西北地區(qū)水資源再生利用研究

劉 穎，王伯鐸，張秋菊，崔 晨，鄧 鑫

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710127)

水資源嚴(yán)重緊缺是制約西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一，水資源高效利用是一項(xiàng)艱巨、復(fù)雜和長(zhǎng)期的任務(wù)。跨流域調(diào)水、污水回用和雨水蓄用目前普遍受到重視，在一定程度上緩解了水資源供需矛盾，其中污水再生利用常被作為首選方案，原因主要在于污水就近可得，水量穩(wěn)定，不發(fā)生與鄰相爭(zhēng)，不受氣候影響。

根據(jù)《再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(SL368－2006)中的定義，再生水(Reclaimed Water)是指對(duì)經(jīng)過或未經(jīng)過污水處理廠處理的集納雨水、工業(yè)排水、生活排水進(jìn)行處理，達(dá)到規(guī)定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以被再次利用的水。

1 西北地區(qū)水資源概況

1.1 水資源的特點(diǎn)及利用現(xiàn)狀

西北干旱和半干旱地區(qū)主要指西北和內(nèi)蒙古內(nèi)陸河流域及西北黃河流域，其多年平均降水深201 mm，其中西北黃河區(qū)多年平均降水深422 mm，西北內(nèi)陸區(qū)多年平均降水深145 mm，現(xiàn)狀條件下能被利用的水資源量約為1634億m3。據(jù)《中國(guó)水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2000年西北地區(qū)總供水量約為871億 m3，其中地表水716億 m3，地下水153億 m3，污水回用及雨水利用2億 m3，分別占總供水量的82.2%、17.6%、0.2%;水資源利用率(供水量和水資源總量的比值)為53.3%。區(qū)內(nèi)一些地區(qū)如甘肅河西走廊的開發(fā)利用率已達(dá)到92%，關(guān)中地區(qū)的開發(fā)利用率也達(dá)60%左右，一些地區(qū)的地下水已處于超采狀況。

由于干旱缺水，西北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境十分脆弱，加之人類活動(dòng)的不合理干預(yù)、水資源的不合理利用，已經(jīng)出現(xiàn)了如干早缺水、植被退化、土地沙化、河流干涸等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。根據(jù)2000年《中國(guó)水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，西北地區(qū)2000年總用水量約為870億 m3，全區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)耗水總量為547億 m3，占其水資源可利用消耗量的37%。

按照西北地區(qū)水資源配置的總要求(在保證生態(tài)環(huán)境建設(shè)必要用水和社會(huì)經(jīng)濟(jì)合理用水的同時(shí)，還要保持水資源的可持續(xù)利用，并留有適當(dāng)余地)，在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改變用水方式并充分考慮節(jié)約用水和高效用水的前提下，結(jié)合近期供水規(guī)劃實(shí)施情況并考慮到地下水的合理利用和污水處理回用措施的情況，可獲得中等干旱年份(P=75%)西部地區(qū)水資源的供需發(fā)展趨勢(shì)見表1。發(fā)展戰(zhàn)略研究——西北地區(qū)水資源及其供需發(fā)展趨勢(shì)分析

表1 西北地區(qū)水資源供需發(fā)展趨勢(shì)分析

由此預(yù)計(jì)，西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的需水高峰在2030年前后并將達(dá)到950億 m3，若實(shí)現(xiàn)水資源的供需平衡，則要求到2030年在2000年供水能力的基礎(chǔ)上增加至少80億 m3的供水量。因此，西北地區(qū)應(yīng)走節(jié)水、高效用水、加強(qiáng)再生水利用等可持續(xù)用水道路。

西北地區(qū)城市生態(tài)環(huán)境需水量占經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)用水的比重較大，但對(duì)水質(zhì)要求不高，城市污水二級(jí)(二級(jí)強(qiáng)化)處理或增加一些簡(jiǎn)單的深度處理工藝(直接過濾和消毒)即可滿足城市生態(tài)環(huán)境用水的水質(zhì)要求。國(guó)內(nèi)外在再生水應(yīng)用于城市生態(tài)景觀方面也有許多成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，如日本的“清流復(fù)活”工程，將再生水注入干枯的河流水體，不僅美化了城市，還達(dá)到了景觀修復(fù)和資源化利用的綜合效能;北京市目前再生水的景觀回用量已達(dá)30×104m3/d，高碑店湖、昆玉河等已由過去的臭水溝變成市民觀賞、休閑的景觀湖泊、河道，大幅提高了北京的總體水環(huán)境質(zhì)量。若能按建設(shè)部規(guī)劃要求，到2030年城市污水的二級(jí)處理量和回用量將分別達(dá)到28億 m3和8.5億 m3，則處理的再生水水量完全可滿足城市生態(tài)環(huán)境需水量，所以在西北地區(qū)城市進(jìn)行污水的再生利用過程中應(yīng)優(yōu)先考慮將再生水用于城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面，這樣既可緩解經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水的緊張局面，又減少了污水向水環(huán)境中的排放總量，降低水環(huán)境污染［1］。

