基于再生水設(shè)施生產(chǎn)率的非常規(guī)水源開發(fā)利用對策

曲 煒,趙建海,范文淵,薛 陽

(1.水利部水資源管理中心北京 100056;2.水利部非常規(guī)水源工程技術(shù)研究中心,北京 100056;

3.北京中水江源地下水保護利用研究所有限公司北京 100056;4.天津城建大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,天津 300384)

基于再生水設(shè)施生產(chǎn)率的非常規(guī)水源開發(fā)利用對策

曲 煒1,2,3,趙建海4,范文淵4,薛 陽3

(1.水利部水資源管理中心北京 100056;2.水利部非常規(guī)水源工程技術(shù)研究中心,北京 100056;

3.北京中水江源地下水保護利用研究所有限公司北京 100056;4.天津城建大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,天津 300384)

我國非常規(guī)水源開發(fā)利用量逐年增加,在北方缺水城市已成為景觀環(huán)境和工業(yè)冷卻用水的主要水源。以再生水開發(fā)利用為切入點,分析近年來再生水設(shè)施、設(shè)備生產(chǎn)能力和生產(chǎn)率變化趨勢,從水源水量、終端用戶、管網(wǎng)建設(shè)、成本水價、自身條件、外部環(huán)境等方面分析再生水產(chǎn)能過剩的原因,并提出對策與建議。

再生水;非常規(guī)水源;生產(chǎn)率;影響因子;開發(fā)利用

非常規(guī)水源指區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的地表水、地下水等常規(guī)水資源,主要有再生水、淡化海水、雨洪水、礦井水、苦咸水等,這些水源的特點是經(jīng)過處理后可以再生利用,可以在一定程度上替代常規(guī)水資源,加速和改善天然水資源的循環(huán)過程,使有限的水資源發(fā)揮出更大的效用。據(jù)不完全統(tǒng)計,2013年,我國非常規(guī)水源利用量為67.8億m3,其中再生水、礦井水、雨洪水、苦咸水、海淡水的利用量分別為53.8億 m3、8.2億 m3、3.6億 m3、1.1億 m3、1.1億m3。再生水利用量最大,占79.2%;海淡水利用量最少,占1.6%。這幾種水源中,再生水具有穩(wěn)定的水源、技術(shù)相對成熟、用戶群體固定、管網(wǎng)建設(shè)配套完善等優(yōu)勢;海淡水雖然目前利用量最小,但其發(fā)展前景最為樂觀,是解決沿海省份和島嶼缺水問題的有效手段;礦井水利用量雖占第二位,但由于其水源具有不可持續(xù)性的特點,其發(fā)展將受到限制。故本文重點討論再生水歷年產(chǎn)能變化情況,從政策制度、規(guī)劃配置、水源水量、社會經(jīng)濟、水資源賦存條件等方面分析產(chǎn)能過剩的原因,從政府主導(dǎo)、激發(fā)市場活力,部門聯(lián)動、統(tǒng)一資源規(guī)劃配置,標準體系、控制水質(zhì)安全,價格調(diào)控、構(gòu)建合理價格體系,面向市場、促進產(chǎn)學(xué)研融合,加大投入、提高科技創(chuàng)新能力等方面,提出非常規(guī)水源開發(fā)利用的對策、建議。

1 現(xiàn)狀再生水利用量

圖1 2013年我國各省(區(qū)、市)再生水利用量排序

我國再生水利用各地差異較大,根據(jù)2013年水資源管理年報初步統(tǒng)計結(jié)果,2013年我國再生水利用量為53.8億m3,較2012年增加9.5億m3。我國各省(區(qū)、市)再生水利用量排序,如圖1所示。

