穆瑩　王金麗

摘 要

非常規(guī)水資源在增加供水量、減少污染排放、提高用水利用率、從災(zāi)害化向資源化轉(zhuǎn)變等方面具有重要作用。本文介紹了再生水、海水淡化水、雨洪水三種非常規(guī)水源的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀和回用途徑，針對(duì)我國(guó)目前存在問(wèn)題分別提出了對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞

非常規(guī)水資源;再生水;海水淡化水;雨洪水

中圖分類號(hào)： TV213.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.083

我國(guó)是世界上水資源匱乏的13個(gè)國(guó)家之一，雖然我國(guó)年均水資源總量居世界第6位，但由于人口眾多，且地域和時(shí)空分布不均，致使許多城市處于嚴(yán)重缺水的現(xiàn)狀。根據(jù)2019年《中國(guó)水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，全國(guó)水資源總量為23256.7億m3，比常年值偏少16.1%，為1956年以來(lái)最少的一年。2019年全國(guó)總用水量6107.2億m3，全國(guó)人均用水量為454m3。而國(guó)際公認(rèn)的瑞典水文學(xué)家馬林·法爾肯馬克對(duì)水資源極度短缺的定義為1000立方米/年以下。在我國(guó)水資源如此短缺的形勢(shì)下，還同時(shí)面臨著水資源的污染問(wèn)題?！吨袊?guó)環(huán)境狀況公報(bào)》報(bào)道，2018年，全國(guó)地表水監(jiān)測(cè)的1935個(gè)水質(zhì)斷面（點(diǎn)位）中，Ⅰ～Ⅲ類比例僅為71.0%。為解決水資源日益尖銳的供需矛盾，傳統(tǒng)開源節(jié)流的方式已不足以解決水資源短缺的根本問(wèn)題，加大非常規(guī)水資源開發(fā)利用勢(shì)在必行。

非常規(guī)水資源是指在傳統(tǒng)水利觀念下不被列為開發(fā)利用對(duì)象的供水水源類型。包括：再生水、海水淡化水、雨洪水等。

1 再生水

再生水是污水經(jīng)適當(dāng)處理后，可達(dá)不同水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，用于不同途徑，可再生利用的非飲用水。是國(guó)際公認(rèn)的“城市第二水源”。

1.1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

目前以美國(guó)、日本、以色列、新加坡為代表的多個(gè)國(guó)家，已成功將再生水回用于各個(gè)領(lǐng)域。

美國(guó)[1，2]亞利桑那州在1920年將城市污水再生利用從試驗(yàn)研究階段發(fā)展到生產(chǎn)應(yīng)用階段。20世紀(jì)60年代，美國(guó)大規(guī)模建設(shè)污水處理廠回收利用生活污水。美國(guó)環(huán)保局于1992年提出再生水回用建議指導(dǎo)書，包括了廢水回用等各個(gè)方面。2000年加利福尼亞州污水再生利用量8.64×108m3。美國(guó)洛杉磯市計(jì)劃2050年城市再生水利用占污水總量的69%，相當(dāng)于該市總需水量的42%。再生水作為合法的替代水源，成為美國(guó)城市水資源的重要組成部分。加利福尼亞州的《水質(zhì)控制法》規(guī)定，當(dāng)有再生水可以利用時(shí)，禁止使用自來(lái)水進(jìn)行綠地澆灌。

日本人口密度差異導(dǎo)致了水資源分配不均，致使有些地區(qū)出現(xiàn)了水資源短缺狀況。就此，日本于1955年開始再生水研究利用。至20世紀(jì)70年代，瀨戶內(nèi)海當(dāng)?shù)匚鬯赜昧窟_(dá)2/3;80年代中期，日本的城市污水每年有6.3×107m3/d 以上可回收利用。2002年，日本建設(shè)了各種中水利用設(shè)施2789處，再生水主要用于城市污水集中處理回用和分散處理回用[1，3]。

以色列[1，4]70%的國(guó)土為沙漠，水資源極度貧乏，在中水回用方面最具特色，20世紀(jì)60年代的污水回用政策中規(guī)定，在污水沒有用盡的情況下不得采用海淡水，城市的每一滴水都至少回用一次。以色列對(duì)水資源管理、利用非?？茖W(xué)，為提高水資源利用率，制定了健全的水資源管理制度并設(shè)立了相關(guān)機(jī)構(gòu)，在大部分城市建成排污系統(tǒng)，建立了一系列的工程和非工程措施。1987年以色列利用已有的210個(gè)市政污水回用工程，回用100%的生活污水和72%的市政污水。

新加坡水資源人均占有量210m3，屬于極度短缺。早在1974年新加坡公用事業(yè)局（PUB）便開始探索再生水回用。之后建立了新生水廠，其出水可達(dá)到直接飲用的要求，2003年已成為新加坡供水來(lái)源之一。目前新加坡的四座大型新生水廠每天可提供120多萬(wàn)方新生水，占自來(lái)水供應(yīng)量的20%左右。新生水各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均超過(guò)一般自來(lái)水，高出世界衛(wèi)生組織規(guī)定的國(guó)際飲用水一般標(biāo)準(zhǔn)50倍，得到了新加坡居民的一致認(rèn)可。

