新加坡水资源利用调查探究

——新生水厂从污水到饮用水处理的全过程

王澈 王译晗

指导教师 朱思念

【摘要】新加坡作为一个水资源有限的国家，其水资源的利用状况一直备受关注。2023年7月9日至15日，本项目组团队跟随江苏卓越基金会前往新加坡，参加了”拯救水危机：新加坡水资源探究营”活动，了解了新加坡城市水管理的发展历程。通过参观新生水厂并动手实验，了解了新加坡创造水处理技术和流程。新加坡新生水厂作为该国水资源再生的重要设施，其在水资源再利用领域具有显著地位。本论文着重探究了新生水厂的水资源再生状况，包括其再生技术的运用、处理流程的效果以及对环境和社会的影响。新生水厂采用了先进的物理和化学处理技术，如微滤、反渗透和紫外线消毒等，有效去除了水源中的杂质和有害物质，实现了水资源的高效再生，不仅缓解了新加坡水资源紧张的局面，还为居民提供了安全可靠的饮用水，促进了社会的可持续发展。
【关键词】：新加坡；水资源再生；处理技术；环境影响；社会影响

一、前言

新加坡地处赤道附近，扼守着马六甲海峡，依靠独特的地理位置，经济发展程度较高，是世界上公认的高收入国家。四面环海的新加坡是热带雨林气候，全年高温多雨，全年的降水量达到了2350毫米，每月的降水天数达15日左右，月均降水量达170毫米左右。然而，哪怕是如此多的降水量，也无法改变新加坡缺水的事实。

新加坡缺水的主要原因与它国土的面积有关，它的国土面积仅有724平方千米，在新加坡境内，没有主权完整的独流大河，缺乏足够供水量的湖泊，再加上国土面积较少，也没有合适的面积来储存雨水，每一年的降水也只能变成积水而白白流失，根本无法收集利用。而新加坡又是一个人口密度高度集中的国家，经济又很发达，需水量极大，从而使得新加坡这个年降水量极其丰富的国家也缺水了。因此，节约保护水资源既是新加坡民众普遍共识，更是国家水治理重点工作。

2023年7月9日至15日，跟随江苏卓越基金会前往新加坡，参加了”拯救水危机：新加坡水资源探究营”。通过7天的活动，了解新加坡城市水管理的发展历程，探索新加坡创造水奇迹的策略和高科技，探讨如何创造性的解决人类资源危局。跟随团队，参观加冷河、新生水厂和滨海堤坝，通过一系列考察、实验、调研活动，收集分析数据，了解先进的水管理技术。

二、新加坡城市水管理发展历程

新加坡城市水管的发展历程是一个不断适应、创新和发展的过程。面对水资源短缺和水环境敏感等挑战，新加坡政府采取了一系列有效的措施和策略，确保了城市水管系统的稳定和安全运行，为城市的可持续发展提供了坚实的支撑。为了更好地管理和利用水资源，新加坡将其作为最重要的国策之一，并从机构内部入手，对所有相关部门进行了有效整合，逐步将污水处理、海水淡化等内容列为水资源自给自足的发展战略，旨在解决水资源不足以及利用等方面的问题^【1】。

2.1相关制度建设

新加坡高度重视水资源、节水相关法律法规制度体系建设，颁布实施了《水源污染管理及排水法令》、《废水和排水系统法》、《公共设施（供水）条例》、《公共设施（中心集水区和集水区公园）条例》、《畜牧法令》、《公共环境卫生条例》等一系列涉水管理法律法制度，对城市水源、供水、用水、排水等方面作出明确规定。

