銀川市市區(qū)再生水利用潛力測算與配置研究

田　巍，陳耀文，周志軒

(寧夏回族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，銀川 750021)

0　前　言

再生水是城市污水經(jīng)處理后達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能在一定范圍內(nèi)使用的非飲用水，使用范圍包括城市河湖景觀環(huán)境、市政雜用、地下水源補(bǔ)給、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)以及居民日常生活用水等方面，已經(jīng)成為城市一種可靠的替代水源[1]。我國再生水利用研究和實(shí)踐整體上起步較晚，直到20世紀(jì)80年代末得到廣泛關(guān)注，“十五”、“十一五”期間發(fā)展較快[2]，2002年以來陸續(xù)出臺(tái)了再生水利用分類、再生水利用水質(zhì)、再生水水質(zhì)等國家標(biāo)準(zhǔn)。北京、西安、包頭、昆明及深圳等城市已經(jīng)出臺(tái)了再生水利用管理辦法，其中北京市將再生水納入水資源統(tǒng)一配置，實(shí)行地表水、地下水、再生水等聯(lián)合調(diào)度、總量控制，再生水利用率已超過60%，利用總量占全市總供應(yīng)量的25%左右[3]。再生水的研究方向圍繞再生水管理[4-5]、利用模式[6]、水資源配置[7]、健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[8]、再生水補(bǔ)給河湖水質(zhì)改善[9]及價(jià)格制定[10]等方面已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但各地再生水利用存在的問題依舊突出，尤其在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，再生水利用率提升緩慢。寧夏再生水利用起步較晚，尚沒有出臺(tái)再生水利用的相關(guān)管理辦法，銀川市從2002年銀川第一座污水處理廠建成運(yùn)行[11]，到目前為止，銀川市市區(qū)已建成污水處理廠8座，但再生水回用率卻不足10%。銀川市水資源緊缺，再生水有較大利用空間，本文根據(jù)銀川市市區(qū)再生水利用潛力，制定銀川市2020年再生水科學(xué)配置模式，為提升銀川市再生水利用率、構(gòu)建節(jié)水型社會(huì)提供依據(jù)。

1　銀川市市區(qū)再生水利用現(xiàn)狀

1.1　城市污水處理廠

銀川三區(qū)現(xiàn)有污水處理廠8座，其中第一、第二、第三和第四污水處理廠運(yùn)行時(shí)間均已在七年以上，第一和第四污水處理廠處于滿負(fù)荷運(yùn)行；第五污水處理廠、第六污水處理廠分別于2011年、2013年建成并投入使用；第七污水處理廠于2014年開始建設(shè)，一期工程于2016年11月調(diào)試運(yùn)行，第九污水處理廠于2017年1月基本建成，即將投入運(yùn)行。截至目前，銀川三區(qū)設(shè)計(jì)污水處理規(guī)模達(dá)到52.5 萬m3/d，實(shí)際處理污水量41.9 萬m3/d，每年365 d不間斷運(yùn)行，總處理污水量達(dá)到1.53 億m3/a。各污水處理廠正在進(jìn)行提標(biāo)改造，到2017年底將全部達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A出水標(biāo)準(zhǔn)，污水基本實(shí)現(xiàn)全收集、全處理。各污水處理廠現(xiàn)狀情況見表1。

表1　銀川市污水處理廠統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Yinchuan sewage treatment plant statistics

1.2　污水再生利用設(shè)施

銀川三區(qū)現(xiàn)有污水處理再生利用的再生水廠共3座，均位于各污水處理廠的廠區(qū)內(nèi)，設(shè)計(jì)再生水生產(chǎn)能力10.2 萬m3/d。其中，銀川市第一、三、五再生水廠的生產(chǎn)能力分別為2.2、3、5 萬m3/d。設(shè)計(jì)利用方向主要為熱電廠冷卻用水、綠化用水、景觀用水等。再生水廠具體情況見表2。再生水廠目前實(shí)際供水量1 500 萬m3/a左右，供水方向主要為熱電廠冷卻用水、城市綠化和道路澆灑用水，目前還沒有利用再生水補(bǔ)水的湖泊。

表2　銀川市已建再生水廠統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Yinchuan reclaimed water plant statistics