除此之外，波蘭、沙特阿拉伯、巴西、墨西哥、秘魯、智利、突尼斯、阿根廷等國(guó)的污水再生利用也較普遍[1]。

我國(guó)早在20世紀(jì)50年代開始采用污水灌溉，但近30年才真正將污水深度處理回用發(fā)展起來(lái)的。在污水處理回用方面，我國(guó)從“六五”至“九五”先后開展了多項(xiàng)重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃，取得了大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和研究成果。至“十五”，綱要明確提出污水回用進(jìn)入全面啟動(dòng)階段[5]。根據(jù)《中國(guó)水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)污水處理回用量32.9億m3。相比而言，我國(guó)對(duì)再生水的利用，無(wú)論從處理規(guī)模、技術(shù)、效果，還是利用范圍仍存在較大差距。

1.2 再生水回用途徑

目前，各國(guó)對(duì)再生水的主要應(yīng)用途徑為：景觀用水、河道補(bǔ)給、冷卻用水、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)林灌溉、市政雜用、綠化澆灑、地下水回灌等。

美國(guó)對(duì)再生水的利用，按照用水量依次為農(nóng)業(yè)灌溉、景觀灌溉、工業(yè)回用、地下水回灌、景觀補(bǔ)水。美國(guó)加利福尼亞州2009年8.94億m3的再生水，有47%回用于城市綠地或農(nóng)業(yè)灌溉[6];佛羅里達(dá)州有超過(guò)40%的再生水用于景觀灌溉。

日本2010年再生水不同用途回用比例為景觀用水和河道補(bǔ)給占54%，融雪用水占21.8%、農(nóng)業(yè)灌溉用水占8.6%、服務(wù)業(yè)用水占8%、沖廁用水占3.8%、工業(yè)用水和綠化占0.8%、市政用水占0.4%[7]。日本對(duì)再生水的利用方式主要為景觀河道，20世紀(jì)80年代，日本便通過(guò)補(bǔ)水復(fù)活了150余條無(wú)固定水源小河的景觀功能。

以色列的再生水主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、地下水回灌和河道補(bǔ)給，所占比例分別達(dá)到46%、33.3%、20%[1，4]。三項(xiàng)之和已超過(guò)99%。

新加坡再生水主要應(yīng)用于高精工業(yè)、制藥業(yè)和冷卻系統(tǒng)用水，部分再生水經(jīng)處理后通過(guò)與給水水源混合，間接用于飲用。

我國(guó)已在景觀環(huán)境、工業(yè)、農(nóng)林、地下水回灌等多領(lǐng)域進(jìn)行再生水的利用研究。其中，將再生水用于景觀環(huán)境，主要是用于河湖補(bǔ)水，“十二五”期間，天津生態(tài)城的靜湖補(bǔ)水構(gòu)建了一整套體系方案，到目前為止水質(zhì)保持良好，但是也有一些湖泊補(bǔ)充再生水后出現(xiàn)嚴(yán)重的水華現(xiàn)象，因此不同河湖水質(zhì)對(duì)應(yīng)的再生水補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)，仍需進(jìn)一步研究。農(nóng)林用水主要指農(nóng)林灌溉用水，但是由于我國(guó)城鎮(zhèn)污水成分復(fù)雜，常含威脅人體健康的有毒有害物質(zhì)，從而限制了再生水用于農(nóng)田灌溉的發(fā)展，目前，隨著污水廠提標(biāo)改造的進(jìn)行，許多大型化工、印染等工業(yè)廢水已禁止作為污水來(lái)源。將再生水回灌地下水對(duì)水質(zhì)有較高的要求，為防止地下水污染，回灌前必須去除有毒有害物質(zhì)，目前我國(guó)對(duì)再生水回灌地下水的技術(shù)研究仍處于起步階段。再生水的城市雜用主要用于沖廁、道路清掃、城市綠化、車輛沖洗、建筑施工和消防用水[5]，城市雜用水與人體有最為直接的接觸，目前延用的城市雜用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并未涉及病毒微生物等毒性指標(biāo)，尚需進(jìn)一步完善。

此外，我國(guó)2013年頒布的《城鎮(zhèn)排水與污水處理?xiàng)l例》明確規(guī)定，工業(yè)生產(chǎn)、城市綠化、道路清掃、車輛沖洗、建筑施工以及生態(tài)景觀等，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用再生水。

2 海水淡化水

海水淡化，是指利用海水脫鹽技術(shù)生產(chǎn)淡水，以增加水資源總量。

以色列70%的飲用水來(lái)自海水淡化水;美國(guó)的海水利用主要用于市政，占89.5%;沙特阿拉伯是目前全球最大的海水淡化生產(chǎn)國(guó)，2010年產(chǎn)量達(dá)到11億m3[8]，世界海水淡化的產(chǎn)量大約是5000萬(wàn)m3/d。其中，中東地區(qū)占55%，美國(guó)占15%，歐洲占9%，亞洲占8%，中國(guó)海水淡化產(chǎn)水量不足20萬(wàn)m3/d，不到世界總量的3‰。

