城市污水再生利用現狀分析
論文作者:王洪臣 甘一萍 周軍 應啟鋒 王佳偉
摘要:地球上總的水體積大約為14億km3,其中只有2.5%是淡水,大部分以永久性冰或雪的形式封存于南極洲和格陵蘭島,而可供人類利用的部分僅有20萬km3 [1]。 中國 多年平均水資源總量28100億m3,人均水資源量2200m3,排在世界第88位,人均水資源僅為世界人均的四分之一[2~3]。根據“國際人口行動”對我國水資源進行的總體評價,預計到21世紀中葉我國人口達到16億高峰時,人均水資源量將下降到1760m3,全國將接近用水緊張國家的邊緣[4]。而且,我國水資源的時空分布不均,南方多北方少,更加劇了局部水資源的短缺狀況。北方干旱半干旱地區全年的降水量主要集中在7、8、9三個月,使得這些地區可以利用的水資源尤其顯得不足。
關鍵詞:城市污水 再生利用 現狀 分析
1 概論
1.1 我國的供水狀況
1.1.1 水資源狀況
地球上總的水體積大約為14億km3,其中只有2.5%是淡水,大部分以永久性冰或雪的形式封存于南極洲和格陵蘭島,而可供人類利用的部分僅有20萬km3 [1]。中國多年平均水資源總量28100億m3,人均水資源量2200m3,排在世界第88位,人均水資源僅為世界人均的四分之一[2~3]。根據“國際人口行動”對我國水資源進行的總體評價,預計到21世紀中葉我國人口達到16億高峰時,人均水資源量將下降到1760m3,全國將接近用水緊張國家的邊緣[4]。而且,我國水資源的時空分布不均,南方多北方少,更加劇了局部水資源的短缺狀況。北方干旱半干旱地區全年的降水量主要集中在7、8、9三個月,使得這些地區可以利用的水資源尤其顯得不足。
1.1.2 供水現狀調查
從20世紀50年代中期到90年代末期,我國城市年總供水量從9.6億m3增加到470.5億m3,其中 工業 用水289.4億m3,占61.5%;城市生活用水181m3,占38.5%。 目前 城市年總供水量已達640億m3,2000年底日供水能力達21.8億m3,供水普及率達到96.7%,估計目前城市用水缺水率平均為10%[5]。其中, 經濟 發展 比較迅速的沿海地區缺水嚴重的城市供水情況如表1所示。
表1 沿海地區缺水嚴重的城市分區統計表(不含市轄縣)
分區 |
城市數(個) |
1990年城區人口(萬人) |
1990年供水量(億m3) |
2000年城區人口(萬人) |
2000年供水量(億m3) |
|
沿海地區合計 |
48 |
7133.44 |
129.76 |
9565.50 |
153.54 |
|
北方片 |
環渤海區 |
25 |
4087.59 |
55.52 |
4760.30 |
60.13 |
蘇滬區 |
9 |
1575.52 |
48.59 |
2122.10 |
55.17 |
|
小計 |
34 |
5663.11 |
104.11 |
6882.30 |
115.3 |
|
南方片 |
浙閩區 |
5 |
488.20 |
8.72 |
868.20 |
10.74 |
兩廣區 |
7 |
908.60 |
16.0 |
1719.50 |
22.21 |
|
海南 |
2 |
73.33 |
0.93 |
95.50 |
5.29 |
|
小計 |
14 |
1470.13 |
25.65 |
2683.20 |
38.24 |
資源來源:根據水利部1993、2000年關于我國城市缺水情況的報告(整理)
1.1.3 各用水方向的用量及比例情況
城市工業用水由工業規模大小和工業行業結構確定。工業用水中火電是第一大部門,占工業用水量的1/4左右,其次是造紙、化工、冶金、食品4個行業。主要工業行業單位產品用水量見表2。(其中包括市政環境用水、商業、辦公、事業單位用水和居民生活用水等)近年來,隨著我國城市人口增加和生活水平提高,生活用水急劇增長,全國城市生活用水年平均增長速度為3~5%。我國不同城市規模城市生活用水量見表3。從表3可以看出:特大、大城市生活綜合用水量在177~260.8L/人•d之間;中、小城市生活綜合用水量在136~208L/人•d之間;北方城市用水量明顯低于南方城市;居民生活用水占綜合用水的50.5%~79.2%。2000年底全國城市平均生活用水量為220.2L/人•d。
當前工業用水占城市供水總量的61.5%,到2030年將占68~73%,表明城市水資源利用結構總體來說是從生產、生活并重型向生產主導型轉換,因此,注重城市工業節水是減緩城市水資源供需矛盾的關鍵。
表2 主要行業單位產品用水量[5]
產品名稱 |
單位 |