新加坡制定了“四大水喉”的基本方针，推进节水政策的实施，鼓励与水相关的新技术的引用和研发，有效客服了水资源不足问题，提高了水资源循环利用率^【2】。

2.2水管理发展历程

新加坡城市水管的发展历程与该国的水资源状况、城市建设和经济发展紧密相关，作为一个岛国，水资源相对匮乏，城市水管的发展历程是一个不断适应、创新和发展的过程。面对水资源短缺和水环境敏感等挑战，新加坡政府采取了一系列有效的措施和策略，确保了城市水管系统的稳定和安全运行，为城市的可持续发展提供了坚实的支撑。城市水管理发展主要经历了以下几个阶段：
起步阶段：新加坡建国初期，面临严重的水资源短缺和水污染问题。为了解决这些问题，新加坡政府开始着手进行水资源管理和城市基础设施建设。在这一阶段，新加坡主要依赖与马来西亚签订的两份长期供水合约来获取水源，同时开始建设并不断扩大集水区范围，以扩展并合理利用水资源。
综合治理阶段：在起步阶段的基础上，新加坡于1977年启动了河流综合治理工程，提出“保持用水清洁，让每一条溪流、每一个涵洞、每条小河都避免不必要的污染”。这一阶段的主要目标是改善水质，确保城市水系统的健康循环。
技术创新阶段：随着技术的不断进步和创新，新加坡在城市水管系统中引入了更多先进的技术和设备，如智能水表、远程监控系统等，以提高水资源的利用效率和管理水平。
可持续发展阶段：近年来，新加坡更加注重水资源的可持续利用和环境保护。通过制定水资源发展战略、完善涉水管理体制、修订水管理法规政策等措施，新加坡成功化解了城市水危机，实现了城市健康水循环，为人居环境改善和社会可持续发展奠定了良好的基础。

新加坡城市水管的发展历程是一个不断适应、创新和发展的过程。面对水资源短缺和水环境敏感等挑战，新加坡政府采取了一系列有效的措施和策略，确保了城市水管系统的稳定和安全运行，为城市的可持续发展提供了坚实的支撑。

三、新加坡城市水治理技术

新加坡充分利用水资源，严禁对地下室进行开采，为避免供水危机，新加坡政府坚持开源与节流并举的方针，提出开发四大“国家水喉”计划，即雨水采集、淡水进口、海水淡化及污水再利用等途径提供水源，实现水资源的供需平衡和可持续利用^【3】，其中的污水再利用项目就是“新生水（Newater）”项目。

3.1新生水厂

新加坡新生水厂（NEWater Plant）是新加坡政府为了解决水资源短缺问题而采取的创新措施之一。该项目将新加坡人的生活污水华丽变身为超净水，也称为“新生水”（NEWater）。经过新生水厂的处理的再生水，质量优于常规自来水，其清洁度至少比世界卫生组织规定的国际饮用水标准高出50%。目前，新加坡的三座新生水厂的总产量已达到每天2000万加仑。这些水主要用于工业用途，部分也供居民使用。新生水厂的建立不仅有助于新加坡减少对外部水源的依赖，提高水资源的利用效率，还有助于应对气候变化和全球水资源短缺的挑战。此外，新加坡政府还积极推动新生水技术的出口，帮助其他国家解决水资源问题。

本项目组成员在新加坡水资源探究营活动中，项目组成员参观了新生水厂，跟随牛津教育Bush老师进行了多种净水实验，了解净水的原理和不同方式。以下主要介绍新生水厂运营模式、水处理技术和水处理流程。

3.2新生水厂运营模式

新加坡新生水厂的运营模式具有创新性和高效性，主要体现在以下几个方面：

3.2.1公私合营模式

新加坡新生水厂的运营模式是一种公私合营的模式，这种模式的特点在于公共事业局（PUB）与私有公司之间的紧密合作。具体来说，公共事业局并不直接参与新生水厂的具体建设和运营，而是将这些任务委托给私有公司来完成。政府将新生水厂的设计、建设、生产和运作等具体任务委托给私有公司，而政府自身则主要负责管理和监督。这种模式有效地结合了私有企业的创新能力和政府的管理能力，优化了资源配置，提高了运营效率。

3.2.2市场化运作

新生水厂在运营过程中注重市场化运作，根据市场需求和供水情况来调整价格。这种方式不仅有助于确保供水的稳定性，还能激励企业提高生产效率和降低成本，从而为消费者提供更为经济实惠的“新水”。

3.2.3科技创新

新生水厂在运营过程中积极引入和应用先进的科技和创新技术，如微滤、反渗透等物理和化学处理技术，确保“新水”的质量和安全性。同时，还通过优化处理流程和更新节能设备等方式，降低能源消耗和废弃物排放，实现经济效益和环保效益的双赢。