1.3　再生水利用存在的問題

(1)再生水利用設(shè)施不齊全，供水管網(wǎng)覆蓋區(qū)域小。銀川市目前僅在第一、第三、第五污水處理廠服務(wù)區(qū)域內(nèi)敷設(shè)了部分再生水管道，管道總長64 km，管網(wǎng)覆蓋面小，供水范圍有限。再生水利用設(shè)施和管網(wǎng)系統(tǒng)沒有納入城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分進(jìn)行嚴(yán)格要求、統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)，也沒有建立完整的、系統(tǒng)的管理體系；現(xiàn)狀大多數(shù)道路在建設(shè)時(shí)未考慮安排再生水管網(wǎng)位置，限制了再生水的大量回用。

(2)再生水水價(jià)體系不完善。水資源開發(fā)利用市場機(jī)制還不完善，科學(xué)合理的水價(jià)體系尚未形成，現(xiàn)有的黃河水、自來水、再生水等水資源的價(jià)格整體偏低，不同類別差額水價(jià)對水資源利用結(jié)構(gòu)影響很小，再生水價(jià)格優(yōu)勢難以體現(xiàn)[4]，無法調(diào)動(dòng)再生水利用的積極性。

(3)再生水利用缺乏有效的激勵(lì)機(jī)制及政策支持。目前對于發(fā)展污水再生回用產(chǎn)業(yè)缺乏政府優(yōu)惠政策的大力支持，以解決污水處理企業(yè)資金緊缺等問題。對于已接通再生水的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)限制自來水和黃河水的使用，滿足條件的用水都應(yīng)優(yōu)先采用再生水。目前銀川市因缺乏促進(jìn)污水再生利用的鼓勵(lì)政策和必要的懲罰手段，導(dǎo)致的結(jié)果一方面是城市用水緊張，另一方面城市雜用、景觀用水和工業(yè)用水仍在大量使用優(yōu)質(zhì)水資源。

2　銀川市再生水利用潛力

銀川市市區(qū)再生水的再生水利用潛力非?？捎^，利用方向?yàn)槌鞘须s用水、工業(yè)用水和景觀環(huán)境用水等方面。

2.1　城市雜用水利用潛力

(1)綠地灌溉。到2016年底銀川市建成區(qū)綠地面積為6 817 hm2，綠地覆蓋率為40.91%。用水定額根據(jù)《自治區(qū)人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)寧夏回族自治區(qū)有關(guān)行業(yè)用水定額的通知》(寧政辦發(fā)〔2014〕182號)，北部引黃灌區(qū)綠化用水240 L/(m2·a)。再生水使用比例按照60%計(jì)算，則計(jì)算綠地灌溉需再生水量為982 萬m3，詳見表3。

表3　銀川市綠地灌溉需水量計(jì)算表Tab.3 Water requirement table for greenbelt irrigation

(2)道路澆灑。根據(jù)《銀川市中心城區(qū)給水工程專項(xiàng)規(guī)劃》，規(guī)劃至2020年，道路廣場用地面積為2 476 hm2。用水定額依據(jù)寧政辦發(fā)〔2014〕182號文，澆灑道路和場地用水定額為0.6 L/(m2·d)。道路澆灑天數(shù)按照210 d計(jì)，主要集中在4-10月。再生水使用比例按照80%計(jì)算。則計(jì)算道路澆灑需再生水量為250 萬m3，詳見表4。

表4　銀川市道路澆灑需水量計(jì)算表Tab.4 Water requirement of road sprinkling

(3)車輛清洗。根據(jù)銀川市統(tǒng)計(jì)公報(bào)，2016年銀川市機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到51.5萬輛。按照年增速10%預(yù)計(jì)，2020年銀川市機(jī)動(dòng)車保有量約75.4萬輛。用水定額根據(jù)寧政辦發(fā)〔2014〕182號文，采用高壓沖水槍沖洗，轎車為40 L/(輛·次)，中型車60 L/(輛·次)，大型車80 L/(輛·次)。銀川市目前洗車行業(yè)主要采用高壓沖水槍沖洗，按照每輛車每年清洗15次，每次用水50 L/(輛·次)，再生水使用比例為80%，則預(yù)測再生水利用量為45 萬m3，詳見表5。