用水量 |
產品名稱 |
單位 |
用水量 |
產品名稱 |
單位 |
用水量 |
棉紡織 |
m3/100m |
2.5 |
紙漿造紙 |
m3/t |
210 |
鋼 |
m3/t |
4 |
毛紡織 |
m3/100m |
31 |
紙 |
m3/t |
50 |
軋鋼 |
m3/t |
5.5 |
紡織 |
m3/100m |
3.7 |
豬屠宰加工 |
m3/頭 |
0.55 |
醫藥 |
m3/萬元 |
130~250 |
麻織 |
m3/100m |
760 |
牛屠宰加工 |
m3/頭 |
1.20 |
彩色顯像管 |
m3/只 |
0.6 |
粘膠 |
m3/100m |
580 |
羊屠宰加工 |
m3/只 |
0.40 |
機械 |
m3/萬元 |
45 |
滌綸 |
m3/100m |
47 |
皮革加工 |
m3/張 |
0.84 |
平板玻璃 |
m3/箱 |
0.82 |
印染 |
m3/100m |
2 |
硫酸 |
m3/t |
20~70 |
水泥 |
m3/t |
0.8 |
味精 |
m3/100m |
150 |
氯堿 |
m3/t |
15~20 |
載重汽車 |
m3/輛 |
18~30 |
湎精 |
m3/t |
42 |
染料 |
m3/t |
40~50 |
轎車 |
m3/輛 |
10~20 |
啤酒 |
m3/t |
42 |
三膠 |
m3/t |
145 |
火力發電 |
m3/SGW |
1 |
罐頭 |
m3/t |
65 |
煉鐵 |
m3/t |
8 |
表3 我國不同城市規模生活用水量(單位: t/人•d) [6]
北 方 |
南 方 |
|||||||||
城市 規模 |
綜合 水量 |
居住 用水量 |
比例 (%) |
公共 用水量 |
比例 (%) |
綜合 水量 |
居住 用水量 |
比例 (%) |
公共 用水量 |
比例 (%) |
特大 |
177 |
102.9 |
58.1 |
74.2 |
41.9 |
260.8 |
166.8 |
63.9 |
94.0 |
36.1 |
大 |
179 |
98.8 |
55.2 |
80.4 |
44.8 |
204 |
103.0 |
50.5 |
101.0 |
49.5 |
中 |
136 |
96.8 |
71.2 |
39.9 |
28.8 |
208 |
148.9 |
71.6 |
59.1 |
28.4 |
小 |
138 |
79.3 |
57.5 |
58.7 |
42.5 |
187.6 |
148.5 |
79.2 |
39.1 |
20.8 |
1.1.4 制水和輸水成本及供水價格
為了應對水資源供需日益尖銳的矛盾,傳統上人們通常采用開發地表水,開采地下水資源,以及跨流域調水作為傳統解決方案。在傳統方式之外,開發非傳統水源是解決水資源短缺 問題 的另一條行之有效的途徑,在非傳統水源中,污水再生利用具有廣闊的 應用 前景[7]。
首先,在未充分利用城市污水的水資源能力前,不應上長距離調水和海水淡化項目。目前城市污水處理(二級處理)投資大約在900~1400元/(m3•d),在此基礎上的再生處理約400~600元/(m3•d)。加上管網配套總計600~1000元/(m3•d)。到“十五”末期形成40億立方米水源的投資大約在100億元左右。而形成同樣規模的長距離引水,以大連引英入連為例[8],則需600億元左右,海水淡化則需1000億元左右,可見污水回用在經濟上具有明顯的優勢。
其次,在適用的地方使用再生水可以使供需雙方獲利。國內外同類經驗與測算表明,對城市污水廠二級處理出水,采用混凝-沉淀-過濾-消毒技術處理,在管網長度適宜條件下,每日10 000 m3回用量以上工程的噸水投資都應在800元以下,處理成本0.7元以下,遠低于城市水價。按現在國內外通行慣例,中水價格一般為自來水價格的50%~70%。以長春市為例,長春市水價4.17元/m3,中水價格以自來水價格的中值60%計,應為2.5元,需水方噸水節省1.67元,供水方噸水獲利1.8元左右[9]。供水方兩年內可收回投資,供需雙方經濟效益都十分顯著。
1.2 國外的污水再生利用
20世紀上半葉在水和廢水處理的物理、化學和生物方面的技術進步,導致了“污水再生利用 時代 ”的到來[10]。國際上,美國、日本、以色列、南非、澳大利亞、俄羅斯等國早已開展污水經處理后回用的工作[11]。
1.2.1 美國模式