對圖中數(shù)據(jù)來源進行分析,不難看出,由于統(tǒng)計口徑的原因,廣東把污水處理廠達標排放到河道、湖泊中的部分水量統(tǒng)計到再生水利用量中。筆者認為該水量不應(yīng)計入再生水利用量中。因為,污水達標排放執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(簡稱排放標準),而再生水回用于景觀環(huán)境執(zhí)行GB/T18921—2002《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(簡稱回用標準)。這兩個標準在污染物指標控制方面存在差異:①關(guān)注污染物指標數(shù)量不同,排放標準關(guān)注12項指標,回用標準關(guān)注14項指標;②排放標準和回用標準共同關(guān)注的9項指標中,排放標準達到一級A出水要求才能滿足景觀環(huán)境用水指標;③排放標準重點關(guān)注COD、BOD5等,回用標準關(guān)注濁度、溶解氧、余氯等指標,而這些指標排放標準中未予考慮。因此,簡單地把污水處理廠排放到水體中的排放水量作為回用于景觀環(huán)境中的再生水量是不可取的,若要統(tǒng)計也僅應(yīng)統(tǒng)計達到一級A排放標準的水量。北京、山東、遼寧、河北、山西、內(nèi)蒙等6個北方缺水省(區(qū)、市)再生水利用量占全國再生水利用總量的50%,是我國再生水利用的主要省份。

2 歷年再生水設(shè)施生產(chǎn)率分析

自2008年國務(wù)院“三定”方案賦予水利部指導(dǎo)城市污水處理回用等非傳統(tǒng)水源開發(fā)利用職能以來,水利部從水資源統(tǒng)一配置的角度對再生水的內(nèi)涵和外延進行了規(guī)定,通常指以污水處理廠出水達到景觀環(huán)境和農(nóng)業(yè)灌溉回用標準的水量或再生水廠出水或工業(yè)企業(yè)排水達到景觀環(huán)境回用標準的水量,作為再生水利用量。按照這個標準,各地水行政主管部門逐級統(tǒng)計、匯總,自2009年以來,水利部逐年發(fā)布“水務(wù)管理年報”,指導(dǎo)各地開展非常規(guī)水源開發(fā)利用工作。對2009—2012年水務(wù)管理年報相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析,并參考2013年水資源管理年報不完全統(tǒng)計結(jié)果,發(fā)現(xiàn)我國再生水利用雖然起步較晚,但生產(chǎn)能力和利用量逐年提高,如表1所示。

表1 2009—2013年我國再生水生產(chǎn)能力、利用量

雖然我國再生水設(shè)施、設(shè)備生產(chǎn)率已由2009年的33%提高到2013年的56%,提高了近1倍,但整體來看,我國再生水設(shè)施、設(shè)備生產(chǎn)率較低,還不能保證滿負荷運行,產(chǎn)能相對過剩。其原因主要有:①水源水不足,設(shè)施生產(chǎn)能力不能滿負荷生產(chǎn);②市場培育不足,沒有用戶使用,利用率低。市場的培育受制于用戶的需求,用戶的需求又受制于水資源賦存條件和社會經(jīng)濟發(fā)展水平等客觀因素,即便如此,用戶也是可以通過政策等激勵手段去激發(fā)、去挖掘;③管網(wǎng)建設(shè)滯后,沒有相應(yīng)的輸配設(shè)施,即便有用戶使用,也無法輸送到用戶端,影響再生水利用;④處理成本高,再生水水價低,成本水價倒掛,企業(yè)虧本運營。

3 影響生產(chǎn)率的因子分析

3.1 水源水量

再生水廠水源通常有兩類,一類是以污水處理廠出水為水源,經(jīng)處理后達到再生水水質(zhì)標準,這部分是再生水的主要水源;另一類是以污水為水源,經(jīng)膜生物反應(yīng)器(簡稱MBR)工藝,直接處理達到再生水水質(zhì)標準,這類水源目前市場容量較小。本文主要分析污水處理廠二級出水水量能否滿足現(xiàn)有再生水設(shè)施、設(shè)備生產(chǎn)能力。據(jù)2013年水資源年報不完全統(tǒng)計,我國年污水排放量423.4億 m3,處理量337.8億m3。按照現(xiàn)有再生水廠生產(chǎn)能力全部滿負荷運行,其處理量也僅為94.2億m3,占年污水處理總量的28%,未來隨著城鎮(zhèn)化步伐的加快,污水處理總量還會增加。因此,水源水量不是影響再生水廠產(chǎn)能過剩的主要原因。

