额从1000万美元提升到1亿美元，然后返回道达尔担任水务部门的负责人。

展开一卷反渗透膜。摄影师：Matthew Hintz 为彭博商业周刊道公司自1970年代以来一直在制造水过滤膜——最初是作为海水淡化的手段。到80年代中期，它开始向英特尔、通用汽车和其他希望在其制造设施中获得可靠超纯水源的公司销售水过滤产品。如今，道公司是反渗透膜市场的最大参与者，但面临来自东丽工业和Hydranautics的激烈竞争。“他们就像膜行业的丰田、福特和通用汽车，”水工业分析师汤姆·潘克拉茨说，“但道公司被认为是走在前面的。”

海水淡化仍然是道公司水业务的重要组成部分。其膜在加利福尼亚州卡尔斯巴德一座15亿美元的工厂中使用，该工厂于今秋开业，提供几乎10%的圣地亚哥饮用水，水源来自太平洋。但考虑到从厕所到水龙头的成本优势，它的潜力远大于海水淡化。德赛预计他的销售最终将大幅倾向于厕所到水龙头。“当我现在查看我的创新组合时，几乎所有的内容都与回收废水有关，”他说。“这就是大趋势。”

 

膜行业的神经中枢位于明尼苏达州埃迪纳的一座不起眼的金属仓库，位于双子城之外。“这是地球上任何地方在一个屋檐下制造的膜数量最多的地方，”德赛说。这里每天制造数万台反渗透设备。这些膜比描图纸还薄，层叠着网状间隔物，允许水流过；然后它们被卷成圆柱，包裹在玻璃纤维中，进行测试和包装。

这个过程是自动化的。每个反渗透（RO）气缸都由看起来像舞蹈的螳螂的机器人手臂切割、粘合和卷起。“这个设施中的机器人技术使我们能够扩展并制造不会失败的产品，”德赛说。“水源的纯度出现故障不是一个选项。膜必须正常工作。精确是关键。”

德赛在埃迪纳的制造设施中搬运一批反渗透水过滤器。

摄影师：马修·辛茨为《彭博商业周刊》拍摄德赛不愿透露关于道公司的精密制造的太多细节；地板上有一条我不能跨越的蓝线，且禁止拍照。他说道公司在1990年代失去了RO膜的专利——这对公司是一个打击，但从长远来看对整个行业却是一个好处，推动了竞争、效率、成本降低和规模扩大。在同一时期，道公司提高了其产品的效率。十年前，每个RO气缸每天可以过滤4800加仑水；现在同样大小的设备可以过滤6000加仑。

“十年前，这栋建筑里只有一台机器——其余都是空的，”工厂工程师马克斯·法德耶夫说。“现在这里挤满了24小时、每周7天运行的设备。对我们来说，这就像是一场爆炸。”在12月，道公司将在沙特阿拉伯开设第二个大规模水膜制造工厂。

目前，德赛专注于为大型工业和市政水系统制造膜产品，但他预测这些系统最终会变得更小，服务于社区甚至个人。道公司还在为发展中国家的市场大量投资于去中心化的家庭水回收。比尔·盖茨在2015年1月提出了类似的方案，当时他在博客中写到观看一大堆人类粪便在传送带上进入一个为社区服务的小型废物处理厂。几分钟内，粪便被转化为“水和我从瓶子里喝过的任何水一样好，”盖茨写道。“我每天都愿意喝它。”他正在资助这种他称之为“粪水”的技术，该技术由位于华盛顿州塞德罗-伍利的贾尼基生物能源公司开发，用于在塞内加尔达喀尔的试点项目；这个自供电的工厂处理并煮沸人类废物，将水分蒸馏成干净的水。

德赛预测，所有水过滤技术最终可能会变得如此可获取。“这是摩尔定律，”他说。“我们在大型集中式工厂中完善的技术，可能会变得足够经济和有效，以便在去中心化的系统中逐户使用，这样我们每个人都可以控制和再生自己的水源。”

将水进口到像南加州和德克萨斯州这样的地方历史上一直很便宜，但随着气候变化、持续干旱以及对河流和湖泊的压力增加，水的经济学正在发生变化。世界上几乎每个城市都必须开始重新思考其水供应的基础。“并不是每个城市都有海洋，并不是每个人都有好的湖泊和河流，”德赛说。“但每个人都有污水。”