美國的城市污水處理等級基本上都在二級以上,處理率達到100%。自1920年在亞利桑那州修建第一個分質供水系統用于澆灌綠地、沖廁、洗車、冷卻水和建筑等以來,美國的城市污水再生利用已經從試驗 研究 階段進入生產應用階段,再生水作為一種合法的替代水源,正在得到越來越廣泛的利用,成為城市水資源的重要組成部分,城市再生水利用設施的數量和規模隨之迅速增長。美國再生水利用的范圍涉及農業、工業、地下水回灌和娛樂等方面,其比例大致為62%用于各種灌溉和景觀,31.5%用于工業,5%用于地下回灌,1.5%用于娛樂、漁業等。
美國再生水利用模式的突出特點是集中處理回用、很少直接用于城市生活雜用。這大概與美國市政管網和污水處理廠普及、生活用水水質標準嚴格有關。再生水利用工程主要分布于水資源短缺,地下水嚴重超采的西南部和中南部的加利福尼亞、亞利桑那、德克薩斯和佛羅里達等州。
美國的回用水標準各州不一,并且針對不同的回用對象所制定的標準也不一樣,但標準都很嚴格。加州執行的是22號條例(Title22),克羅拉多州執行的是84號規范(Regulation#84),這些文件都詳細地規定了不同回用對象的水質標準,如:用于農業灌溉、工業冷卻、市政景觀等[12]。而且,美國環保局會同有關方面于1992年提出水回用建議指導書,包括了廢水回用各個方面,回用處理工藝、水質要求、監測項目與頻率、安全距離和條文說明,它對那些尚無法則可遵循的地方提供了重要的指導信息[13]。
水的回用在美國經久不衰,值得我們借鑒。下面再從幾個實例加以詳細說明。
(1) 回用于電廠冷卻系統
美國電廠冷卻水是僅次于農業的主要用水者,生化后的城市污水是可靠的冷卻水水源,在西南地區的幾個主要發電廠,包括核發電廠,普遍使用處理后的城市污水作為冷卻水。在沙漠中興建的賭城拉斯維加斯,有充足的電力供應,該市二個電廠科拉拉電廠和森路士電廠的冷卻水使用拉斯維加斯市污水廠出水。污水廠1981年投產,規模24萬m3/d。二級處理出水BOD<3mg/L,SS<30mg/L。深度處理BOD<7mg/L,SS<7mg/L,濁度<1º,TP<0.5mg/L,該水質滿足電廠冷卻水質要求。污水回用解決了沙漠城市的供水問題。
(2) 鋼廠回用
位于馬里蘭州巴爾的摩海口的伯利衡鋼廠使用背河污水廠40萬m3/d再生水已有40年 歷史 。背河污水廠規模68萬m3/d,曝氣池停留時間6小時,濾池為移動罩濾池,濾后水濁度5以下。用城市污水廠再生水的處理流程為:
(3) 美國21世紀水廠
位于加州橘縣水管理區,命名為21世紀水廠。1965年開始研究將深度處理出水回灌地下,以阻止海水入侵,1972年興建有關工程,1976年投入運行,再生工藝如下。21世紀水廠再生水通過23座多套管井回注地下含水層出水TOC<2mg/L,TN<10mg/L,電導率100μm/cm,濁度0.1 NTU。出水中不得檢出大腸桿菌。回注水總量檢制在9.5萬m3/d。處理流程如下。
(4) 城市綠地澆灌
美國加州的農灌用再生水量很大,占回用水量的60%以此解除該地區干旱威脅。在城鎮,大片綠地、樹木、高爾夫球場、公園,也是靠再生水澆灌,這部分水占16%。到美國考察,在污水廠內,在市區街道旁,在居民庭院里,隨處可見一些管道上標有Reclaimed Water(回收水、再生水、中水)字樣,居民每天都要使用再生水澆灌住宅前后草地,污水廠經常進出標有再生水字樣的拉水車。污水的再生回用已被居民接受。加州規定的用于糧食作物灌溉的再生處理流程如下。
1.2.2日本模式
日本是個面積窄小的島國,河流急湍入海,沒有大江大湖可作跨流域調水之用,那么日本靠什么支撐了六十年代的經濟復興呢,靠的就是污水回用,他們叫下水處理水的再利用,在各大城市創建并保留使用至今的“工業用水道”,縱穿全市,形成和自來水管道并存的又一條城市動脈。1955年日本開始再生水利用,1978年左右受節能政策調整和城市水荒的 影響 ,從中央到地方制定了中水利用指導計劃,從1980年開始以東京為首的中水利用設施建設迅速發展。到1983年3月底,全國有中水項目473個,總回用水量約6.6萬m3/d。近年來,平均每年建設130處。到1993年全國有1963套中水利用設施投入使用,其中東京都建設的中水利用設施數量約占全國的44%,福岡地區占19%。中水使用量為27.7萬m3/d,占全國生活用水量的0.7%。截止1993年,使用雨水作中水的設施全日本共有528處,水量為500萬m3/a。其中東京的雨水利用設施占全國65%,福岡占7%。至1996年,全國有中水設施2100套投入使用,用水量達32.4萬m3/d,占全國生活用水量的0.8%。再生水中41%被用于工業用水,32%被用于環境用水,8%用于農業灌溉。日本是工業國,主要用于工業,近幾年增加了環境用水,它用于農灌的比例遠小于美國。
