摘要：“節(jié)約-循環(huán)-減排”是實現(xiàn)水資源高效利用的重要途徑。近年來，我國不斷發(fā)展完善污水深度處理與再生水回用技術體系，污水收集治理水平及再生水資源利用水平大幅提升。研究基于公開統(tǒng)計數(shù)據(jù)和文獻報道，調研了水資源利用現(xiàn)狀，對水資源再生利用技術及應用案例進行總結分析，結合再生水利用技術進展，從不同應用終端梳理了再生水利用在城市工業(yè)、農田灌溉和生態(tài)補水領域的實踐案例，同時針對再生水利用的風險局限，從生產生活和生態(tài)環(huán)境方面，提出了風險控制管理建議，旨在為水資源治理保護、綠色循環(huán)和高效利用提供有力參考。

關鍵詞：水資源；再生水；應用案例；風險

控制；管理建議

基金項目：河北省省級科技計劃資源與環(huán)境創(chuàng)新專項項目“白洋淀流域水生生物保護水質基準和優(yōu)控污染物水質標準研究”（20374204D）

引言

我國華北地區(qū)水資源稟賦條件總體較差，資源性缺水嚴重，20世紀70年代就開始大規(guī)模開發(fā)利用地下水，是世界上地下水開發(fā)范圍最廣、規(guī)模最大、強度最高的地區(qū)。由于華北地區(qū)長期依靠超采地下水支撐經濟社會發(fā)展，因而引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境地質問題，如備受關注的地下水“大漏斗”問題，治理修復迫在眉睫。

區(qū)域水資源循環(huán)利用及再生水回灌補給對解決地下水超采問題具有重要生態(tài)意義，相比高成本海水淡化、跨流域調水、冰川利用等水資源獲取手段，再生水利用成本較低，且污水處理再生利用有益于生態(tài)環(huán)境改善和水生態(tài)良性循環(huán)，在全球范圍內均能有效發(fā)揮重要的社會、經濟和生態(tài)效益，因此再生水利用具有顯著的發(fā)展優(yōu)勢。本研究針對我國水資源現(xiàn)狀，結合新時代、新發(fā)展階段戰(zhàn)略布局和目標舉措，探索總結水資源再生利用技術研究與管理實踐進展，對實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境高質量保護及經濟社會高質量發(fā)展具有重大現(xiàn)實意義。

1我國水資源利用現(xiàn)狀

根據(jù)國家水利部2022年6月發(fā)布的2021年度《中國水資源公報》可知，水資源利用情況中，生活用水占比15.40%、農業(yè)用水占比61.50%、工業(yè)用水占比17.70%、人工生態(tài)環(huán)境補水占比5.40%；全國供水總量中，其它水源供水量占比2.3%，再生水、集蓄雨水利用量分別占比 84.6%、5.0%；城鎮(zhèn)污水處理量顯著增加，處理能力和效率均得到明顯提升，與2020年相比，2021年萬元國內生產總值用水量和萬元工業(yè)增加值用水量分別下降5.8%和7.1%。目前，在全國城鎮(zhèn)污水處理中，再生水工程規(guī)模占比超1/4，同時隨著污水深度處理與再生水回用技術體系的不斷發(fā)展完善，一系列再生水工程應用示范已經取得了重大技術突破，國內水務行業(yè)治污水平和再生水資源利用水平大大提升，但再生水對水資源的補充供應仍有進一步提高的空間。

2再生水利用技術及實踐案例

2.1 再生水利用技術進展

經調研，國外發(fā)達國家再生水利用起步較早，日本再生水利用率已達90%，居世界首位；美國再生水大部分用于工業(yè)和農業(yè)領域，工業(yè)再生水、農業(yè)再生水分別占31%、60%；我國2001年才開始正式啟動再生水利用相關工程，歷經20余年的發(fā)展，在污水處理、凈化回用技術與設備創(chuàng)新應用方面均取得顯著進步，現(xiàn)已有效地推動了再生水合理化利用進程[1][2]。

再生水利用技術涉及多種污水處理方法和資源化技術工藝，包括沉淀過濾的物理處理方法、加氯或者加鐵的化學處理方法、活性污泥等生物處理方法，根據(jù)不同應用領域的再生水水質標準要求，污水處理程度和處理技術工藝不盡相同。如，污水二級處理常用工藝有活性污泥法、生物膜法；三級處理工藝包括混凝、過濾、生物濾池、人工濕地、微濾、超濾、臭氧等技術；高級處理工藝有納濾、反滲透、高級氧化、生物活性炭、離子交換等[3]。

2.2 再生水應用案例分析

經不同污水處理技術工藝處置后，再生水達到不同級別水質要求，可滿足多種使用功能，如工業(yè)利用（冷卻用水和鍋爐補給水）、城市雜用、景觀環(huán)境利用、綠地農田灌溉、河道/地下水生態(tài)補給等典型用途。目前，我國再生水在不同終端應用實踐，已積累了一些成功案例。