3.2 終端用戶

根據(jù)1997—2013年水資源公報中用水總量變化趨勢,在不考慮實施最嚴格水資源管理制度“三條紅線”控制目標的前提下,采用回歸分析法預(yù)測2020年我國用水總量將達到7 010億m3,比水利部劃定的6700億m3總量紅線超出310億m3。今后,這部分水量只能通過開發(fā)非常規(guī)水源予以解決,考慮未來加大海水淡化投入力度后,再生水在非常規(guī)水源中的比重將會減少,按照由現(xiàn)狀79%降低到70%計算,屆時,再生水利用量將達到217億m3,具有巨大的用戶空間?，F(xiàn)有再生水生產(chǎn)能力遠遠不能滿足用戶的需求,用戶不是影響再生水產(chǎn)能過剩的因素。

3.3 管網(wǎng)建設(shè)

自2009年到2013年,我國再生水管網(wǎng)長度已由0.4萬km增加到1.1萬km,增加兩倍多,但把它平均分配到全國600多座城市,則每個城市不足20 km。再生水作為供水水源與城市自來水供水系統(tǒng)具有一定的相似性,截至2013年,全國城市供水管網(wǎng)長度已達63萬km,基本形成主干網(wǎng)加支干網(wǎng)的網(wǎng)狀供水系統(tǒng)。按照這個標準,目前,再生水管網(wǎng)建設(shè)除北京基本能夠達到主干管網(wǎng)已經(jīng)初步成型外,其他城市再生水供水管網(wǎng)還處于點對點的供水狀態(tài),支狀管網(wǎng)尚未建成,更談不上網(wǎng)狀供水系統(tǒng)。因此,管網(wǎng)建設(shè)滯后是制約我國再生水利用的因素之一。

3.4 成本水價

對于再生水,按照處理技術(shù)的不同,其處理工藝大致分為直接過濾、混凝沉淀過濾(老三段)、生物處理工藝、膜處理工藝,有些專家把膜生物反應(yīng)器(MBR)作為單獨的處理工藝。再生水處理成本與處理工藝和處理規(guī)模有著直接的關(guān)系,工藝不同成本不同,規(guī)模不同成本不同,通常隨著處理規(guī)模的增大,處理成本將降低,以5萬t/d規(guī)模為例,直接過濾噸水投資350～400元,噸水運行成本0.25～0.35元,是再生水處理工藝中成本最低的工藝,現(xiàn)行再生水水價遠高于其處理成本,各工藝成本與水價比較[1-2],如表2所示。

表2 再生水處理成本與水價分析

由表2可以看出,現(xiàn)有再生水水價基本與“老三段”和生物處理工藝直接成本(不含折舊)相當(dāng),企業(yè)基本可保本經(jīng)營;膜處理工藝成本較高,目前的再生水價格不能覆蓋其處理成本,運營主要依靠政府補貼。因此,以膜工藝生產(chǎn)再生水的企業(yè),其成本與水價倒掛,企業(yè)虧本經(jīng)營,難以持久為繼。因此,成本水價倒掛是影響再生水開發(fā)利用的制約因素之一。

3.5 自身條件

我國再生水利用主要集中在北方缺水地區(qū),南方水資源豐沛地區(qū)再生水利用量占利用總量的比例不足5%,若認可廣東統(tǒng)計的數(shù)據(jù)為再生水利用量,其占再生水利用總量的比例也不到1/4。筆者以社會經(jīng)濟發(fā)展水平相當(dāng),城鎮(zhèn)化率接近的北京和上海為例,分析水資源賦存條件對再生水利用的影響;以水資源賦存條件相當(dāng),城鎮(zhèn)化率接近的寧夏和內(nèi)蒙為例,分析社會經(jīng)濟發(fā)展水平對再生水利用的影響。北京、上海、寧夏、內(nèi)蒙四省(區(qū)、市)2013年基本數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 北京、上海、寧夏、內(nèi)蒙再生水利用量相關(guān)指標匯總