在日本,城市污水集中處理回用和分散處理回用都大量存在,然而其最突出的特點有兩個:(1)分散處理并回用于城市生活雜用的再生水所占的比例很大,(2)獨特的工業水道,我們稱之為日本模式。對工業用水道的水質各個城市都有不同的標準,日本市政雜用水和景觀用水水質標準見表4。下面是日本再生水利用的幾個實例及其處理流程。
1. 日本東京都江東地區工業用水使用城市污水廠再生水的處理流程如下:
2. 日本江崎市工業用水使用城市污水廠再生水的處理流程如下。
3. 東京千代田區某樓使用再生水回用于生活雜用水的處理流程。
4. 東京港區某樓使用再生水回用于生活雜用水的處理流程。
5. 日本川崎市的“親水”再生利用于景觀水體的處理流程如下。
表4 市政雜用水和景觀游覽用水水質標準[13]
水質指標 |
日本下水道循環利用、市政雜用水標準 |
建設省景觀回用水標準 |
|||
衛生間 |
景觀 |
游覽 |
景觀 |
游覽 |
|
大腸菌值(個/ml) |
10 |
不檢出 |
不檢出 |
10 |
50/100ml |
BOD5(mg/l) |
10 |
10 |
3/100ml |
||
pH |
5.8~8.6 |
5.8~8.6 |
5.8~8.6 |
5.8~8.6 |
5.8~8.6 |
渾濁度(度) |
10 |
10 |
5 |
||
臭 |
無不快感 |
無不快感 |
無不快感 |
無不快感 |
無不快感 |
色度(度) |
|||||
余氯(mg/l) |
2 |
0.4 |
|||
外觀 |
無不快感 |
無不快感 |
無不快感 |
無不快感 |
無不快感 |
日本政府對供水設施建設和在水價上有較高的補貼,水價對于中水的建設影響并不是主要的;而且中水對國家總體上節水的貢獻并不大,不超過全國生活用水量的1%,微觀經濟效益也并不明顯。對于中水建設國家并無硬性的 法律 規定,公眾也未普遍接受。盡管如此,每年仍有上百套的中水建成。這是因為:水荒給 社會 留下了深刻的影響,從局部地區來講,人們希望提高供水的保障程度,擺脫水荒的影響。同時,有一些地區,地方政府明文規定要求建設中水。另有一些地區是面臨環境對其污水的外排標準比較高,必須進行三級處理,出水經過消毒即可回用。為了擴大規模降低中水的成本,目前中水正在以新建小區為重點,普及中水建設。而一些大城市如東京,則建設了全地區的城市中水系統[14]。
1.2.3 以色列模式
以色列再生水利用最突出的特點是它已經把再生水作為國家水量平衡的重要組成部分。以色列長期缺水,認為把城市污水作為非傳統的水資源加以開發利用是唯一的出路,也是容易實現的,早在20世紀60年代,就把回用所有污水列為一項國家政策,規定:廢水如果沒有用盡,不可采用海水淡化;城市的每一滴水至少應回用一次。污水再生成本大約是海水談化的1/3~1/5,這種 經濟 性使人們認識到必須優失利用污水。截至1987年,該國已建造了210個市政再生水利用工程,100%的生活污水和72%的市政污水已經回用,回用規模最大為20萬m3/d,最小為27m3/d,一般介于0.5~1萬m3/d之間。以色列42%的再生水直接回用于灌溉,30%回灌地下和排入河道供間接回用,其余的用于 工業 和城市雜用。回灌地下的再抽出至管網系統,輸送到南部地區,最南部地區甚至將它作為飲用水源。
在以色列,由于水資源異常短缺,因此污水回用量在總供水量中所占的比例很大, 目前 已超過了10%。具體回用量與供水量見表5。表6是以色列灌溉回用水水質標準。
表5 污水回用量占以色列全國總供水量的比例關系(104m3/a) [15]
年份 |
1985 |
1990/1991 |
2000 |
2010 |
全國總供水量 |
205000 |
145000 |
209000 |
224000 |
農業用水量 |
149000 |
77000 |
126000 |
125000 |
市政、生活用水量 |
44500 |
56000 |
68500 |
77000 |
廢水回收量 |
21500 |
26000 |
38000 |
52000 |
農業上污水回用量 |
11000 |
18800 |
35000 |
45000 |
污水回用量占總供水量的比例(%) |
5.4 |
13.0 |
14.6 |
20.1 |
表6 以色列灌溉回用水水質標準[19]
灌溉項目 |
BOD(mg/L) |
SS(mg/L) |
溶解氧(mg/L) |
大腸菌值(個/100mL) |
余氯(mg/L) |