我國(guó)海水淡化受政策、技術(shù)和價(jià)格等因素影響，發(fā)展速度相對(duì)其他國(guó)家緩慢，自“十五”期間把海水淡化列為示范項(xiàng)目以來(lái)，已先后在天津市、大連市、青島市和浙江省建設(shè)了一批海水淡化項(xiàng)目。直至“十一五”期間海水淡化產(chǎn)業(yè)才開始擴(kuò)大。根據(jù)2019年《中國(guó)水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，我國(guó)海水淡化水量目前為1.0億m3。

目前海水淡化的方法有幾十種之多，但根據(jù)淡化原理可劃分為蒸餾法、膜法、電滲析法和冷凍法4種類型，每種類型又可細(xì)分為不同處理方法，其中應(yīng)用最多、也最為普遍的處理方法是多級(jí)閃蒸（MSF）和反滲透（RO）。能耗是影響海水淡化成本的直接因素。隨著膜技術(shù)的大量推廣，海水淡化的能耗指標(biāo)降低了90%左右，其成本隨之大為降低。國(guó)外大部分海水淡化廠采取水電聯(lián)產(chǎn)的方式，從而降低成本，這也是目前大型海淡工程的主要建設(shè)模式。目前，我國(guó)海水淡化成本已經(jīng)降到4～7元/m3。如果進(jìn)一步開展海水綜合利用，如把淡化后的濃鹽水用來(lái)制鹽或提取化學(xué)物質(zhì)，則海水淡化成本還可大大降低。

3 雨洪水

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)許多綠色地塊變成了高樓大廈、硬質(zhì)路面，面對(duì)汛期時(shí)的暴雨襲擊，缺乏相應(yīng)的排澇能力，很多城市相繼出現(xiàn)馬路上“劃船”的現(xiàn)象，城市低洼處更是存在被淹的風(fēng)險(xiǎn)，居民的人身、財(cái)產(chǎn)受到侵害，同時(shí)，用電設(shè)施也會(huì)成為一大隱患。雨洪水水質(zhì)較好，若僅強(qiáng)調(diào)疏、排，則造成了水資源的浪費(fèi)。近幾年隨著海綿城市的建設(shè)，很多地區(qū)遵循“滲”、“滯”、“蓄”、“凈”、“用”、“排”六字方針，將雨洪水從災(zāi)害化向資源化轉(zhuǎn)變，最大可能的滿足用水需求，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境改善的雙重目標(biāo)。

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)雨水利用的重視始于20世紀(jì)60年代，通過(guò)技術(shù)研究和制定相關(guān)法律、法規(guī)，逐步實(shí)現(xiàn)城市雨水資源化。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已建立了完善的屋頂蓄水系統(tǒng)和由入滲池、井、草地、透水地面等組成的地表回灌系統(tǒng)，將收集的雨水回用于沖廁、洗車、澆灑庭院、洗衣和回灌地下等，雨水資源化技術(shù)及程度較高。在愛爾蘭，國(guó)民94%的水源供應(yīng)可由GW和DRWH系統(tǒng)處理的雨水替代。英國(guó)的SuDS和澳大利亞的WSUD在本國(guó)雨水資源化利用與管理實(shí)施中也起到了較好的成效[9，10]。

我國(guó)城市雨水資源化研究與利用嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，始于20世紀(jì)80年代，為解決西北地區(qū)干旱缺水的問(wèn)題，我國(guó)開始實(shí)施雨水利用工程，如甘肅省的“121”工程和集雨節(jié)灌工程、寧夏回族自治區(qū)的水窖節(jié)灌工程等，雨水集蓄利用形成了一定的規(guī)模。20世紀(jì)90年代，水資源緊缺和生態(tài)問(wèn)題隨著城市化發(fā)展越發(fā)顯現(xiàn)，北京、上海、哈爾濱、大連、西安等城市也加入了雨水集蓄利用的行列，并且在雨水資源化利用的研究和示范應(yīng)用方面積累了一定經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)雨洪的季節(jié)性和區(qū)域性差異，完善區(qū)域本底情況調(diào)研，結(jié)合海綿城市建設(shè)，進(jìn)一步合理規(guī)劃雨洪水資源利用，完善相關(guān)協(xié)調(diào)制度。目前，根據(jù)《中國(guó)水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)集雨工程水量10.9億m3。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民對(duì)美好生活的向往，在常規(guī)水資源日漸珍貴的今天，對(duì)非常規(guī)水資源合理開發(fā)利用、制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、建立相關(guān)協(xié)調(diào)機(jī)制的需求更加凸顯，已成必然之舉。同時(shí)健全非常規(guī)水資源利用相關(guān)的法律法規(guī)和水價(jià)體系，并向社會(huì)進(jìn)行普及推廣，可為水資源的最大化利用提供有效保障。

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