1.2 水資源利用中存在的主要問題［2］

1.2.1 農(nóng)田用水的高定額與低效率并存

長(zhǎng)期以來(lái)，西北地區(qū)因受水資源“取之不盡、用之不竭”錯(cuò)誤觀念和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)用水方式的影響，農(nóng)田多采用大水漫灌的方式。農(nóng)田用水占水資源總量70%以上，需1 200 m3/hm2，而節(jié)水農(nóng)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)為300 m3/hm2。西北地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率也較低，農(nóng)業(yè)灌水利用系數(shù)只有0.3～0.5，主要原因是渠道滲漏和灌溉技術(shù)管理不善，致使輸水和灌水過程中水資源的大量損失［3］，農(nóng)業(yè)灌溉用水的損耗率高達(dá)60%～70%。

1.2.3 水資源污染嚴(yán)重，利用價(jià)值低

西北地區(qū)工業(yè)化過程造成城市環(huán)境污染，地表水資源污染狀況尤為嚴(yán)峻。陜西省環(huán)保廳對(duì)渭河、無(wú)定河、延河等40個(gè)監(jiān)測(cè)斷面測(cè)定結(jié)果表明，Ⅳ類以上的斷面占85%，其中超Ⅴ類水的監(jiān)測(cè)斷面竟達(dá)37.5%。所測(cè)流域中，渭河的污染狀況最為嚴(yán)重［4］。

1.2.3 地下水過度開采，生態(tài)環(huán)境惡化加劇

經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和人口增加使農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水量增加，導(dǎo)致水資源短缺矛盾加劇。由于地表水污染和嚴(yán)重不足，西北一些地區(qū)不斷加大對(duì)地下水開采力度，致使地下水超采嚴(yán)重。陜西關(guān)中地區(qū)地下水超采面積達(dá)到2 590 km2，其中嚴(yán)重超采面積達(dá)656 km2。

1.2.4 水源地保護(hù)度低，生態(tài)退化嚴(yán)重

西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，水源地帶或主要河流的上游地區(qū)由于疏于管理毀林開荒，濫砍濫伐，造成森林涵養(yǎng)水源功能降低，水土流失加劇，引發(fā)生態(tài)環(huán)境惡化及中下游地區(qū)洪澇災(zāi)害。如秦嶺林區(qū)強(qiáng)度擇伐和間伐導(dǎo)致森林涵蓄能力退化、水土流失加劇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1990年5～10月對(duì)銳齒櫟林進(jìn)行強(qiáng)度間伐(50%)或皆伐后，總徑流量分別比對(duì)照增加31.5%和46.8%，快速?gòu)搅髁糠謩e增加21.7%和34.8%，快速?gòu)搅髌骄鶜v時(shí)分別減少27.4%和22.3%［3］。

1.3 缺水城市再生水回用的必要性

目前西北地區(qū)的大部分城市均面臨水資源短缺和水環(huán)境污染的雙重壓力，而污水的再生利用能彌補(bǔ)季節(jié)性河流、城市景觀水體的水量不足，減少向水域的排污量，改善環(huán)境質(zhì)量;同時(shí)節(jié)約新鮮水資源，解決城市生態(tài)環(huán)境用水以及其他低質(zhì)用水需求。不同年份西北地區(qū)城市用水和污水排放量見表2。

表2 西北地區(qū)城市用水和污水排放量分析

從總體上看，到2030年城市污水的排放量將比2000年增加1.5～2倍，這對(duì)西北水環(huán)境功能已退化的水域來(lái)說(shuō)更是雪上加霜。若能按照建設(shè)部規(guī)劃的要求實(shí)現(xiàn)到2030年城市污水的處理率70%，污水的回用率30%的目標(biāo)，即可通過污水的再生回用能獲得約9億 m3可用水源，約占城市需水總量的15%。因此，城鎮(zhèn)污水及工業(yè)廢水的再生利用將是西北地區(qū)水資源的有效來(lái)源［1］。