其它要求 |
干飼料、纖維、甜菜、谷物、森林 |
60 |
50 |
0.5 |
限制噴灌 |
||
青飼料、干果 |
45 |
40 |
0.5 |
|||
果園、熟食蔬菜、高爾夫球場 |
35 |
30 |
0.5 |
100 |
0.15 |
|
其它農作物、公園、草地 |
15 |
15 |
0.5 |
12 |
0.5 |
需過濾處理 |
直接食用作物 |
即使是再生水也不能用于灌溉
|
其它部分國家的再生水利用實例見表7,此外阿根廷、巴西、智利、秘魯、科威特、塞浦路斯、突尼斯等國都開始利用再生水,用于農業灌溉的比例最大。
表7 部分國家再生水利用實例[17][20]
國家 |
城市 |
再生水利用規模(104m3/d) |
回用對象 |
俄羅斯 |
莫斯科 |
55.5 |
工業 |
波蘭 |
費羅茨瓦夫 |
17 |
灌溉、地下水回灌 |
墨西哥 |
聯邦區 |
15.5 |
澆灌花園 |
沙特阿拉伯 |
利雅得 |
12 |
石油提煉、灌溉 |
印度 |
孟買 |
0.015~0.025 |
商業大樓雜用水 |
南非 |
約翰內斯堡 |
5 |
電廠冷卻水 |
納米比亞 |
溫得和克 |
0.045 |
飲用水 |
1.3 國內的污水再生水利用
1.3.1污水資源 分析
經濟建設和城市化的快速 發展 ,使城市污水排放量增長很快。目前,我國城市污水年排放量已達414億立方米,已建污水處理設施400余座,城市污水處理率達到30%,二級處理率達到15%。根據“十五”計劃綱要要求,到2005年 中國 城市污水處理規模將超過4 000萬m3/d,城市污水集中處理率將達到45%,這就給城市污水再生利用創造了基本條件。
1.3.2污水再生利用的適用性
經濟的發展和城市化進程的加快,以及水污染 問題 的日益嚴重,也導致我國的城市缺水問題十分突出。據統計,我國目前668座城市中有400多座城市存在不同程度缺水,其中136座城市嚴重缺水,日缺水量達1600萬立方米,年缺水量60億立方米,由于缺水每年 影響 工業產值2000多億元人民幣[4~5]。嚴重缺水城市主要集中在北方,占全國的2/3,占南方城市總數的30%;南方占全國的1/3,占南方城市總數的17.8%。北方缺水城市中主要是資源型缺水,即城市發展的需水量超過當地水資源承受能力;南方缺水城市中除沿海少數城市外,基本上屬于工程型或污染型缺水,即因工程設施不足或水質受污染造成。
一方面城市缺水十分嚴重,一方面大量的城市污水經治理后又白白流失,浪費了大量的可利用資源。和城市供水量幾乎相等的城市污水中,只有0.1%的污染物質,遠低于海水中3.5%的量值。水在 自然 界中是唯一不可替代的、也是唯一可重復利用的資源。城市污水就近可得,易于收集,再生處理比海水淡化成本低廉,基建投資比遠距離引水經濟[18~19]。城市污水可以作為可靠的第二水源,這已成為當今世界各國在解決缺水問題時的共識。但是,由于污水再生利用的復雜性,在我國開展污水再生利用必須注意以下幾個方面的工作:
第一,制定污水再生利用系統的總體規劃。由于再生水的需求者通常比較分散,用水量較小,因此鋪設再生水管道系統是推廣污水再生利用的關鍵。為了保證處理后的再生水能夠送到各個用戶,首先必須編制城市污水再生利用規劃,確定污水深度處理的規模、位置、再生水管道系統的布局,以指導再生水廠和再生水管道的建設和管理。由于以前的道路和市政管道建設時未能預留再生水管道的位置,或者即使可以安排再生水管道也需要破路才能施工,這便造成了推廣城市污水再生利用的一個主要困難。
第二,正確評價污水再生利用所具有的環境和公眾健康風險。若污水再生利用技術缺乏或不當,會造成嚴重后果。因此,在計劃污水再生利用工程以前,要對其環境和健康風險進行詳細、 科學 的不確定性分析和風險評價[20]。但是這一過程涉及的系列環境評價和經濟評價技術在我國都未盡完善,從而增加了發展污水再生利用的風險。
第三,建立國家專項節水基金,發行債券,也可借助民間和外資力量,多方面多渠道籌集資金,支持、鼓勵建設節水和污水再生回用設施。目前,污水再生利用的成本還比較高,尤其是規模較小的中水工程。按北京市統計,只有水量大于150m3/d的污水再生利用工程在經濟上才是可行的,而現有建筑中水的規模大多小于該值[21]。因此對于分散型污水再生利用設施而言,中水成本與自來水價格以及城市污水處理費相比并不低,在成本上往往不具有競爭優勢。此外,建筑中水系統還要涉及室內甚至整個城市上下水系統等的改造,給用戶和市政增加了額外的負擔[22]。
