只留下（小）足迹：创新工业废水再利用

如今，独特的过滤技术不仅使工业废水再利用成为可能，而且使其切实可行且有利可图。这些创新正在革新农业、生物加工、食品生产以及石油和天然气等行业。它们提高了处理流程的处理能力和使用寿命，帮助企业满足新的标准和规范，并降低碳排放。例如，加利福尼亚州东湾市政公用事业区的水资源回收项目每年可节约约5.5亿加仑淡水。

城市污水处理厂现代水净化设施鸟瞰图。从污染液体中去除不良化学物质、悬浮固体和气体的净化过程

这些技术通过提高效率和更好地捕获营养物质，将废物转化为利润，改变了行业格局。最重要的是，它们为企业节省了大量淡水，降低了成本，并缓解了对这一宝贵资源的竞争。

废水和全球水资源短缺解决方案的需求 

水是地球的生命之源，但我们却常常对它视而不见。世界各地的工业每天都会产生大量的废水，其中80%未经处理或再利用。事实上，全球约六分之一的淡水最终变成了工业和农业废水，每天的排放量高达数千亿加仑。

当企业以负责任的方式管理废水时，它们需要承担高昂的成本和精力来清除、处理和处置废水副产品。不幸的是，这些副产品往往被丢弃，这不仅会造成污染，还会加剧工业用水和普通民众对淡水的竞争。 

重新思考问题 

随着全球水资源短缺危机日益加剧，许多行业开始重新思考与这一宝贵资源的关系。越来越多的企业将精力集中在工业废水处理和再利用上。然而，这仍然面临着巨大的挑战——而且成本非常高昂。

如果问题能转化为解决方案，情况会怎样？如果废水能转化为宝贵的资源，降低运营成本，支持可持续发展计划，并提高产品回收率，情况会怎样？这会带来足够的改变吗？ 

废水管理对工业的经济影响 

工业废水管理不善会造成严重的经济影响，尤其对产生废水的企业而言。例如，一家家禽加工厂需要处理和处置的水量可能是其生产蛋白质产品的五到十倍。石油和天然气行业的情况也类似，其处理的水量与生产石油产品的比例可能从五比一到九十比一不等。这个问题往往被掩盖，直到水资源短缺威胁到生产的持续性或扩张性。 

随着气候变化加剧，资源供应面临日益严峻的挑战。例如，2010年至2015年间，美国30个主要城市的用水成本上涨了41% 。在凤凰城，如果用水户不改变用水习惯， 2022年至2025年间用水成本可能上涨48% 。这一趋势对设施运营的经济效益产生了重大影响，使其与公用事业成本更加紧密地挂钩。

干涸的湖中的男人

在蓬勃发展的生物制造领域，预测显示，生产生物制品并处理其产生的废弃物所需的流体容量约为现有容量的十倍。该行业已吸引大量风险投资的关注，但水资源制约着生物制造领域实现可持续发展。在整个生产过程中更细致地管理水资源，可以提高该行业的生存能力。 

在一些地区，缺水导致了严重的食品价格上涨。科罗拉多河流域周边各州以及加州中央谷地（美国特色农产品的主要产区）的情况尤为如此。2022年，食品价格上涨了9.9%，创下自1979年以来的最快涨幅。由于工业和农业用水量处于历史低位，目前已强制或正在讨论削减用水量，这进一步加剧了经济压力。

法律挑战和环保局 

美国环保署关于废水处理和再利用的法规日益严格。这些法规虽然对于保护环境和公众健康至关重要，但也带来了商业挑战。 

两大关键领域的监管正在形成：水权和行业特定污染物。加利福尼亚州、亚利桑那州和内华达州等州已同意在未来三年内大幅减少用水量，这将主要影响农业。此外，肉类和家禽行业正与美国环保署 (EPA) 合作，改善废水中油脂的排放。EPA 提出的规则包含三个选项，其中首选方案将对氮和磷的排放设定更严格的限制，并引入新的油、油脂、总悬浮固体和生化需氧量预处理标准。

尽管严格遵守各项法规，但地方卫生问题和环境恶化仍然会引发公众的强烈不满。2023年4月，由13个团体组成的联盟起诉美国环保署（EPA），要求其收紧工业水污染法规，以改善公众健康。即便诉讼成功，公众的认知和信任仍需重建。2023年初，俄亥俄州发生的一起火车脱轨事故不仅造成了直接的环境破坏，也引发了人们对水安全和监管有效性的长期担忧，凸显了采取更多措施预防未来环境危机的迫切性。