2 案例研究

西安市是我國(guó)重要的科研、高等教育、國(guó)防科技工業(yè)及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地，也是我國(guó)新興的現(xiàn)代化工業(yè)城市和世界旅游熱點(diǎn)城市。全市土地總面積9 983 km2，截止2009年末全市人口843.46萬(wàn)人，2010年GDP為3 241.49億元。

雖然在西北地區(qū)省會(huì)城市中，西安市的年降雨量相對(duì)較大，但由于城市規(guī)模龐大、區(qū)內(nèi)水資源相對(duì)不足，城市周邊水環(huán)境污染嚴(yán)重，西安市已成為資源型缺水和水質(zhì)型缺水城市，具有西北地區(qū)缺水城市的一般特點(diǎn)。因此在解決西北地區(qū)缺水城市水資源利用的問題中，對(duì)西安市的研究具有一定的代表性。

西安市降水總量為74.2億 m3，自產(chǎn)水資源量為26.66億 m3，占降水量的36%，其中地表水資源量為21.78億 m3，地下水資源量為17.27億 m3。西安市的客水量來(lái)源于渭河、涇河、石川河，分別為 55.7 億 m3、20.66 億 m3、2.15 億m3，客水總量為78.5億 m3［5］。境內(nèi)主要河流有 13條。其中渭河自西向東穿越全境，徑河由北向南注入渭河，其余溺河、滬河、黑河等11條河流發(fā)源于秦嶺北麓，由南向北流入渭河，均屬黃河流域的渭河水系。主要人工排水渠有潛運(yùn)明渠、大環(huán)河、太平河等。

2.1 西安市排污現(xiàn)狀及規(guī)劃

西安市的排水設(shè)施東起紡織城，西至皂河，南起吳家墳，北至張家堡，總收水面積約152.2 km2。排水體制主要為分流制，除老城區(qū)及東北郊部分管道為合流管外，其余多為雨、污管分建。排水管網(wǎng)總長(zhǎng)約835.4 km，其中污水管道490 km(包括現(xiàn)狀合流管)，普及率67%;雨水管渠345.4 km，普及率 45% 。管渠密度約 5.5 km/km2［6］。

西安市現(xiàn)狀供水量114萬(wàn) m3/d，預(yù)計(jì)污水總排放量約80萬(wàn) m3/d，仍有大量未處理污水通過排水管渠、支河流匯入渭河。西安市環(huán)保研究所編制的《西安市(2000～2005年度)環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書》中顯示，所有河流中，有機(jī)類嚴(yán)重污染，氨氮類重度污染，總懸浮物和總硬度為中度污染，重金屬類輕度污染，18個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)已達(dá)劣Ⅴ類。其主要污染物依次為石油類、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮、揮發(fā)酚、生化需氧量。

西安市1995～2010年污水規(guī)劃將整個(gè)排水系統(tǒng)分為六個(gè)區(qū)域，共需建六個(gè)污水處理廠，到2010年污水處理率達(dá)到70%，2020年污水處理率75%以上。規(guī)劃到2010年中心市區(qū)污水管網(wǎng)普及率達(dá)到85%，外圍組團(tuán)達(dá)到50%;2020年中心市區(qū)污水管網(wǎng)普及率達(dá)到95%，外圍組團(tuán)70%。西安市市區(qū)污水處理及再生回用規(guī)劃建設(shè)規(guī)模見表3。

表3 西安市區(qū)城市污水處理廠規(guī)劃建設(shè)規(guī)模［7］

2.2 西安市污水再生利用現(xiàn)狀及規(guī)劃

1995年編制的西安市排水工程規(guī)劃(1995～2010年)中明確提出城市污水再生利用目標(biāo)和要求，2004年1月水利部正式批文，同意將西安市列為全國(guó)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)試點(diǎn)市。作為城市污水回用試點(diǎn)項(xiàng)目，北石橋污水凈化中心污水再生利用工程及其管網(wǎng)系統(tǒng)于2003年4月試運(yùn)行。項(xiàng)目地處西安市西郊工業(yè)區(qū)，與西安西郊熱電廠一路之隔，東臨西安市化工廠、西安焦化廠，南依西安日化廠，冷卻用水大戶眾多，凈化中心具有良好的污水資源開發(fā)條件。

在工業(yè)節(jié)能降耗方面，西安石化總廠等單位全面推行工業(yè)循環(huán)用水和中水利用，提高水的重復(fù)利用率;西安園林綠化管理處等多家企事業(yè)單位用于園林綠化、景觀用水;狄寨原上的思源學(xué)院投資建成日處理生活污水2 500 t的污水處理設(shè)施，處理后的中水全部回用于校園綠化澆灌、沖廁、人工湖用水等;洗車業(yè)也已建立一家再生水洗車試點(diǎn)進(jìn)行示范經(jīng)營(yíng)。

