全球人类废物问题的规模极为庞大，影响人类健康、沿海及陆地生态系统，甚至加剧气候变化。
解决这一问题需要与社区合作，制定适合其需求的解决方案，提供充分的卫生设施，并使老化的污水系统适应快速变化的世界。
分散式和基于自然的解决方案被视为治理城市废水问题的关键，并可减轻集中式污水系统的压力，或为其提供经济实惠且有效的替代方案。
78亿人产生的人类排泄物总量严重影响人类健康和环境，每年约有620万吨氮随废水排入沿海水域，此外还有大量其他污染物，从药物到微塑料，其数量未知。
污水和废水污染的问题之严重，实际上已经导致地球安全运行系统趋于失稳，至少对五个行星边界造成负面影响——污染淡水、海洋和陆地，造成养分过载及其他污染物污染；损害生物多样性；甚至加剧气候变化。
尽管废水污染犹如一条危险的九头蛇，但目前正在测试和实施大量技术与创新，以应对这一危机。好消息是：每一项行之有效的本地解决方案，只要随后能在全球范围内推广，就为开始遏制的不仅仅是一项行星边界突破，而是多项突破提供了契机。
目前，全球各地正在开展相关工作，不仅要处理废水、提供充分的卫生设施，还要回收和再利用我们每天冲入下水道的宝贵养分和淡水。
支持社区，保护生态系统
全球约十人中有六人无法获得适当的卫生设施，据美国国际开发署（USAID）统计。在缺乏基本卫生系统和废物处理设施的发展中国家，获得安全卫生设施是至关重要的第一步。缺乏此类服务，社区可能接触有害细菌和疾病，而珊瑚礁和海草草甸等生态系统则可能因氮、磷养分过载，或受到废水中有毒化学物质的威胁。
包括联合国和美国国际开发署，以及合作伙伴国家在内的许多政府组织，正积极致力于解决基本卫生问题。该珊瑚礁联盟（CORAL）是推动这一努力的非政府组织的典型范例。该组织为社区提供支持，帮助他们找到能够保护珊瑚礁的卫生解决方案。CORAL保护主任Helen Fox指出了其中两个此类项目。
在罗阿坦岛的西端（洪都拉斯），该非政府组织动员当地利益相关方和社区，使一座已停止运行的废水处理设施恢复运营。该设施恢复运行后，污染有所减少，当地海滩被宣布为蓝旗区——适合游客安全游泳，带来了明显的公共卫生、商业和经济效益。此外，珊瑚礁上的疾病发生率也随之下降。尽管并非所有这些改善都可归因于废物污染的减少，但CORAL表示，这无疑是一个因素。
同样，在夏威夷大岛的Puakō，原污水目前从社区化粪池、好氧处理系统和化粪池系统渗入地下水，并直接流入海洋，释放后最快仅需五小时即可流入海洋——危害珊瑚礁，并使人类健康面临风险。经过CORAL、当地居民和政府多年的监测与磋商，180万美元资金已于2021年获批，用于设计一座可解决该问题的废水处理设施。
“我认为，让解决方案与问题相匹配非常重要，”Fox说。这样做“可能是一个漫长的过程。但与此同时，也有一些例子表明，一旦消除污染威胁，生态系统能够相对迅速地恢复。”
老化基础设施、气候风险
一种普遍的误解认为，废物处理不足主要是发展中国家的问题。但服务于许多发达国家（包括美国、英国和欧盟国家）的陈旧、老化的污水处理系统，同样面临严峻的废物难题。
最棘手的问题源于19世纪末至20世纪初的一种处理系统设计缺陷，即合流制溢流（CSO）。这些全城性系统将废水和雨水通过同一管道排放，平时运行良好，但遇到强降雨时（由于气候变化，这种情况日益常见），涌入的污水必须绕过已不堪重负的污水处理厂，导致数千升未经处理或仅经部分处理的污水排入河流、湖泊和海洋。
每年约有超过1.02亿立方米（270亿加仑）的原污水和受污染雨水，通过460个CSO排入纽约港，据Riverkeeper（一家保护哈德逊流域的非政府组织）的统计。此外，还需计入860个美国城市，包括芝加哥和圣路易斯等城市中心——这些城市将CSO视为首要水污染问题。该问题在欧盟和英国同样严峻，那里的CSO数量以数万计。
CSO是一种遗留的废水难题，修复每个城市可能需要数十亿美元，这一财务负担是大多数财政紧张的大都市难以承受的。一种昂贵的解决方案是修建深层隧道，以扩大下水道的蓄存能力，理论上可在暴雨期间为污水的妥善处理与排放争取时间。其中一个已成功在密尔沃基实施的系统，蓄存能力达200万立方米（5.2亿加仑），但代价高昂：投资超过50亿美元。