由表3可以看出,2013年,北京和上海人均地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)、人口總數(shù)、城鎮(zhèn)化率基本相當(dāng),但其再生水利用量卻相差較大。分析其原因,兩市最大的差距就是水資源賦存條件,北京年降水量664mm,上海2 000mm,是北京的3倍多,用戶對再生水的需求不旺盛,是導(dǎo)致再生水利用遲緩的主要原因。因此,在開發(fā)利用再生水時,應(yīng)因地制宜,合理規(guī)劃。從表3中還可以看出,身處同一地區(qū)的寧夏和內(nèi)蒙,由于內(nèi)蒙經(jīng)濟較寧夏發(fā)達,再生水利用量是寧夏的8倍。由此可見,再生水開發(fā)利用首先受制于當(dāng)?shù)厮Y源賦存條件,其次受制于社會經(jīng)濟發(fā)展程度,僅有需求沒有經(jīng)濟基礎(chǔ),僅有經(jīng)濟基礎(chǔ)沒有需求都不能促進再生水利用。

3.6 外部環(huán)境

3.6.1 政策制度

從國家層面看,再生水除再生水企業(yè)納入資源綜合利用范圍免征增值稅外,還沒有出臺制度化的財政補助和價格等鼓勵政策,也沒有一部綜合的、能調(diào)節(jié)各方利益的再生水法規(guī);從地方層面看,據(jù)不完全統(tǒng)計,全國共計頒布98項涉及再生水的地方法規(guī)、政府規(guī)章與規(guī)范性文件,包括8項省級法規(guī)、6項省級政府規(guī)章、52項省級規(guī)范性文件、11項地市級法規(guī)、11項地市級政府規(guī)章、10項地市級規(guī)范性文件;從形式上看,全國約70%相關(guān)再生水的政策法規(guī)零落分布于污水處理、環(huán)境保護、資源利用等法規(guī)、規(guī)章與規(guī)范性文件之中,僅有12座城市出臺了再生水專門的法規(guī)、規(guī)章與規(guī)范性文件[3]。國家及地方文件在談及再生水發(fā)展時,大多以宏觀的“鼓勵”、“大力發(fā)展”措辭為主,缺乏具體明確的鼓勵政策、配套措施及獎罰制度。因此,政策太過宏觀,不具體,也是制約再生水利用的因素之一。

3.6.2 規(guī)劃配置

從國家層面看,還沒有一部針對再生水的專項規(guī)劃;從地方層面看,全國共有20個省(區(qū)、市)、55個市(縣)編制了與再生水相關(guān)的規(guī)劃[4]。這些規(guī)劃對指導(dǎo)各地再生水開發(fā)利用起到了很好的引導(dǎo)作用。因此,規(guī)劃編制切合實際,也是促進再生水開發(fā)利用的主要因素之一。

3.6.3 管理體制

在中央層面,國務(wù)院部門“三定”規(guī)定明確賦予水利部指導(dǎo)城市污水處理回用等非傳統(tǒng)水源開發(fā)利用。然而在地方層面,城市污水處理回用的管理主體不明確,在全國655座城市中,只有96座城市污水處理回用歸口當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T管理,85%的城市仍由城建、環(huán)保等部門管理。中央與地方的城市污水處理回用管理體制不一致、不銜接,存在信息不暢通的問題,造成“上通下不通”。因此,管理體制不順是制約再生水開發(fā)利用的因素之一。

