城市再生水資源需求分析與預(yù)測研究

雷呈江

摘要：我國的嚴(yán)重缺水城市有 33 座，鄭州市是其中之一。鄭州市的人均淡水資源不足全國平均水平的 7 %，嚴(yán)重限制了其社會、經(jīng)濟、生產(chǎn)等的發(fā)展，給鄭州市居民的生活帶來了極大的不便。鑒于此鄭州開展了諸多措施，開源節(jié)流以求構(gòu)建城市水生態(tài)，打造“鄭州模式”，其中再生水利用具有相當(dāng)意義。研究旨在通過再生水資源的水質(zhì)、需求量進(jìn)行分析，嘗試找到城市再生水資源需求預(yù)測分析方式，為鄭州市再生水利用工作，做鋪墊性研究。

再生水，是通過相適應(yīng)的工藝，將雨水、或其他污水的水質(zhì)提升為安全水質(zhì)的水。再生水并非特指飲用水，根據(jù)其不同的需求有一級至三級的水質(zhì)層次度量標(biāo)準(zhǔn)。從工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉、市政景觀等方方面面，每個等級的水質(zhì)具有一定的需求。不同等級的凈化質(zhì)量分層，最大限度的延展了水資源的利用周期，進(jìn)階形成城市水生態(tài)循環(huán)，完成了生態(tài)城市建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠根本上解決城市水資源利用問題。

為完成這一目標(biāo)，首先需要對城市現(xiàn)階段再生水的質(zhì)量、需求進(jìn)行數(shù)理分析，嘗試找到實現(xiàn)水資源再生利用“閉環(huán)”的關(guān)鍵節(jié)點。

一、再生水水質(zhì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

《城鎮(zhèn)污水處理成污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB GB18918-2002）以下簡稱“排污標(biāo)準(zhǔn)”是現(xiàn)階段我國各大城市通行的再生水回用處理的主要處理指標(biāo)依據(jù)。在“排污標(biāo)準(zhǔn)”總，根據(jù)再生水的工藝復(fù)雜程度和出水質(zhì)量程度將再生水分成了一級、二級和三級。

《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》GB/T 18920-2002以下簡稱“雜用再生水標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定了包括工業(yè)用水、景觀、灌溉等城市生活方方面面的用水水質(zhì)分類。每種水質(zhì)都進(jìn)行了具體要求，是現(xiàn)行諸多城市通行的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。比如《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923-2005）以下簡稱“工業(yè)用再生水標(biāo)準(zhǔn)”是住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部結(jié)合現(xiàn)階段城市再生水水質(zhì)和工業(yè)需求相結(jié)合對接后，指定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

另外在2011年人民政府辦公廳發(fā)布的“十二五”規(guī)劃中提及城市建設(shè)方面，要求了“十二五”建設(shè)過程中，城市再生水的有效利用，進(jìn)一步挖掘城市再生水資源的潛力。2015年發(fā)布的加強全國節(jié)水用水工作文件則又進(jìn)一步明確了類似再生水這樣的非常規(guī)水源鼓勵政策，在硬件設(shè)施方面，將再生水處理廠改擴建、新建工作納入日程;在非常規(guī)水源利用方向方面，指定了對再生水、雨水、在內(nèi)的非常規(guī)水資源利用工程的扶持政策;在日常用水方面，鼓勵在工業(yè)冷卻、景觀河道等方面，利用再生水替代淡水，充分利用水資源。從軟硬件兩個方面進(jìn)一步推動再生水資源利用的重要性。

基于以上標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)通知，可以整理出相應(yīng)再生水需求，從而制定量化模型，用于城市再生水需求的預(yù)測分析。

二、鄭州再生水需求量分析

鄭州市作為河南省省會，不僅是全省的經(jīng)濟、文化中心，也是中國重要的交通樞紐。歷史上鄭州水資源相對充沛，較之其他北方城市而言，鄭州除了擁有黃河這一重要水源之外，還有一些其他河流和地下水作為補充。但目前鄭州仍然是淡水資源缺乏的城市，主要原因在于從1978年到2020年，鄭州市人口翻了四倍，高速成長的城市帶來了突發(fā)的水資源需求，導(dǎo)致鄭州也一度成為缺水城市。