此类大规模投资无法依赖来彻底消除污水外排，且其本身可能不堪重负，尤其是在日益频繁的极端天气影响下。在印第安纳州，耗资20亿美元的DigIndy隧道系统目前正在建设中，预计于2025年竣工，旨在将CSO排放量减少高达97%。然而，该项目是依据20世纪90年代的降雨数据设计的。人们担心，新隧道的容量将被超出，原因是未来几十年该州降水量将持续增加。全球各地的气候预测均警示，未来将出现更多极端降水事件，多英寸的降水总量可能在短短数小时内降落。
显然还需要其他解决方案。一些成本较高的选项包括改善废水流量监测、将雨水管道与污水管道相互分离，以及扩建处理设施。快速水处理技术也在研发之中。
专家们一致认为：不存在单一的CSO解决方案，而需要采取一系列行动。“这是绿色与灰色基础设施的结合，”Barry Liner表示，他是水环境联合会的首席技术官。
重新思考城市空间：以小见大
全球人口预计将达到97亿，到2050年，居住在城市中的人口数量也将增加，进一步加大卫生系统的压力。这一状况与气候变化的影响相结合，使废水处理问题日益严重，并有可能使现有系统不堪重负。
正是这一原因，迫切需要重新思考城市设计方式，Aaron Tartakovsky表示，他是Epic Cleantec的联合创始人兼首席执行官。他将可持续水资源和废水管理称为“21世纪的决定性全球挑战”。
作为这一新城市愿景的一部分，Tartakovsky的公司开发了一套系统，该系统不在集中式废物处理厂处理水，而是在废物产生的建筑物内捕获和处理水。水在建筑内净化后无需排放，其洁净程度足以回收用于非饮用用途。此外，该过程还能生产宝贵的天然肥料和热能，两者均可在本地使用。
“正如屋顶太阳能和分布式发电帮助电网实现了去中心化，我们相信，现场水回用能够提升水基础设施的韧性，”Tartakovsky表示。“我们在这方面仅落后能源行业10至15年。”
分散式系统对全球解决废水污染问题必不可少，废水专家Riccardo Zennaro表示认同，他任职于联合国环境规划署（UNEP）。
“传统系统，即废水处理，通常成本非常高昂，”同时它们过于集中化，无法应对不断变化的城市增长模式。“在某些地区，这些[集中式系统]效果不佳，且由于条件限制和资金短缺而无法建设，”他解释道。“这就是为什么小型化是最有效的方式。”
利用基于自然的解决方案（NbS）重塑城市区域，被认为是一种更加可及、经济实惠的选择，尤其是在应对紧迫的CSO问题方面。这些技术由国际自然保护联盟定义为“旨在有效且适应性地保护、可持续管理和恢复自然或经改造的生态系统，以应对社会挑战，同时提供人类福祉与生物多样性效益的行动。”
其中一种NbS——绿色基础设施，将通过人工湿地、社区绿地、雨水花园、屋顶花园、生物洼地（bioswales），以及雨桶和蓄水池，并辅以透水铺装，以吸收、储存和再利用雨水径流，从而彻底变革城市规划与设计。
例如，人工湿地通常被UNEP的Zennaro描述为“经济实惠、可运行且可靠”，并可根据需要以小型或大型规模运行，既适用于城市环境，也适用于农村环境。
这些分散式的基于自然的解决方案能够大幅减少废水污染，有效去除氮、磷、病原体和农药等污染物，并可补充现有的处理基础设施。其他效益，据Water Cities高级顾问Katharine Cross表示，包括防洪、营造栖息地与户外休闲空间、调节温度，以及在某些情况下的碳封存。
一个例子是位于曼谷的朱拉隆功百年公园。这座水景开放空间于2017年建成，可收集、处理并蓄存高达3780立方米（100万加仑）的水，在强降雨期间缓解超负荷运行的市政污水设施的压力，据《联合国气候变化框架公约》。该公园由用于过滤和净化水的湿地、蓄水池和地下储水罐组成，既支持水处理，又降低洪水风险，并为城市居民提供绿色空间。
Cross曾是一个团队的成员，该团队于去年发表了一篇综述，考察了全球各地的NbS场地。“我们想做的是整理出一份相当实用的资料，使不同用户，尤其是废水公用事业单位和经常运营废水处理厂或废水项目的市政当局，能够了解使用基于自然的解决方案的各种选择，”她说。
为辅助规划人员，一款在线工具正由加泰罗尼亚水研究所与欧盟资助的MULTISOURCE项目共同开发；该工具将使从业者能够识别哪些NbS最适合其所在地区，从而推动多个国家的本地NbS规模化应用。
但即使是NbS解决方案，在废水管理方面也并非没有局限。视场地和所用方案而定，NbS在去除重金属或抗生素耐药基因等污染物方面，成效可能有限。另一个常被忽视的事实是：这些设施虽属基于自然的技术，仍需定期投入资金进行维护与保养，Cross补充道。在每项设计中都必须纳入周密规划，包括考虑NbS的局限性、哪些废物可以处理、哪些不能处理，以及各类解决方案如何符合各国的具体监管要求，她解释道。