2.2.1城市工業(yè)應用

我國水資源利用統(tǒng)計和分析結果表明，工業(yè)冷卻水占工業(yè)用水總量的50%左右，主要用于給生產設備、工藝介質冷卻降溫。由于我國淡水資源分布不均，個別地區(qū)自來水供應能力明顯欠缺，嚴重影響正常工業(yè)生產活動，因此研究循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，在企業(yè)生產環(huán)節(jié)實現(xiàn)水循環(huán)再生利用，不僅可節(jié)約水資源，還能降低企業(yè)用水成本[4]。工業(yè)行業(yè)領域企業(yè)再生水應用分析如表1所示。

除表1中的工業(yè)應用案例外，再生水在城市規(guī)劃中也有不少成功的應用案例。王志勇等[9]通過對城市再生水人工濕地景觀設計工程進行生態(tài)績效評價，發(fā)現(xiàn)城市人工濕地對再生水具有凈化作用，再生水經過人工濕地后，水質相關檢測指標均明顯下降，再生水回用于人工濕地可提高濕地基質土壤肥力，保障了人工濕地景觀服務特性，且具有運行、維護成本低等經濟優(yōu)勢。李文靜[10]通過對再生水在城市綠地中的應用研究，表明短期內使用再生水對城市景觀綠化植物生長影響較小，將再生水作為城市綠地灌溉和景觀環(huán)境用水，有助于緩解景觀綠地水資源供需矛盾，促進生態(tài)可持續(xù)良性循環(huán)。王艷萍等[11]的研究表明，城市綠化和道路澆灑用水量較大，但對水質的要求較低，因此在實踐中綠地再生水供水可通過敷設再生水管網實現(xiàn)道路清掃，如灑水車可通過再生水設施就近補水。

2.2.2農田灌溉應用

連續(xù)多年的《中國水資源公報》統(tǒng)計結果均表明，我國農業(yè)用水占總用水量比例基本維持在60%以上，其中2021年的統(tǒng)計結果顯示農業(yè)用水占比61.5%，是用水組成的最大部分，因此未來農業(yè)用水可能成為制約我國發(fā)展的重要因素。我國北方干旱和半干旱地區(qū)占國土總面積的50%以上，統(tǒng)籌協(xié)調好再生水、雨水等非常規(guī)水資源在農田灌溉方面的合理應用，對于緩解北方干旱和半干旱地區(qū)農業(yè)用水緊張、保障農業(yè)生產、促進灌溉農業(yè)生產綠色和可持續(xù)發(fā)展具有重要的實踐價值。因此，再生水利用對緩解我國水資源供需矛盾具有重大現(xiàn)實意義[12]。

我國再生水灌溉區(qū)域集中在北方水資源嚴重短缺的黃、淮、海及遼河流域，主要涉及北京、天津、遼寧、山西、新疆5大灌區(qū)。再生水水質雖然比常規(guī)水復雜，但含有豐富的氮、磷等營養(yǎng)元素，應用于農田灌溉既可促進作物生長又能提高產量，同時還能減少化肥施用量[13]。目前，在我國南方，以太湖流域為典型區(qū)域的基于農業(yè)面源污染防治的示范工程，通過處置農村生活污水、優(yōu)化水肥管理、完善排水與灌溉系統(tǒng)，實現(xiàn)了富營養(yǎng)污染物氮磷等的農業(yè)種植全過程防控和近零排放，不僅取得重要技術突破，還形成“安吉模式”等具有推廣價值的技術模式。張亞平等[14]通過調研太湖流域農村生活污水處理工程，對應用的生物脫氮除磷技術、復合生物濾池技術、膜生物反應技術、活性污泥法進行了分析、比較，結果表明因地制宜并結合穩(wěn)定有效的經濟和管理機制選擇水處理技術模式，既能保障農村生活污水處理達到預期目標，又能對再生水農田灌溉提供技術指導。

2.2.3生態(tài)補水應用

《中國水資源公報》顯示，2021年我國人工生態(tài)環(huán)境補水用量為316.9億m3，占用水總量的5.4%。近年來，面對京津冀地區(qū)缺水難題，我國開展的京津冀地區(qū)水專項大多涉及再生水資源綜合利用，如“北運河上游水環(huán)境治理與水生態(tài)修復綜合示范項目”研發(fā)集成了非常規(guī)水源補給河道生物協(xié)同調控水質改善與水生態(tài)修復技術，從水資源效益方面為再生水用于水生態(tài)功能提升提供了有力的科學依據(jù)[15]；北京市通過人工補給河道積極廣泛地采取再生水補給措施，改善提升生態(tài)環(huán)境質量，“十三五”期間至潮白河順義段累計補給水量2.3×108m3 [16]。本研究以河北省為例，匯總梳理了如表2所示的河北省各地市在農業(yè)節(jié)水、工業(yè)循環(huán)用水及生態(tài)補水等方面積累的亮點工作經驗和具體措施。

