每天清晨，當你擰開水龍頭洗漱，沖馬桶、洗菜做飯時，有沒有想過這些用過的水會去向何方？我們每個人每天都會產生污水——洗澡水、廚房廢水、生活雜排水，這些看似不起眼的"廢水"，正在以驚人的規模考驗著城市的承載能力。今天，就讓我們一起揭開污水處理的神秘面紗，看看那些被我們"用過"的水，如何在科技的力量下完成華麗變身。

驚人的污水體量：

三個昆明湖的日常挑戰

先請大家猜一個數字：作為擁有2000多萬人口的超大城市，北京每天會產生多少污水？答案是六百多萬立方米[1]。這個數字可能有些抽象，我們來做個對比：頤和園的昆明湖蓄水量大約200萬立方米。也就是說，北京每天產生的污水量，足以充滿三個昆明湖。

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污水廠水管圖片 圖源：AI生成

如果這些污水得不到有效處理，后果十分嚴重。回想十幾年前，北京也曾面臨"有河皆枯、有水皆污"的困境：不少河道變成了臭水溝，岸邊垃圾堆積，水體發黑發臭，不僅影響城市環境，更威脅著居民的健康。那時的人們很難想象，僅僅十幾年后，這些令人頭疼的污水會變成城市的"第二水源"

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生活用水使用場景 圖源：AI生成

如今，北京已經基本實現了污水的"全收集、全處理"。這意味著無論你住在市中心的胡同里，還是郊區的社區中，用過的污水都會通過地下管網匯入污水處理廠，接受一套完整的"凈化改造"。這個看似理所當然的過程，背后凝聚著無數科技工作者的智慧和汗水。

污水處理的核心技術：

微生物軍團的"化功大法"

提到污水處理，很多人會想到"過濾"——就像家里用凈水器過濾自來水一樣。過濾確實是重要環節，但在污水處理廠，真正的"主力部隊"并不是濾網，而是一群看不見的"微型工人"——微生物。

走進污水處理廠，你會看到一個個巨大的池子，里面裝著土黃色的、類似泥漿的物質，專業術語叫"活性污泥"。別看它樣子普通，每一勺污泥里都藏著數億個微生物，它們組成了一支龐大的"凈化軍團"，專門負責"吃掉"污水中的有機物、氮、磷等污染物。這種利用微生物處理污水的技術，被稱為生化處理技術，也是目前污水處理中最核心、最高效的方式。

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活性污泥微觀圖片 圖源：AI生成

科學家們通過基因測序發現，活性污泥中的微生物種類超過3000種。但可惜的是，這3000多種微生物里，絕大多數都像"摸魚"的員工——我們至今不清楚它們在污水處理中到底扮演什么角色。真正在一線"干活"的功能性微生物，只有大約30種，僅占總量的1%左右[2]。

這些"勞模"微生物各有所長：有的擅長分解蛋白質，有的專門"啃食"碳水化合物。還有的能把污水中的氨氮轉化成無害的氮氣，比如硝化細菌，能把對水體有害的氨氮轉化為亞硝酸鹽、硝酸鹽；而反硝化細菌則會進一步將硝酸鹽還原成氮氣，釋放到空氣中，消除水體富營養化的隱患。

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水處理中的植物 圖源：AI生成

我們的水科技工作者通過優化工藝條件（比如污水中的溶解氧、pH值、投加填料），讓那些功能性微生物"吃得更歡、干活更賣力"。當這些微生物的活性被充分激發后，污水處理效率會顯著提升，原本需要10小時處理的污水，可能6小時就能達標，這就為縮小處理設施規模創造了可能。

從地上到地下：

污水處理廠的"空間魔法"

傳統的污水處理廠往往是"占地大戶"，一個中等規模的處理廠動輒需要幾百畝土地。在北京這樣寸土寸金的城市，如何在處理污水的同時節省土地資源，成了亟待解決的難題。而微生物技術的突破，恰恰為這個問題提供了答案。

當污水處理效率提升后，我們可以對處理設施進行"空間壓縮"——把原來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廠，就是這種"空間魔法"的典型代表[3]。