联合国环境规划署关于加勒比地区NbS实施情况的一份报告，该地区估计有85%的废水未经处理即排入海洋。该报告概述了NbS解决方案所能提供的广泛潜在环境与社区保护效益。但该文件同时也强调了挑战之大：“提高教育和认识、改进规划与设计、加大科学分析与监测的资源投入、健全法律和监管职能，以及为水健康设立专项资金，都是NbS项目取得成功所必需的。”
转变我们的愿景：从废物到资源
专家表示，要真正以可持续方式应对污染问题，只有一种途径：捕获、转化并再利用所有废物，将其变为宝贵资源。这一对21世纪至关重要的愿景，体现在“循环经济”一词之中。
例如，氮和磷是人类排泄物中所含的关键资源。该每年产生的人类排泄物数量，如今这些废水常常污染水生生态系统，联合国环境规划署的一份报告称，它“有潜力替代目前农业用地合成肥料中25%的氮和15%的磷，并提供足以灌溉全球目前灌溉农田15%的水”。
现有的去除氮和磷的解决方案已经存在，但它们耗费大量资源、需要大量能源，在某些情况下不适用于较小的污水处理厂。对污水处理厂进行升级改造可以实现重大减排，但仍需更多努力。
美国爱荷华州的一家初创企业开发了一种旋转藻类生物膜系统，不仅能去除氮和磷，还能实现废水再利用。在现有污水处理厂中加装的水平输送带浸入废水中，附着在输送带上的藻类以水中的营养物质为食。藻类一旦接触到二氧化碳和阳光便开始生长。“随后我们便可以收获藻类，对其进行加工，并作为肥料出售，”推广这一创新技术的公司Gross-Wen Technologies（GWT）首席运营官Max Gangestad说道。Gross-Wen Technologies（GWT）
“这样一来，我们就能将氮[和]磷保留在生态系统中，”Gangestad接着说道。他补充道，虽然该系统无法去除所有的氮和磷，但能将其降至较低水平。GWT希望利用这项低影响技术，将系统培育的藻类转化为生物塑料或生物燃料等其他产品。
经过适当处理和净化的水可用于多种用途，包括作为饮用水——这对全球数百万人而言已是现实。在新加坡，该国人口570万中，估计有40%的饮用水和非饮用水需求来自再生水源。这一再生水系统被称为“NEWater”，该比例预计将在2060年前提升至55%。美国各地也运营着类似的先进处理设施，为数以千计的家庭提供回收的饮用水，且更多设施正在建设中。例如，加利福尼亚州的奥兰治县水务区正在实施地下水补给系统，计划在2023年前为100万人提供低成本饮用水。
在家庭层面回收资源，惠及那些几乎或完全无法获得卫生设施的人群，也已在望。比尔及梅琳达·盖茨基金会已投入数百万美元开展其“重新发明厕所”挑战，旨在重新构想一种系统，既能同时消除排泄物对人类和环境的危害，又能将人类排泄物转化为电力、饮用水和肥料。
废弃物探讨
尽管污水和废水污染问题的解决方案众多，但Mongabay采访的几位专家在两点上达成了共识：技术的作用有限，而改变公众观念至关重要。
除了粗俗幽默之外，人们通常避免谈论身体排泄物，尤其是冲走之后会发生什么。The Nature Conservancy高级科学家兼战略顾问、海洋污水联盟联合创始人Stephanie Wear表示，要打破这一禁忌、开展公开讨论，对于推动解决人类排泄物问题所需的社会变革至关重要。海洋污水联盟。
Wear表示：“我从我们所做的工作中认识到，在这一切中，我们多么容易忽视对人类行为的思考。行为与技术同样是解决方案的一部分。你必须让人们使用它，你必须让人们愿意使用它。”
Tartakovsky表示，人们往往比预想的更加开放。“我们已经发现，公众对水资源再利用的接受度实际上远高于行业过去的设想。”在他看来，把科学讲清楚至关重要。
尽管挑战艰巨，Wear及其他人仍持乐观态度，认为事态正朝着正确的方向发展。知识在不断增长，创新成果不断涌现。她表示，未来进步的关键在于公共部门与私营部门以及其他利益相关方之间加强对话与合作；各方必须认识到对人类健康和环境的双重影响，并携手推进可大规模落地且价格可承受的解决方案。
“除非我们开始谈论那些让我们有点难堪的话题，否则这个问题永远无法解决。也许这有点尴尬，”Wear总结道，“但如果我们不谈论它，就无法解决这个问题。”