從水源水量、終端用戶、管網(wǎng)建設(shè)、成本水價、社會經(jīng)濟、水資源賦存條件、政策、規(guī)劃、體制等因素的分析,可以看出,目前我國再生水利用較高的北京、天津、山西、山東、河南、河北等地不僅有完備的政策制度體系,而且在財政、稅收、土地、電價等方面還出臺了具體、細化、可操作的優(yōu)惠政策;不僅有再生水利用規(guī)劃,而且還與水資源綜合規(guī)劃和城市發(fā)展規(guī)劃相銜接,規(guī)劃中明確了再生水利用總量和分區(qū)利用量,以及污水處理設(shè)施與再生水處理設(shè)施配套建設(shè),優(yōu)化布局,在城市發(fā)展中預(yù)留再生水管網(wǎng)建設(shè)空間;不僅如此,這些省份也是城鄉(xiāng)水務(wù)一體化發(fā)展較早和較完善的省份,特別是像北京、天津這樣水務(wù)改革非常徹底的地區(qū),其再生水利用量也最大,設(shè)施、設(shè)備生產(chǎn)率也較高,統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一配置工作也能真正落到實處。因此,從上述分析可以看出,影響我國再生水開發(fā)利用程度的主要因素,有直接的也有間接的,有主觀的也有客觀的。總體來看,一方面受制于自身水資源賦存條件和社會經(jīng)濟發(fā)展水平等客觀因素,另一方面受制于政策、規(guī)劃、體制等主觀因素。從目前我國再生水開發(fā)利用整體情況看,市場發(fā)育不足是其根本原因,要改變這一現(xiàn)狀,需要政府出臺相關(guān)優(yōu)惠政策培育市場,對再生水予以扶持。

4 非常規(guī)水源開發(fā)利用的對策建議

4.1 政府主導(dǎo),激發(fā)市場活力

從水資源保護的戰(zhàn)略高度,給予非常規(guī)水源建設(shè)工程與國家公益性水利工程同等地位。借鑒節(jié)能、環(huán)保、高新技術(shù)等行業(yè)促進發(fā)展經(jīng)驗,根據(jù)非常規(guī)水源利用特點,在財稅、投融資、土地等方面,對非常規(guī)水源開發(fā)利用涉及的建設(shè)、生產(chǎn)、運營等環(huán)節(jié)制定針對性鼓勵政策,激發(fā)社會資本積極投入非常規(guī)水源開發(fā)利用。建立再生水利用、海水淡化、苦咸水利用重點示范工程,推動非常規(guī)水源利用試點城市建設(shè)。充分發(fā)揮市場機制在非常規(guī)水源開發(fā)利用與運行維護中的作用,建立多層次、多渠道、多元化的非常規(guī)水源建設(shè)與運行維護投融資模式,逐步形成政府主導(dǎo)、社會籌資、市場運行、企業(yè)開發(fā)的良性運行機制[5]。推廣市場化經(jīng)營方式,政府積極創(chuàng)造條件,利用特許經(jīng)營、投資補助、招標拍賣等多種方式,吸收社會資本。

4.2 部門聯(lián)動,統(tǒng)一資源規(guī)劃配置

非常規(guī)水源利用涉及水利、城建、海洋、環(huán)保等多個部門,但經(jīng)處理后達到水質(zhì)標準的非常規(guī)水源應(yīng)與傳統(tǒng)水資源協(xié)調(diào),統(tǒng)一進行資源配置,充分發(fā)揮產(chǎn)能,提高利用水平。再生水、海水利用規(guī)劃應(yīng)充分考慮城市總體規(guī)劃與產(chǎn)業(yè)布局,并與水資源規(guī)劃、城市總體規(guī)劃、環(huán)境保護規(guī)劃、土地利用規(guī)劃等相銜接。對北京、天津這類非常規(guī)水源發(fā)展較快的地區(qū),不僅有各類非常規(guī)水源的專項規(guī)劃,而且在水資源綜合規(guī)劃中把非常規(guī)水源利用量按照區(qū)縣進行分解,明確具體的工程措施,把常規(guī)水源與非常規(guī)水源進行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一配置[5]。因此,針對我國社會經(jīng)濟發(fā)展差異性較大的特點,應(yīng)分類指導(dǎo),按區(qū)域統(tǒng)一規(guī)劃,明確常規(guī)水源和非常規(guī)水源利用量,達到區(qū)域資源合理開發(fā)、合理利用的目標。滿足設(shè)施、設(shè)備負荷要求,規(guī)避產(chǎn)能過剩的問題發(fā)生。