根據(jù)規(guī)劃，西安市第三、第四污水處理廠及其污水再生處理廠及部分管網(wǎng)，西安市第五、第六污水處理廠及其污水再生處理廠將逐步健全，污水再生利用量將達(dá)46萬(wàn) m3/d以上。

從2007年4月1日起，西安再次調(diào)整水價(jià)，再生水的不含稅價(jià)格僅為1.17元/m3，和工業(yè)用水價(jià)3.45元/m3相差達(dá)2.28元/m3，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)前景良好。

2.3 存在的問題

以上再生水回用的模式雖起到很好的示范效果，使用中仍存在如下問題:

(1)再生水用戶少，利用率不高。目前西安市唯一進(jìn)行再生水運(yùn)營(yíng)的北石橋中水有限責(zé)任公司一期工程每天可生產(chǎn)5萬(wàn)m3再生水，但每天實(shí)際僅生產(chǎn)1萬(wàn) m3。每天有近4萬(wàn) m3中水生產(chǎn)能力被閑置，加大了中水生產(chǎn)的成本。

(2)企業(yè)用戶、市民對(duì)再生水回用均缺乏了解，認(rèn)識(shí)不足。

(3)污水回用缺乏必要的法規(guī)及鼓勵(lì)政策，需要國(guó)家和地方政府的支持。

(4)再生水處理設(shè)施的建設(shè)及輸配水管道系統(tǒng)的鋪設(shè)需進(jìn)一步統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)。

(5)再生水處理設(shè)施的運(yùn)行管理和經(jīng)營(yíng)機(jī)制需完善和規(guī)范。

3 西北地區(qū)水資源再生利用的途徑

通過總結(jié)西安地區(qū)再生水回用的經(jīng)驗(yàn)和不足，參照國(guó)內(nèi)外水資源再生利用完善的城市發(fā)展模式，在綜合考慮西北地區(qū)水資源特殊性的前提下，給出以下西北地區(qū)缺水城市水資源再生利用的一般途徑。

3.1 建立水資源統(tǒng)一管理體制

為保證污水資源合理開發(fā)利用，需制定切實(shí)可行的水資源綜合利用規(guī)劃、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)政策。西北各城市規(guī)劃和建設(shè)部門需找出適合當(dāng)?shù)氐奈鬯Y源化發(fā)展空間，綜合考慮利于城市可持續(xù)發(fā)展的水資源開發(fā)與使用，統(tǒng)一管理水資源供給和保護(hù);建立相關(guān)政策法規(guī)，從法律上推進(jìn)再生水的利用，將回用水納入法制化管理軌道;嚴(yán)格控制地下水開發(fā)，為再生水回用提供保障;再生水項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理應(yīng)遵循市場(chǎng)規(guī)律，逐步建立與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制相適應(yīng)的企業(yè)管理體制和運(yùn)營(yíng)機(jī)制，以獨(dú)立法人為宜，獨(dú)立經(jīng)營(yíng)、自負(fù)盈虧，以企業(yè)形式投入運(yùn)行，降低成本、提高效益，使污水處理及污水回用走上良性循環(huán)的道路。

3.2 將再生水處理系統(tǒng)建設(shè)納入城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

西北地區(qū)缺水城市應(yīng)將再生水處理設(shè)施和管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)納入城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，建立完整的管理體系和完善的排水管網(wǎng)及泵站，確保污水處理廠進(jìn)水量并做好工業(yè)廢水預(yù)處理，嚴(yán)格控制進(jìn)水水質(zhì)。在城市規(guī)劃、建設(shè)方面給再生水發(fā)展留下空間。城市市政公用設(shè)施規(guī)劃時(shí)，尤其是給水廠、污水廠的規(guī)劃應(yīng)整體考慮，按可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，制定近、遠(yuǎn)期水資源再生利用規(guī)劃。