表5　銀川市車輛清洗需水量計(jì)算表Tab.5 Water requirement table for vehicle cleaning

(4)沖廁需水量。根據(jù)《銀川市“十三五”人口發(fā)展規(guī)劃》擬定人口發(fā)展目標(biāo)，合理控制銀川市中心城區(qū)人口規(guī)模。2015年，銀川市中心城區(qū)常住人口總數(shù)已經(jīng)達(dá)到138.85萬。2020年中心區(qū)常住人口總數(shù)力爭控制在158.85萬以內(nèi)。沖廁用水定額參照城市居民生活用水量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50331-2002)，取35 L/(d·人)?？紤]到目前住宅樓均沒有再生水入戶，再生水只能在公共場所、學(xué)校、商業(yè)區(qū)等地區(qū)利用，再生水使用比例為20%，則沖廁再生水需水量為405 萬m3。

2.2　工業(yè)再生水利用潛力

銀川市城區(qū)工業(yè)用地1 619 hm2，集中在西夏區(qū)南部、西夏區(qū)西南部及金鳳區(qū)南部。目前電力企業(yè)冷卻用水多為自來水循環(huán)用水，極少部分使用再生水，主要原因?yàn)樵偕芫€鋪設(shè)費(fèi)用高，企業(yè)不愿承擔(dān)。目前利用再生水的企業(yè)主要為西夏區(qū)熱電廠循環(huán)冷卻水，采用第三再生水廠的出水。根據(jù)銀川市市區(qū)內(nèi)工業(yè)發(fā)展情況，銀川市工業(yè)可利用再生水量為3 898 萬m3，詳見表6。

表6　銀川市工業(yè)用水潛力表Tab.6 Industrial water potential table

2.3　景觀環(huán)境再生水利用潛力

銀川市城區(qū)內(nèi)的湖泊主要有閱海、北塔湖、艾依河城區(qū)段、寶湖、七子連湖、文昌雙湖等，城區(qū)內(nèi)湖泊水系水域面積約1 800 hm2左右，平均水深1.5～2 m[12,13]，執(zhí)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)(《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002)。目前湖泊水質(zhì)情況多數(shù)不達(dá)標(biāo)，艾依河水質(zhì)一直處于劣Ⅴ類，寶湖前幾年處于劣Ⅴ類，經(jīng)過治理2016年達(dá)到Ⅳ類。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，銀川市城區(qū)內(nèi)湖泊河道年補(bǔ)給水量為5 000 萬m3左右。到2020年，環(huán)境景觀再生水補(bǔ)水比例按照30%計(jì)算，則需水1 500 萬m3。

銀川市再生水出廠水質(zhì)提標(biāo)后將全部達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，符合《城市污水再生利用-景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T18921-2002)，但是規(guī)定的再生水景觀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與地表水景觀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間有較大差距，再生水中氨氮、總磷和總氮水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值是地表水景觀水體Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)(《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002)的3.3倍、5倍和10倍。并且城市河湖水體補(bǔ)給單一、流動(dòng)性差且自凈能力較弱，使再生水補(bǔ)給水源成為城市河湖水體的潛在污染源。本底值較高的再生水向河湖中帶入CODCr、SS、和氮磷等污染物，不僅造成河湖水體渾濁，而且使河湖水體中營養(yǎng)鹽濃度增加，達(dá)到導(dǎo)致富營養(yǎng)化的物質(zhì)條件[14]。銀川市再生水需進(jìn)一步凈化處理后方可補(bǔ)給湖泊，否則會(huì)造成湖泊水質(zhì)及生態(tài)環(huán)境惡化。

2.4　再生水總利用潛力

根據(jù)上面計(jì)算，2020年銀川市市區(qū)再生水利用潛力總量為7 080 萬m3，其中城市雜用水利用潛力為1 682 萬m3、工業(yè)利用潛力為3 898 萬m3、景觀環(huán)境利用潛力為1 500 萬m3。見表7。

表7　銀川市2020年再生水利用潛力預(yù)測表Tab.7 Recycled water utilization potential forecast table