3.2.4公众参与

新加坡政府在新生水厂的运营过程中注重公众的参与和反馈。例如，在勿洛的“新水”生产工厂附近建设了“新水”展示中心，向公众普及“新水”知识，增强人们使用“新水”的信心。这种公众参与的方式不仅有助于提升公众对“新水”的认知度和接受度，还能促进政府与公众之间的沟通和互动。
  总的来说，新加坡新生水厂的运营模式是一种公私合营、市场化运作、科技创新和公众参与相结合的模式。这种模式有效地提高了运营效率、优化了资源配置、确保了“新水”的质量和安全性，并促进了政府与公众之间的沟通和互动。这种成功的运营模式为其他国家和地区提供了宝贵的经验和借鉴。

3.3新生水处理技术

新生水技术是新加坡在水治理领域的一项重要创新，通过将用过的水经过高级处理过程，去除杂质和有害物质，再注入到供水系统中，实现水资源的再利用。这种技术有助于减少对外部水源的依赖，并提高水资源的利用效率。其技术的关键方面在于：

3.3.1反渗透技术

新加坡新生水厂采用的处理技术主要是反渗透技术，反渗透是新生水厂核心技术之一，在这一步，水在高压下被挤压通过反渗透膜，以进一步去除已溶解的小分子杂质、有机物、无机盐、重金属等。在这个过程中，水被高压泵送到半透膜的一侧，而溶解物质则被截留在膜的另一侧，从而实现水的净化和提纯。

3.3.2微过滤技术

在反渗透之前，通常会使用微过滤技术去除水中的颗粒物、悬浮物和细菌等杂质。微过滤器的孔径很小，可以有效拦截这些杂质，保护后续处理过程的有效性。

3.3.3紫外线消毒技术

经过反渗透处理后，水会进行紫外线消毒，在这一步，水会经过将近800度高温的紫外线照射，以杀死幸存的细菌和病毒，确保出水的生物安全性。紫外线消毒是一种高效的消毒方法，可以确保新生水在供应给用户之前达到安全标准。

3.3.4化学处理技术

在某些情况下，为了去除特定的污染物或调整水的酸碱度，可能需要使用化学处理方法。这包括添加适当的化学药剂，如混凝剂、酸碱调节剂等。
通过综合运用这些技术，新加坡新生水厂能够生产出高质量、高纯度的再生水，这些水被广泛用于工业、商业和居民用途。新生水厂的成功运行不仅为新加坡提供了稳定可靠的水资源，还为其他国家提供了解决水资源问题的借鉴和参考。

3.4 新生水处理流程

新加坡新生水厂的水资源利用处理过程是一个高度先进和复杂的技术体系，主要包括以下步骤：

3.4.1水源收集

新生水厂的主要水源来自工业和家庭生活的废旧水。这些废水首先被收集起来，作为生产新生水的原料。

3.4.2预处理

收集来的废水首先会经过预处理，这一步主要包括去除大颗粒的固体物质和杂质，以及调节废水的pH值，为后续的处理步骤做准备。
微滤：预处理后的废水会进入微滤阶段。在这个阶段，废水通过微滤膜，以去除其中的悬浮物、颗粒物和细菌等体积较大的杂质。微滤过程可以有效提高水的清澈度。

3.4.3反渗透

反渗透是新加坡新生水处理的第一步，也是最关键的一步。新生水的反渗透处理采用的膜组件是“螺旋膜”，通过高压推动水通过膜，将水中的盐分等杂质排除，从而获得高质量水源。这个过程中需要加入一些化学药剂，保证膜组件能够正常运行，并控制水中的PH值，避免对膜组件造成损坏。

3.4.4高级氧化处理

高级氧化处理是指利用化学氧化剂，如过氧化氢、臭氧、紫外线等，来分解水中有机物的一种处理方法。新生水处理中，采用臭氧和紫外光，将水中的有机物分解，获得高质量的水源。

3.4.5臭氧消毒

新生水的最后一个处理步骤就是臭氧消毒。臭氧可以破坏水中的有机化合物、病毒、细菌等微生物，达到消毒杀菌的效果。臭氧消毒前需要先进行过滤和预氧化，确保消毒效果最大化。

