可持續(xù)水資源利用模式探討

楊文花

(中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840)

水資源利用劃分為消耗性利用和非消耗性利用兩種模式。水資源的消耗性利用，即水資源利用后不可回收。如農(nóng)田灌溉用水，利用后以蒸發(fā)、滲透、植物吸收等模式消耗掉;工業(yè)冷卻蒸發(fā)過(guò)程中冷卻水以水蒸氣形式擴(kuò)散到大氣中;市政噴灑路面用水一部分滲透到地面以下，另一部分蒸發(fā)到空氣中。消耗性利用水資源不可回收，造成其無(wú)法進(jìn)行再利用。水資源的非消耗性利用，即水資源利用后可以進(jìn)行再次收集。如生活沖廁、洗浴用水;工業(yè)收塵用水、沖洗用水、洗車用水等。非消耗水資源利用在水中引入了雜質(zhì)，從而降低了水質(zhì)，但通過(guò)收集、凈化可以再次加以利用。

針對(duì)上述兩種用水模式特點(diǎn)，筆者提出了提高水資源利用率的三個(gè)原則:(1)替代性原則，即在可能的情況下，用低品質(zhì)水代替高品質(zhì)水;(2)再生原則，即通過(guò)處理凈化手段將低品質(zhì)水提升為高品質(zhì)水;(3)減量原則，即減少單位產(chǎn)品及服務(wù)耗水量，提升水資源利用效率。

1 水資源替代利用

市政、農(nóng)業(yè)、工業(yè)中許多情景采用低品質(zhì)水即可滿足需求，對(duì)于這些情景應(yīng)加以區(qū)分識(shí)別，減少這些環(huán)節(jié)高品質(zhì)水的利用。

中水回用可以作為工業(yè)蒸發(fā)冷卻水、農(nóng)田灌溉用水、景觀用水等，目前我國(guó)污水處理量已超過(guò)美國(guó)，年處理污水量接近黃河徑流量，有效利用這一低品質(zhì)水資源，將大幅降低我國(guó)水資源消耗。低品質(zhì)水代替高品質(zhì)水的另一典型案例是香港的海水沖廁系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的有效運(yùn)行減少了20%的市政水資源消耗;香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)通過(guò)采用自來(lái)水－海水－中水三源供水系統(tǒng)，可以降低50%的水資源消耗［1］。水資源的替代性原則同樣適用于以家庭或者小區(qū)為單位的小規(guī)模水資源利用情景。在澳大利亞的Melbourne，通過(guò)采用雨水收集系統(tǒng)為洗衣、沖廁、庭院綠化供水可以降低40%的家庭市政用水量［2］。某鐵礦采用礦坑雨水作為工業(yè)和生活用水水源，雨水直接可以作為工業(yè)生產(chǎn)用水加以利用，經(jīng)過(guò)生活水凈化處理后可作為生活用水，完全替代了地下水或地表徑流淡水消耗。

城市污水回用、雨水收集、海水利用等替代性水資源可以有效的降低淡水資源消耗量，是未來(lái)水資源發(fā)展的重要趨勢(shì)。目前替代性水資源利用仍存在一下亟待解決的問題，如中水處理技術(shù)尚不成熟，系統(tǒng)可靠性及建設(shè)造價(jià)較高;大氣污染造成雨水需要進(jìn)一步處理后進(jìn)行利用;海水只能在沿海地區(qū)利用，且大部分地區(qū)缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

值得一提的是，以家庭或者小區(qū)分散式替代性水資源利用具有較大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于建設(shè)節(jié)水型社會(huì)具有重要的意義，應(yīng)加強(qiáng)替代性水資源利用相關(guān)教育、宣傳及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)，推廣和普及家庭及小區(qū)水資源替代性利用。

2 水資源再生利用

再生原則即通過(guò)處理將利用過(guò)程中的低品質(zhì)水提升為高品質(zhì)水加以二次利用，通過(guò)多次利用提高水資源利用效率。

城市污水經(jīng)過(guò)不同處理工藝可以提升為不同品質(zhì)的清潔水資源加以利用，可以有效提高水資源利用率;工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中也有很多環(huán)節(jié)可以采用流程再生水加以利用，如收塵廢水、洗車廢水、沖洗用水、軸封用水等經(jīng)過(guò)處理后可以回用于生產(chǎn)流程及非生產(chǎn)性應(yīng)用。