4.3 加強監(jiān)管,控制水質(zhì)安全

建立非常規(guī)水源利用安全監(jiān)管制度體系,制訂再生水安全監(jiān)管辦法、再生水使用安全保障制度,建立城市污水回用應(yīng)急處置機制等[6]。在示范工程基礎(chǔ)上,研究和建立再生水、海水和雨洪水利用技術(shù)標準體系,將產(chǎn)品(裝備)認證納入節(jié)水產(chǎn)品認證范圍。加強海水利用產(chǎn)品裝備的質(zhì)量監(jiān)督檢驗,建立非常規(guī)水資源的統(tǒng)計、監(jiān)測與評估制度,確保非常規(guī)水源安全高效利用。

4.4 價格調(diào)控,構(gòu)建合理價格體系

體現(xiàn)水資源稀缺性,形成多層次階梯水價,提升用戶對非常規(guī)水源利用的積極性[7]。統(tǒng)一制定常規(guī)水源和非常規(guī)水源供用水價格,理順價格關(guān)系,體現(xiàn)非常規(guī)水源價格競爭優(yōu)勢。健全非常規(guī)水源價格補貼機制(如逐步提高常規(guī)水源供水價格以補貼非常規(guī)水源制水成本),避免企業(yè)長期虧損運營。

4.5 創(chuàng)新機制,逐步推行合同管理模式

逐步推行合同管理模式,利用特許經(jīng)營、委托運營等方式,促進非常規(guī)水源工程建設(shè)、運營的專業(yè)化和社會化,促進生產(chǎn)運營企業(yè)提升非常規(guī)水源利用工藝技術(shù),更新改造設(shè)備設(shè)施,不斷提升技術(shù)水平。

4.6 面向市場,促進產(chǎn)學(xué)研融合

以市場為導(dǎo)向,以用戶需求為目標,構(gòu)筑運營單位、設(shè)備材料制造企業(yè)、科研單位聯(lián)合組建,政府決策、監(jiān)管部門共同參與的非常規(guī)水源技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用平臺,建立一個具有較強技術(shù)創(chuàng)新能力的非常規(guī)水源開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,推動非常規(guī)水源利用管理和技術(shù)信息資源互通、科技研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化、技術(shù)集成及推廣應(yīng)用。

4.7 加大投入,提高科技創(chuàng)新能力

明晰政府和企業(yè)責(zé)任,明確政府投入的范圍、機制和渠道,建立多層次財政補貼機制,加快出臺設(shè)施和管網(wǎng)配套建設(shè)“以獎代補”機制,落實企業(yè)增值稅、所得稅減免政策。如北京市,2013年再生水利用率已達62%,接近國際先進水平。其發(fā)展經(jīng)驗表明,政府在建設(shè)期財政投入修建管網(wǎng),運行期以免征企業(yè)所得稅、財政補貼企業(yè)虧損的方式維持企業(yè)良性循環(huán)。加大政府支持力度,鼓勵企業(yè)科研投入,注重專業(yè)人才培養(yǎng),建立一批重點實驗室、中試基地,在對國外先進技術(shù)消化吸收的基礎(chǔ)上,提升自主研發(fā)能力,瞄準對我國非常規(guī)水源開發(fā)利用快速、高水平發(fā)展形成制約和瓶頸的關(guān)鍵工藝技術(shù)、裝備制造和新材料,有重點、分階段突破,促進核心裝置設(shè)備及材料國產(chǎn)化、新技術(shù)研發(fā)及技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)升級。

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2015 06 -09 編輯:陳玉國)

10.3880/j.issn.1003 -9511.2015.04.014

曲煒(1968—),女,山東萊州人,教授級高工,博士,主要從事水資源與非常規(guī)水源技術(shù)研究。E-mail:quwei-cj@163.com