3.3 進(jìn)行宏觀調(diào)控和政策支持

將再生水管道設(shè)施費(fèi)用計(jì)入生產(chǎn)管理成本，保證資金渠道的暢通，實(shí)行優(yōu)水優(yōu)供政策，讓符合再生水回用條件的企業(yè)單位必須建設(shè)再生水回用系統(tǒng)，讓可使用再生水的企事業(yè)單位不得使用新鮮自來(lái)水并給予優(yōu)惠政策。再生水定價(jià)應(yīng)考慮水廠內(nèi)部收益及還貸能力、用水單位的承受能力，以略高于成本價(jià)供水為宜。各城市政府部門應(yīng)制訂合理的排污收費(fèi)和再生水收費(fèi)政策體系，依靠市場(chǎng)機(jī)制作用，逐步培育起再生水回用市場(chǎng)，確保建設(shè)再生水處理設(shè)施資金的回收和利潤(rùn)，使再生水用戶看到明顯的效益。

3.4 保障污水廠建設(shè)資金

多渠道籌措資金建設(shè)城市污水處理廠，抓好西部大開發(fā)的契機(jī)，使水處理行業(yè)走向社會(huì)化和產(chǎn)業(yè)化的公司型管理運(yùn)營(yíng)機(jī)制。在再生水供水單位生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程中，政府應(yīng)給予稅收方面的優(yōu)惠和扶持。還應(yīng)適時(shí)提高自來(lái)水水價(jià)，充分發(fā)揮市場(chǎng)杠桿作用，鼓勵(lì)使用再生水。

3.5 結(jié)合實(shí)際引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備

在積極研究和引進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的同時(shí)，重視研究開發(fā)適合西北地區(qū)水資源實(shí)際情況的技術(shù)與設(shè)備，推廣經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易、有效的處理技術(shù)，滿足不同區(qū)域情況的要求，促進(jìn)再生水回用。

3.6 研究并實(shí)現(xiàn)雨水開發(fā)利用

雨水可作為西部降雨較多城市的淡水資源來(lái)源，它是城市用水良性循環(huán)的途徑之一，對(duì)防澇減災(zāi)、緩解城市水資源緊張狀況和城市水資源的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。城市雨水資源利用方式多樣，合理地開發(fā)利用雨水能取得多方面的效益。如利用雨水資源強(qiáng)化城市綠化，增加土壤水分，擴(kuò)大城市水面;減少天氣災(zāi)害(干熱風(fēng)、水澇、地面沉降等);城市道路及一些建筑物集蓄的雨水可用于城市消防、廁所沖洗、城市綠化灌溉;降雨下滲和人工回灌雨水可快捷、有效地補(bǔ)充地下水源等。政府及環(huán)保部門應(yīng)加大雨水利用的宣傳，改變公眾以往不收集雨水直接排放的觀念，建立起城市規(guī)劃、小區(qū)設(shè)計(jì)、市政建設(shè)、園林綠化雨水利用的氛圍，推進(jìn)雨水利用發(fā)展［8］。

4 結(jié)論

要解決西北地區(qū)發(fā)展中的水資源問題，首先要認(rèn)識(shí)到污水是一種穩(wěn)定可靠、可再生利用的水資源，污水再生利用是解決水資源短缺的有效措施，是實(shí)現(xiàn)水資源良性循環(huán)的關(guān)鍵。因此，在城市生活用水和工業(yè)用水中要加強(qiáng)節(jié)水、重視污水資源開發(fā)，堅(jiān)持節(jié)流優(yōu)先、治污為本、多渠道開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。針對(duì)水資源緊缺的狀況，一方面可通過自來(lái)水價(jià)格杠桿作用，充分利用各種教育和宣傳渠道，促使人們樹立節(jié)水意識(shí)，提高公眾對(duì)再生水回用的理解，樹立良好節(jié)水習(xí)慣，認(rèn)識(shí)到污水再生利用的價(jià)值，讓污水回用的觀念深入人心;另一方面國(guó)家要推廣污水資源再生利用技術(shù)，提出適合西部地區(qū)的對(duì)策，將污水治理與開發(fā)并舉，建立水資源循環(huán)型社會(huì);并要根據(jù)實(shí)際情況，選擇適合的再生水處理技術(shù)，才能真正解決西北地區(qū)水資源高效利用的問題。

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［7］西安市城市污水再生回用規(guī)劃.西安市政工程設(shè)計(jì)院，2003年(內(nèi)部資料).

［8］衛(wèi)東，王社平.西安市雨水資源開發(fā)和利用的探討.中國(guó)市政工程，2003，105(5):53 －54.

［9］西安市人民政府.西安市節(jié)水型社會(huì)建設(shè)實(shí)施方案.2005.

［10］西安市人民政府.西安市城市市政公用設(shè)施“十五”計(jì)劃及2015年規(guī)劃綱要.

［11］陜西省水利廳.陜西省水資源公報(bào)(2003年).