第四,對公眾進行適當的宣傳、引導。國內公眾仍未完全接受污水再生利用,主要是由于信息不充分,對健康的擔憂,心理的障礙以及出于成本上的考慮所造成的。由于缺乏相應的宣傳和公眾參與,公眾意識不到水資源管理面臨的嚴重問題,意識不到污水再生利用對于保護水資源的重要性,對污水再生利用產生了誤解和對健康不必要的擔憂,這些都會阻礙他們接受再生水[23]。
第五,制定城市節水和污水再生利用的技術指標體系;定期發布適用集成的技術措施;制訂適度超前的標準、規范,為技術發展留下空間。本著“優水優用,劣水劣用”的原則,依不同的回用對象和相應標準,確定不同的處理技術,可大大節省工程投資和運行成本。
第六,制定鼓勵污水再生利用的相關政策。首先是水價體系的不合理。長期來,我國的傳統水資源價格一直處于較低的水平,對于用戶而言使用再生水并不比使用自來水在成本上有多大的節約,因此我國的水價體系不能夠激勵用戶自動地采用再生水。其次是尚未建立起再生水的收費機制,在這種情況下,污水處理廠不愿意也沒有相應的財力進行污水深度處理和管網的投資。最后是污水缺乏污水再生利用產業的投資激勵政策,造成了投資來源的匱乏。
1.3.3污水再生利用現狀
我國的再生水利用 理論 研究 和實踐經歷了“六五”期間的起步階段(1980~1985),“七五”到“九五”期間的技術儲備和示范工程引導階段(1986~2000)和目前的發展階段[8],主要活動如表8所示。
表8 我國再生水利用歷程概括
階段 |
時期 |
研究課題 |
重大實踐項目 |
政策法規 |
標準、規范 |
起步階段 |
六五 |
建設部“六五”計劃再生水利用課題 |
北京市環保研究所中水試點工程;北京國際貿易中心中水工程 |
||
引導階段 |
七五 |
水污染防治及城市污水資源化技術 |
以北京市為首的一批建筑(小區)中水工程 |
北京市中水設施建設管理試行辦法(1987) |
生活雜用水水質標準 |
八五 |
污水凈化與資源化技術 |
建設部“城市中水設施管理暫行辦法”(1995) |
景觀娛樂用水水質標準 |
||
九五 |
污水處理與水工業關鍵技術研究 |
一些集中再生水利用工程 |
行業標準:再生水回用于景觀水體水質標準 |
||
發展階段 |
十五 |
污水資源化利用技術與示范 |
再生水利用被寫入“十五”綱要 |
國標:建筑中水設計規范,污水回用設計規范 |
目前,我國再生水的用途有以下方面:城市、工業、農業、環境娛樂和補充水源水等。根據具體的使用目的和水質要求不同,水源、污水再生利用的設施和技術也隨之不同。
再生水用于城市雜用的具體用途有:綠化用水、沖洗車輛用水、澆灑道路用水、廁所沖洗水、建筑施工和消防用水。市政雜用的再生水與人體接觸的可能性較大,因此需要進行嚴格的消毒。再生水用于農業可以采用直接灌溉和排至灌溉渠或自然水體進行間接回用兩種方式。農業用水需求量大,水質要求一般也不高,是污水再生利用產業的主要需求者之一。一般經二級處理的城市污水出水水質都能達到或超過農業灌溉用水標準。國外再生水利用的經驗告訴我們,用于農業的再生水量通常都占較大的比重。再生水用于工業包含兩方面:工業利用再生的城市污水和工業廢水的內部循環。工業對再生水的需求量很大,對水質的要求也多種多樣。再生水可用于量大面廣的冷卻水、洗滌沖洗用水及其它工藝低質用水,因此它最適合冶金、電力、石油化工、煤化工等工業部門的利用[17]。環境娛樂性用水主要為形成娛樂性或觀賞性湖泊等。娛樂用水又可以分為主要接觸和次要接觸兩大類。主要接觸是指人體同水的接觸是長時間的和直接的,并且有吸入的可能,比如游泳;次要接觸是指諸如劃船、釣魚和進行觀賞等活動,一般情況下并無浸水的可能。根據用水與人體接觸的方式不同,必須采用不同的處理程度[24]。污水再生利用的其它方式還包括地下水回灌和飲用型回用。地下水回灌用于防止地面沉降、海水及苦咸水入侵及補充地下水儲量。再生水用于生活飲用水源我國尚無先例,但在國外已有 應用 ,如南非的溫得霍克市和美國堪薩斯州的查紐特等,而且由于處理得當都未發生衛生問題。但是大多數地區對此仍保持保守態度,如美國環保局認為,除非別無水源可用,盡可能不以再生水作為飲用水源[25]。表9為我國北方部分城市集中污水處理回用工程,表10是我國部分城市建筑(小區)中水系統建設情況,部分工程的處理工藝如下[26]。
1. 中國市政工程東北設計研究院與大連春柳河污水廠經過長期 科技 攻關與工程實踐提出的城市廢水回用于工業循環冷卻的再生水處理流程:
2. 清華大學與太原化工廠等單位合作,提出城市污水回用于化工循環冷卻水的再生處理流程:
3. 中國科學院生態環境研究中心與北京燕山石油化工公司提出石油化工廢水回用于冷卻的處理流程:
4. 中國市政工程華北設計研究院提出再生水回用于景觀水體的工藝流程:
5. 我國以石油污水為原水再生處理回注油田地下的處理流程:
表9 我國北方部分城市集中污水處理回用工程[20][27][28]
城市 |
污水處理廠 |
回用規模 |
回用對象 |
起始時間 |
北京 |
高碑店北小河 |
30 |
電廠冷卻水、道路、綠地綠化、市政、河道 |
2000年 |
天津 |
東郊 |
6 |
工業用 |
1995年 |
石家莊 |
橋西 |
景觀、河道 |
2000年前 |
|
保定 |
景觀、河道 |
2000年前 |
||
秦皇島 |
海港區 |
2 |
煤碼頭用水 |
1995年 |
邯鄲 |
邯鄲北 |
4 |
電廠冷卻水 |
1998年 |
青島 |
海泊河 |
1 |
沖廁、澆灑、冷卻 |
1998年 |
威海 |
0.5 |
電廠冷卻水和沖灰水 |
1993年 |
|
棗莊 |
景觀、河道 |
2000年前 |
||
泰安 |
2 |
綠化、河道補水、工業 |
1995年 |
|
大連 |
春柳 |
1 |
冷卻、工藝用水 |
1991年 |
鞍山 |
20 |
鞍鋼工業用水 |
1995年后 |
|
太原 |
北郊 |
1 |
太鋼高爐冷卻水 |
1991年 |
大同 |
東郊 |
1 |
電廠冷卻水 |
1995年后 |
西安 |
鄧家村 |
6 |
綠化、生活雜用、工業 |
2002年 |
銅川 |
0.7 |
電廠冷卻水 |
1995年后 |
表10 我國部分城市建筑(小區)中水系統建設情況*[27]
城市 |
中水系統數量 |
運行數 |
最早開始運行時間 |
北京 |
120 |
60 |
1985 |
西安 |
1 |
1 |
1988 |
煙臺 |
20 |
不祥 |
1989 |
大同 |
1 |
1 |
1991 |
深圳 |
29 |
2 |
1992 |
大連 |
10 |
2 |
1996 |
新鄉 |
1 |
1 |
1996 |
*截止到1996年底,含在建項目
最近,為貫徹我國水污染防治和水資源開發利用的方針,提高城市污水利用效率,做好城市節約用水工作,合理利用水資源,實現城市污水資源化,減輕污水對環境的污染,促進城市建設和經濟建設可持續發展,城市污水再生利用國家標準化管理委員會批準發布并實施的三項國家標準:《城市污水再生利用 分類》(GB/T18919-2002);《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920-2002);《城市污水再生利用景觀環境用水水質》(GB/T18921-2002)。這三項城市污水再生利用國家標準的頒布實施填補了我國城市污水再生利用水質標準的空白,為實現污水資源化提供了技術依據。該系列標準還包括《城市污水再生利用補充水源水質》和《城市污水再生利用工業用水水質》。
再生水的價格是污水再生利用市場化的核心要素。一方面,在再生水的水質和水量能滿足安全性和穩定性的情況下,價格是決定需求的主要因素,合理的價格機制能夠對再生水的需求產生經濟激勵。另一方面,再生水的價格水平又決定了污水再生利用 企業 是否能夠得到足夠的收益以滿足其財務平衡的需求。因此為了培育再生水市場并為污水再生利用產業的良性運轉提供資金保證,應當建立起再生水的收費制度,以補償污水再生利用設施的投資、建設和運營的支出。
目前我國再生水的收費制度存在的主要問題是:再生水水價過低或甚至沒有價格,以及再生水的價格管制政策沿襲了傳統的收益率管制政策。在前一種情況下,由于沒有其它措施保證污水再生利用產業投資者的基本收益,使得該產業缺乏足夠的市場資金投入。而后者可能會造成污水再生利用企業的成本膨脹,而不利于提高產業效率。因此,必須建立我國再生水價格的合理體系,保障我國污水再生利用產業的良性運行。
污水再生利用產業在我國尚處于發展之初,它在未來是否能夠發展到一定的市場規模,成為緩減水資源短缺和水污染嚴重的重要手段,將不僅取決于其自身的經濟技術可行性,而且還與政府的產業政策密切相關。健全的污水再生利用產業政策可以發展污水再生利用產業,擴大再生水的需求,提高污水再生利用在解決水資源短缺的諸多解決方案中的重要性;可以規范污水再生利用產業,保障再生水安全性和經濟效率目標的實現;可以激勵污水再生利用企業提高運營效率、降低成本;可以優化政府職能,為污水再生利用產業的發展提供良好的體制環境。
參考 文獻
[1] 聯合國環境規劃署(UNEP).全球環境展望. 北京: 中國 環境 科學 出版社, 2002, 146.