3　再生水利用方案

根據(jù)《寧夏城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》(下稱《規(guī)劃》)，到2020年底，城市和縣城再生水利用率進(jìn)一步提高，城市再生水利用率達(dá)到25%以上。根據(jù)《規(guī)劃》，“十三五”期間銀川市第一再生水廠將生產(chǎn)能力由2.2 萬m3/d擴(kuò)大至5.7 萬m3/d，銀川市再生水生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到18.7 萬m3/d，占污水處理能力的35.6%。因此，銀川市到2020年，再生水利用潛力若按照再生水利用率達(dá)到25%計(jì)算，為4 790 萬m3；按照再生水處理廠滿負(fù)荷運(yùn)行，利用潛力為6 825 萬m3；按照污水處理量的50%估算，利用潛力為9 580 萬m3。本文按照這3個(gè)利用潛力，設(shè)置高中低3個(gè)配置方案。

在再生水利用配置中，因城市雜用水計(jì)算時(shí)已經(jīng)考慮到再生水利用比例，且銀川市市區(qū)正在建設(shè)再生水供水主管道，因此優(yōu)先城市雜用水；其次工業(yè)用水量和用水時(shí)間比較穩(wěn)定，考慮工業(yè)用水；因再生水用于景觀生態(tài)時(shí)，需對水質(zhì)進(jìn)行處理，最后考慮生態(tài)用水。在高配置方案中，可適當(dāng)擴(kuò)大城市雜用水的再生水利用比例，將景觀生態(tài)再生水利用比例提高到70%。配置方案詳見表8。

表8　銀川市再生水配置方案　萬m3Tab.8 Yinchuan reclaimed water configuration program

4　建　議

(1)拓寬資金投入渠道，科學(xué)規(guī)劃，加強(qiáng)再生水供水管網(wǎng)的建設(shè)。對新建、擴(kuò)建建筑工程項(xiàng)目須統(tǒng)籌規(guī)劃，設(shè)置強(qiáng)制性規(guī)定，保障再生水管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)。新建或改造再生水廠時(shí)，合理布局，把潛在的再生水利用大戶作為考量的重要因素。挖掘本地優(yōu)勢，充分利用其他傳輸渠道替代。

(2)完善再生水水價(jià)體系，制定激勵(lì)政策。建立合理的再生水水價(jià)體系，提高工業(yè)與特殊行業(yè)取用新鮮水的成本，合理拉大再生水與工業(yè)和特殊行業(yè)用水的價(jià)格差距，提升再生水的價(jià)格優(yōu)勢。制定再生水使用強(qiáng)制性規(guī)定，逐步拓寬強(qiáng)制利用再生水的行業(yè)范圍，同時(shí)細(xì)化規(guī)定再生水利用的比例。制定針對再生水生產(chǎn)企業(yè)和用戶的優(yōu)惠政策。

(3)加強(qiáng)規(guī)范水資源管理。一方面，提升水資源取用的監(jiān)督能力和管理水平，嚴(yán)格懲罰標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)決打擊違規(guī)盜取水、供水行為，促進(jìn)高耗水行業(yè)的公平競爭，拓展再生水利用的空間。另一方面，嚴(yán)格污水排放管理，不斷提升污水排放標(biāo)準(zhǔn)，提高污水排放成本。

5　結(jié)　論

(1)銀川市作為西北地區(qū)水資源緊缺的重要城市，再生水利用有巨大的潛力，經(jīng)測算到2020年銀川市再生水利用潛力為7 080 萬m3，其中城市雜用水、工業(yè)及景觀環(huán)境利用潛力分別為1 682、3 898、1 500 萬m3。

(2)再生水配置時(shí)，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)卦偕脳l件，如現(xiàn)狀再生水利用方向、再生水水質(zhì)、再生水供水管網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度、周邊工業(yè)用水需求等要素來制定。根據(jù)銀川市再生水利用條件，優(yōu)先城市雜用水，其次工業(yè)用水量，最后考慮生態(tài)用水。

(3)按照三個(gè)不同要求的再生水利用率，提出了2020年銀川市三個(gè)尺度的再生水配置方案，在高配置方案中，可適當(dāng)擴(kuò)大城市雜用水的再生水利用比例，進(jìn)一步加大景觀生態(tài)再生水利用比例。

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