這個水廠的前身是一個占地300畝的老廠，通過技術升級和下沉式改造，新廠的占地面積縮減到100畝，處理能力卻比原來提高了一倍。節省出來的200畝土地，建成了一個碧波蕩漾的清水湖和濱水公園。如今，周邊的居民可以在這里散步、觀鳥，曾經的污水處理廠變成了城市綠肺，這就是科技帶給老百姓最實在的獲得感。

這種下沉式再生水廠不僅節省土地，還有很多隱藏優勢：地下環境溫度穩定，有利于微生物保持活性，冬季也能高效運轉；封閉的處理系統能減少異味和噪音，避免對周邊居民造成影響；地面的公園和湖泊還能起到調蓄雨水、改善局部氣候的作用，實現了"一石多鳥"的效果。

污水變資源：

城市的"第二水源"與循環經濟

經過處理的污水，并不是直接排放到河流里就完事了。在水資源緊張的北京，這些凈化后的水有了一個新名字——再生水，它們被稱為城市的"第二水源"，正在為北京的生態和生產提供重要支撐。

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再生水使用場景 圖源：AI生成

目前，北京通過再生水廠的建設和運行，每天能生產大量再生水，相當于為城市新增了幾十個"大泉眼"。這些再生水用途廣泛：有的用來補充河道生態用水，讓干涸的河流重新流動起來，比如通州的北運河、朝陽的亮馬河，都離不開再生水的滋養；有的被送到發電廠，作為循環冷卻使用；有的被送往芯片廠，用于高端工業制造。

更令人驚喜的是，科研人員還從污水中提取的氮、磷等營養成分，被制成了一種專門用于花卉、綠植的有機營養液，既能減少化學肥料的使用，又能讓植物長得更茁壯[4]。

未來污水處理：

一場多學科的跨界合作

污水處理看似只是"玩水"，實則是一門綜合性極強的交叉學科。要讓污水變清、變廢為寶，需要多個領域的密切配合：

生物技術是核心，需要不斷研究微生物的特性，優化它們的工作環境，篩選富集更高效率的菌種；

材料技術很關鍵，比如研發更高效的過濾膜、更好的生物填料，不斷提高處理效率、降低維護成本；

信息技術在智能調控中發揮重要作用，通過傳感器實時監測水質變化，用算法自動調整處理參數，讓整個水廠像"智慧大腦"一樣精準運行；

土木工程則負責更加低碳集約的建設，比如設計更合理的池體結構、更節能的下沉式廠房。

正是這種多學科的碰撞與融合，讓污水處理技術不斷升級：從最初的簡單沉淀，到現在的智能化、資源化處理；從占地龐大的地面廠，到節約空間的下沉式再生水廠；從單純的"凈化污水"，到"提取資源、循環利用"，污水處理正在從"末端治理"變成"資源循環"的關鍵環節。

結語：

看不見的工程，看得見的改變

污水處理廠可能是城市中最"低調"的基礎設施——它們大多藏在不起眼的角落，默默處理著我們每天產生的污水，卻很少被人關注。但正是這個看不見的工程，深刻改變著我們的生活環境：曾經的臭水溝變成了清水河，閑置的土地變成了公園，浪費的水資源變成了可用的寶藏。

當你下次在河邊散步，看到清澈的河水、嬉戲的野鴨時；當你在社區公園賞花，聞到清新的草木香氣時，或許可以想一想：這背后，可能就有那些30種功能性微生物的功勞，有科研人員為提升1%效率付出的努力，有無數污水處理工作者的堅守。

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水廠圖片 圖源：AI生成

污水處理的故事告訴我們：科技的力量不僅體現在太空探索、人工智能這些"高大上"的領域，也藏在我們日常生活的每一個細節里。從污水到清泉的轉變，不僅是一場技術革命，更展現了人類與自然和諧共生的智慧——只要善用科技，萬物皆可循環，廢物也能變成寶藏。

參考文獻

[1] 北京市水務局. 北京市水務統計年鑒[M].北京市水務局,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] 侯鋒,王凱軍,邵彥青,等.北京碧水下沉式再生水廠升級改造及生態綜合體建設[J].中國給水排水,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

審核：劉穎 李培元

審核專家：陳禧 生態環境部華南環境科學研究所副研究員

來源: 蝌蚪五線譜