[2] 《中華人民共和國可持續 發展 國家報告》編寫組. 中華人民共和國可持續發展國家報告. 北京: 中國環境科學出版社, 2002, 21.
[3] 劉柏頡, 張金同. 我國水資源現狀與污水回用對策. 黑龍江環境通報, 2000, 24(1): 35-39
[4] 石輝, 彭可珊. 我國的水資源 問題 與持續利用. 中國人口, 資源與環境, 2002, 12(6): 23-25
[5] 趙明, 舒春敏. 我國城市供水狀況及節水對策. 干旱區資源與環境, 2003, 17(1): 32-37
[6] 金鳳君. 華北平原城市用水問題 研究 . 地理科學進展, 2000, 19(1): 17-18
[7] 錢易. “中國城市廢水回用的障礙和發展戰略”. 北京: 21 世紀國際城市污水處理及資源化發展戰略研討會與展覽會, 2001.
[8] 周彤, 鮑憲枝, 趙麗君, 等. 污水回用是解決城市缺水的有效途徑——中國污水回用歷程. 見: 周彤, 編. 污水回用決策與技術. 北京: 化學 工業 出版社, 2002, 7-24
[9] 韓相奎, 李相峰, 陳雷. 中水回用的市場、投入、效益與措施. 見: 周彤, 編. 污水回用決策與技術. 北京: 化學工業出版社, 2002, 71-74
[10] Asano T and Mills R A. Planning and Analysis for water reuse projects. Journal AWWA, Jan. 1990, 38-47
[11] 沈光范, 徐強. 積極穩妥地開展中水回用工作. 中國給水排水, 2001, 17(4)
[12] 聶梅生. 污水回用的技術路線. 見: 周彤, 編. 污水回用決策與技術. 北京: 化學工業出版社, 2002, 1-6
[13] 趙奇, 趙衛華, 李杰. 污水回用水質標準. 見: 周彤,編. 污水回用決策與技術. 北京: 化學工業出版社, 2002, 196-220
[14] 鄔揚善. 日本中水發展概況、趨勢及其運行機制 分析 . 給水排水, 2002, 28(2): 60-64
[15] Shelef G, Azov Y. The coming era of intensive wastewater reuse in the Mediterranean region. Wat. Sci. Tec., 1996, 33(10~11): 115-125
[16] 周彤. 污水回用決策與技術. 北京:化學工業出版社, 2002
[17] 武晉生, 張鴻濤. 污水回用系統規劃研究概論. 環境保護, 1999, (12): 40-42
[18] 劉士永. 污水回用的探討. 石油化工環境保護, 1995, (3): 18-22
[19] 白光文. 工業污水回用是節約新鮮水的重要途徑. 石油化工環境保護, 1996, (3): 28-32
[20] Ganoulis J, Papalopoulou A. Risk Analysis of Wastewater Reclamation and Reuse. Wat. Sci. & Tec., 1996, 33(10-11): 297-302
[21] 馬志毅. 城市污水回用概述. 給水排水, 1997, 23(12): 61-63
[22] 樊明遠. 我國城市污水處理和回用建設項目投資問題及相關政策. 北京: 21世紀國際城市污水處理及資源化發展戰略研討會與展覽會, 2001
[23] Ahmad S. Public Attitude towards Water and Water Reuse. Wat. Sci. Tec., 1991, 23(Kyoto): 2165-2170
[24] 陳立. 污水回用于人工水體的探討. 中國給水排水, 1999, 15(9): 55-57
[25] 張中和, 譯, Culp R L, Wesner G M, Culp G L, 著, 城市污水高級處理手冊. 北京: 中國建筑工業出版社, 1986
[26] 郭曉, 韓宗育. 污水再生工藝流程. 見:周彤, 編. 污水回用決策與技術. 北京: 化學工業出版社, 2002, 221-229
[27] 侯捷. 中國城市節水2010年技術進步發展規劃, 上海: 文匯出版社, 1998
[28] 肖錦. 城市污水處理及回用技術. 北京: 化學工業出版社, 2002

使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”