城市污水回用為飲用水包括直接回用和間接回用兩種方式，直接回用即通過(guò)多級(jí)處理工藝將污水逐級(jí)提升達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，間接回用即處理后的污水經(jīng)過(guò)地下或者地表水庫(kù)天然處理后再次進(jìn)行處理后作為飲用水。納米比亞Windhoek 上世紀(jì)六十年代后開始采用污水處理后直接作為飲用水，未見引起健康威脅，但污水處理后直接回用技術(shù)仍不成熟且不為大部分公眾接受，應(yīng)用前景不樂觀［3］。美國(guó)加利福尼亞Fountain Valley 擁有世界上最大的污水間接回用于地下水項(xiàng)目，污水經(jīng)過(guò)二級(jí)處理工藝、微濾、反滲透和紫外消毒工藝后注入地下含水層，提供該含水層20%的補(bǔ)充水，該含水層為200 萬(wàn)居民的水源［4］。

由于技術(shù)、公眾接受度等原因，污水提升為飲用水品質(zhì)目前還無(wú)法規(guī)?；茫鳛閷?duì)水質(zhì)要求不高的應(yīng)用情景具有廣闊的前景。工業(yè)領(lǐng)域水質(zhì)提升有較大應(yīng)用前景，不僅可以提高工業(yè)水重復(fù)利用率，而且可以減少工業(yè)污水排放量，減少工業(yè)生產(chǎn)對(duì)水環(huán)境的擾動(dòng)，具有重要的意義。

3 水資源減量利用

水資源利用減量化即降低單位產(chǎn)品及服務(wù)的消耗水量。

農(nóng)業(yè)是水資源消耗大戶，通過(guò)采用節(jié)水措施來(lái)減少其水資源消耗量，如種植低耗水量植物、激光土地平整技術(shù)、滴灌、根部灌溉等新技術(shù)可以大幅降低單位農(nóng)產(chǎn)品耗水量;工業(yè)冷卻水是典型的消耗型水資源利用，通過(guò)采用空氣冷卻等新型冷卻模式可以有效的降低工業(yè)用水消耗量;新型節(jié)水廁所，如發(fā)酵型污水廁所為生活中水資源減量提供了新的途徑，可以降低20%左右生活用水量。

降低水資源輸送過(guò)程中的損失也是水資源減量利用需要考慮的重要問題之一。目前，城市給水管網(wǎng)漏失率約30%左右，采用先進(jìn)的技術(shù)和管理模式，漏失率可以降低到10%以下，大幅降低淡水資源消耗。農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)同樣可以采用新技術(shù)和引進(jìn)先進(jìn)的管理方法降低水資源輸送損失。

4 水資源利用中的水質(zhì)問題

水質(zhì)問題主要涵蓋三方面污染物的問題，即無(wú)機(jī)污染物、有機(jī)污染物和微生物污染物。不同的應(yīng)用情景對(duì)污染物的限制差異較大，在水資源可持續(xù)管理過(guò)程中應(yīng)該針對(duì)不同的需求情景進(jìn)行分類管理，保證水質(zhì)滿足其對(duì)無(wú)機(jī)污染物、有機(jī)污染物和微生物污染物的要求。同時(shí)在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)基于不同水質(zhì)需求的水資源梯級(jí)利用，最大程度提高水資源利用效率。

5 結(jié)論

針對(duì)水資源利用可劃分為消耗性和非消耗性兩種模式的特點(diǎn)，本文提出了提高水資源利用率的三種模式，即替代性原則、再生原則和減量原則。不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例表明，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和市政領(lǐng)域水資源管理過(guò)程中實(shí)踐三個(gè)原則對(duì)于實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)管理具有重要的指導(dǎo)意義。

［1］R.W.K.Leung et al.，Water Sci.Technol.65，410(2012).

［2］S.Muthukumaran，K.Baskaran，N.Sexton，Resour.Conserv.Recycling 55，945(2011).

［3］P.L.du Pisani，Desalination 188，79(2006).

［4］H.L.Leverenz，G.Tchobanoglous，T.Asano，J.Water Reuse Desalination 1，2(2011).