3再生水利用管理與研究建議

根據(jù)我國再生水利用現(xiàn)狀，綜合考慮需求與風險，未來需針對再生水利用的風險因素及其作用機理、風險管控對策等開展深入研究，優(yōu)化管理思路。在應用創(chuàng)新方面，建議工業(yè)企業(yè)繼續(xù)大力發(fā)揮創(chuàng)新主體作用，加強針對再生水利用風險因素及水中不利因子的分級、分類管控；在技術與管理方面，建議政府部門及科研單位有針對性地提供前沿技術服務與政策支持，并在理論和應用上同步實現(xiàn)技術研究與材料突破，提升水處理和資源化能力，同時嚴格依規(guī)落實管控措施，促進雨、污水利用和廢水循環(huán)回用。

3.1 生產生活安全風險控制

受初始pH、含氯物質濃度等因子影響，污水處理廠出水與企業(yè)再生水的污染物質之間、水污染物與管道材料之間會發(fā)生生化反應、吸附效應[17]，導致輸配再生水水質變化、管道腐蝕等，因此需針對風險因子做好鑄鐵管材保護，及時更換耐腐蝕材料，確保生產安全和用水安全。羅曉松等[18]的研究表明，某污水廠再生水含鹽量增加，不僅影響了整個廠區(qū)循環(huán)水水質，還導致氯離子增加，造成了生產工藝隱患和風險，必須通過改進再生水循環(huán)水系統(tǒng)，才能在短期內協(xié)調焦化廢水、含釩廢水、綠色脫鹽廢水的合理使用；同時，引進或研發(fā)先進技術對濃鹽水進行深度處理，減少高鹽廢水輸入，增加循環(huán)水濃縮倍數(shù)，降低新水消耗，實現(xiàn)提高再生水水質和循環(huán)水利用率的目的。此外，針對再生水城市應用，還需進一步完善管線設施的規(guī)劃建設，匹配再生水與用戶，改進城市污水再生利用技術和設備，落實再生水居民用戶終端的水質、水量監(jiān)管，防止管道錯接引發(fā)的居民用水安全風險。

3.2 生態(tài)環(huán)境污染風險控制

由于再生水中氮磷營養(yǎng)鹽、內分泌干擾物、抗生素、重金屬、耗氧有機物等污染物濃度較高，會對生態(tài)系統(tǒng)造成長期不利影響，因而實施再生水補給河道時應開展河道水質狀況與污染分布特征研究，評價上、中、下游水質指標，分析再生水廠退水的影響，為再生水補水型河道水質管理提供技術參考[19]。李肇桀等[20]根據(jù)生態(tài)功能區(qū)、河湖庫水功能區(qū)、農田灌溉區(qū)、地下水回補區(qū)管理要求，研究和完善水資源再生利用技術體系，進一步細化和嚴格再生水水質指標，明確了再生水利用的區(qū)域范圍，制定了應急響應方案，開展合理的長期監(jiān)測，保障生態(tài)環(huán)境質量，防治生態(tài)環(huán)境污染風險；同時，嚴格落實《水生態(tài)監(jiān)測技術指南 河流水生生物監(jiān)測與評價（試行）》（HJ 1295-2023）、《水生態(tài)監(jiān)測技術指南 湖泊和水庫水生生物監(jiān)測與評價（試行）》（HJ 1296-2023）有關規(guī)定，做好再生水受納水體，包括河流、湖泊和水庫等區(qū)域的水生生物監(jiān)測及保護工作。

結語

通過對我國水資源利用現(xiàn)狀進行調研分析，以及結合污水處理再生技術發(fā)展與實踐應用，總結水資源循環(huán)利用趨勢及技術特征，概述涉及火電廠、造紙廠、化工廠、熱電廠等工業(yè)企業(yè)及典型流域農村地區(qū)、“京津冀”生態(tài)圈等領域的應用案例，同時針對再生水利用管理與研究，提出了基于生產生活和生態(tài)環(huán)境風險控制的優(yōu)化建議，以期為水資源再生利用提供思路和途徑，助力生態(tài)環(huán)境高質量保護、經濟社會高質量發(fā)展。

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作者簡介

徐玉（1991—），女，漢族，河北保定人，博士， 工程師， 研究方向為生態(tài)學。

李橙（1985—），女，漢族，河北滄州人，碩士， 高級工程師， 研究方向為環(huán)境工程。

鄭冰冰（1994—），女，漢族，河北邯鄲人，碩士， 工程師， 研究方向為環(huán)境工程。

通信作者

田在鋒（1971—），男，漢族，河北邢臺人，碩士， 正高級工程師， 研究方向為水環(huán)境

治理修復。