3.4.6水质监测

完成以上步骤后，新生水会经过严格的水质监测，确保水质达到甚至超越世界卫生组织的饮用水标准。

3.4.7供水应用

最后，新生水会被供应给工商业用户使用，特别是需要高质量水源的行业，如晶片厂等。同时，也会有少量新生水被注入国家蓄水池，与其他生水混合后再处理成饮用水，供居民日常使用。

整个新生水生产过程中，新加坡采用了先进的膜技术、紫外线消毒技术等高科技手段，确保了新生水的水质和安全性。同时，新加坡也在持续投资于科技研发，以寻求更具成本效益的生产与处理用水的新途径。

新生水厂的处理流程如下图所示：

四、得到的启示与思考

参观新生水厂的过程中，老师详细讲解了新加坡水资源缺乏的原因，介绍了新加坡通过各种方式来缓解缺水的状况，通过项目小组的实验操作，了解新加坡净水技术和过程。通过这个活动，结合我国水资源情况，主要有以下几点启示：

4.1节约用水，人人有责

这次参观让项目组成员深刻认识到水资源的珍贵和多用性。水是生命之源，是我们日常生活中不可或缺的资源。然而，随着人口的增长和城市化进程的加速，水资源的供需矛盾日益突出。因此，保护和合理利用水资源显得尤为重要。在新加坡，几乎所有人都有强烈的水资源环境保护意识和节水意识，连导游、出租车司机也会对游客进行节水、环保教育。我国家水资源总量丰富，居世界第六位，但人均占有量不足，是一个严重缺水的国家，水资源人均占有量只有约2200m³,为世界人均占有量的1/4^【4】。我们要重视节约用水，提高水的利用率。

4.2制度保障，有法可依

新加坡在水资源管理方面采取了一系列有效的制度制约措施，以确保水资源的可持续利用和管理。新加坡设立了公用事业局（PUB）作为水资源管理的主要行政管理部门，全面负责水资源的规划、开发、监管和供应。同时政府制定了长期的水资源规划，并实施了严格的水资源监管制度。这包括对水资源的开采、使用、处理和排放进行严格的监管和控制，以确保水资源的合理利用和保护。新加坡政府还制定了一系列法律法规来保障水资源管理的有效实施，包括《水法》、《环境保护法》等。这些法律法规明确了水资源管理的各项规定和要求，为水资源管理提供了法律保障。

这些制度制约措施共同构成了新加坡水资源管理的基本框架，为水资源的可持续利用和管理提供了有力保障。

4.3珍惜资源，保护环境

水资源的保护是确保水源地的关键，我们应该珍惜每一滴水，从日常生活做起，节约用水、减少浪费。同时，我们也应该关注环境保护，积极参与生态建设和公益事业，为改善国家和社会生态环境贡献自己的力量。

我们可以通过以下几种方式来做好水资源保护措施：制定合理的水源保护区划，限制人类活动对水源的影响，保持水源地的生态完整；制定严格的污水排放标准，限制工业和农业排放对水环境的影响；采取科学合理的农业生产方式，减少农药和化肥的使用。

4.4科技引领，创新强国

新加坡在水资源处理方面的成功，离不开科技的支撑和专业人才的培养。这让我更加坚定了努力学习的信念，只有不断学习和掌握新知识，才能更好地应对未来的挑战。新加坡在严重缺水的情况下，在节约用水的同时，还努力开源。政府不断增加投入，开发应用新技术，做好海水淡化及新生水应用。我们应该研究学习新技术，提高污水处理能力，努力改善我们的缺水状况。

总之，参观新加坡新生水厂让我受益匪浅。我将更加珍惜水资源，努力学习知识，为保护和改善生态环境做出自己的贡献。

五、参考文献

[1]任俊霖，肖雨心，尚奕. 新加坡水资源管理进展与借鉴[J].中华建设，2019（10）：122-125.

[2]王勇.发达国家水资源利用状况及启示[J].湖北工业大学,2022(02):121-123.

[3]陶相婉，祝成，邵宇婷，王洪臣，余忻，林明利，牛晗.新加坡城市水管理经验与启示[J].给水排水,2020.56(11)：50-53.

[4]陈安生.对新加坡水资源管理的几点思考[J].人民长江,2009年7月：90-91.

项目组成员：王澈、王译晗、徐溢泽、侯灏辰