前进的道路：废水再利用 

在一些地区，水资源历来并不昂贵，也并非一项严峻的挑战，因此它很少成为商业对话中第一个被提及的可持续资源。但随着水资源压力日益受到关注，并促使政府间水安全目标的制定，这种情况也在发生变化。 

前进的道路很明确：就地重复利用水资源。进行深度处理，产生不同水质的水——有些可用于饮用，有些可用于非饮用，例如用于冲洗地板、冲厕所或清洁卡车。推动行业改善环境管理，并采取更注重节约的水资源再利用实践，以应对水资源短缺。 

所有这一切都始于创造使之成为可能的技术。 

过滤技术的致命弱点 

历史上，废水处理技术一直存在不足。许多方法会破坏有价值的副产品，而且安装和维护成本高昂。例如，膜生物反应器 (MBR) 可以去除有机物和氮，从而消除废水中有价值的营养物质和化合物。

膜过滤是废水过滤的最佳方法之一。与咖啡滤纸类似，工业膜过滤的工作原理是尺寸排阻，根据分子大小只允许特定物质通过。例如，海水淡化厂利用膜技术从海水中去除盐分，生产饮用水。膜的工作原理是将进水分成两股：一股是清洁的“渗透液”，另一股是浓度更高的“浓缩液”，如果其中含有有价值的营养物质，通常也可以重复利用。

膜过滤虽然有效，但存在一个主要缺陷：堵塞。重工业废水中的油脂（FOG）和其他粘性物质会堵塞膜孔。这会导致频繁的清洗、停机和更换，使得膜过滤技术的应用前景黯淡——直到现在。ZwitterCo公司开发出了首款不会发生不可逆污染的膜，能够处理5%的油脂。

膜过滤解决方案值得花费吗？ 

对于想要成为解决方案一部分的行业来说，其途径必须是有利可图的。过滤系统必须不会永久污染，无需昂贵的更换费用，这对于经济可行性至关重要。

去除废水中的颗粒物和其他物质的一个常被忽视的好处是，这些物质可以带来经济效益。废水中通常含有宝贵的营养物质，可以收集起来用作肥料和原料，从而创造额外的收入来源，减少浪费，并带来可观的投资回报率。

农业景观中的沼气厂。

当农业经营和相关行业处理并再利用废水时，就能确保其用水安全。食品加工企业可以将再生水再用于非饮用用途，从而减少淡水需求，并有助于保障未来增长所需的水资源。

好处显而易见，但我们如何克服当前过滤技术的局限性呢？ 

巧妙的化学：两性离子共聚物 

ZwitterCo公司开发了一种解决方案：一种独特的膜技术，采用两性离子共聚物，这是一种由塔夫茨大学研究开发的创新材料。虽然两性离子此前已被人们所知，但此次突破在于使其在水溶液中也能发挥作用。这些共聚物具有极强的亲水性，能够牢牢地吸附水分子，使得油脂等粘性化合物无法渗透膜内。这种亲水性使得一种新型膜——一种不易发生不可逆污染的膜——成为可能。

尖端膜技术 

由于这些膜采用完全不同的化学成分制成，因此在以往无法过滤的废水中不易堵塞。它们只需用水或温和的化学品即可轻松冲洗干净，并保持如同新品般的过滤效率。这使得提取或浓缩废水中的有机物并将其转化为有价值的物质变得更加经济高效，同时还能确保水回收作业保持最佳性能。 

这些革命性的膜材料通过消除堵塞并减少频繁更换的需求，为废水管理提供了可持续的解决方案。在沼渣处理行业，它们可以提高有价值的副产品的捕获率，用于用作肥料或出售，从而减少了场外运输和土地撒播的需求，而后者是一个散发着恶臭并可能造成污染的过程。 这只是我们的技术如何在各种场景中得到有效利用的一个例子。

减少工业用水足迹：潮流正朝着正确的方向发展 

废水管理面临诸多挑战，但借助ZwitterCo公司正在研发的新型膜等创新解决方案，各行业可以通过有效处理和再利用废水来减少用水量。这样做不仅能帮助他们更好地遵守日益严格的法规，还能回收利用有价值的副产品，并以经济高效的方式实现这些目标。减少环境影响还有助于改善与投资者和客户的关系，并与公众建立更牢固的信任关系。哈萨克斯坦在改善水资源管理方面所做的努力等近期进展，令人鼓舞地表明各行业和政府都已认识到这一问题的重要性。