所以鄭州市人民政府響應(yīng)國家號召，先后建成了五龍口、陳三橋等四座污水處理廠，這些已經(jīng)建成的污水處理廠，為鄭州準(zhǔn)備了180萬噸/日的污水處理能力。

2.1景觀河道再生水需求量計算方式

城市景觀河道不僅能夠防洪排澇、調(diào)節(jié)城市環(huán)境，也是提升城市吸引力，改善城市環(huán)境的關(guān)鍵，近年來各個地市都在努力打造符合城市特色的水系工程。顯而易見，水系項目耗費水量巨大，如果和既往傳統(tǒng)方式一樣完全用地下水補貼，無疑是給水資源已經(jīng)十分緊缺的城市，帶來更大的用水壓力，水系工程業(yè)績無法達(dá)到市政建設(shè)為民服務(wù)的基本要求。鑒于此，再生水在這里有了充分的利用空間，如果能夠以再生水和周邊河流水源完全替代地下水，

如果可以將水量充足且出水穩(wěn)定的再生水處理廠的出水用作城市景觀河道用水，不但會大大降低對地下水的使用量，還使水資源得到了循環(huán)利用，因此十分必要。根據(jù)各地市管理，景觀河道水礙于城市環(huán)境問題所以需要一級A標(biāo)的再生水補給，換水率50%，也即更換周期為四十八小時。平均深度以1米為單位計算，按照全年75%時間計算（約250-270天）。

2.2沖廁再生水需求量計算方式

人口提升直接引出的問題是沖廁水耗費量，由于衛(wèi)生潔具設(shè)備相對陳舊，節(jié)水型沖廁設(shè)備并未得到廣泛應(yīng)用，所以目前沖廁用水占據(jù)我國相當(dāng)大的淡水消耗比重。據(jù)統(tǒng)計，每年消耗接近70億立方米的自來水，這些自來水大多是地下水補充，形成了巨大的浪費。顯然，再生水作為沖廁用水非常合適，實際上不少家庭已經(jīng)自發(fā)利用生活廢水沖廁。在沖廁水方面實現(xiàn)再生水利用，能夠大幅降低城市自來水消耗，形成良好的小范圍水循環(huán)，提高水利用效率。

鄭州在新城區(qū)建設(shè)過程中對公共廁所進(jìn)行了良好覆蓋，引入了大量的新設(shè)備，一定程度上緩解了沖廁水開支。所以在預(yù)測鄭州市沖廁水時，可假設(shè)每天7次，每人每次1立方分米的量作為統(tǒng)計。

2.3綠化澆灌再生水需求量

鄭州素有“綠城”之稱，一直以來具有良好的綠化范圍，對于城市宜居性和居民生活環(huán)境，具有相當(dāng)?shù)囊饬x。和其他用水途徑一樣，城市綠化澆灌用水也是占用城市的淡水資源，也同樣對城市淡水資源匱乏情況平添了諸多困境。在澆灌用水方面實現(xiàn)再生水有效利用，不僅可以減少地下水消耗，一定程度上也能反向?qū)Φ叵滤M(jìn)行補充。不但會大大降低地下水等淡水的使用量，還使水資源得到了循環(huán)利用，提高了水資源的利用效率，因此十分必要。

根據(jù)2019年鄭州市的城區(qū)建成區(qū)面積規(guī)劃，估算出近年來綠化覆蓋率以及預(yù)計綠化覆蓋率，可以算出相應(yīng)的綠化范圍。這里可以參照我國《室外綠化澆灌設(shè)計規(guī)范》（GB60013-2006）中對澆灌綠地用水量的相關(guān)規(guī)定，計算標(biāo)準(zhǔn)以1.5L每平米計算。按照同緯度城市常用標(biāo)準(zhǔn)灌溉時間為全年三分之二，約200至230天，則鄭州市綠化澆灌再生水用水量計算方法。

三、城市再生水需求量預(yù)測方式

再生水從設(shè)計到落地大概需要1至2年，現(xiàn)實施工甚至更長時間，在時間上明顯有一定的滯后，和城市實際的再生水利用需求相差三年發(fā)展期，常常是再生水配送設(shè)施剛剛完工，就發(fā)現(xiàn)新的需求。這樣一來，再生水設(shè)施短板直接制約了城市水循環(huán)建設(shè)。所以研究城市再生水需求量的預(yù)測模式，對于城市水循環(huán)中遠(yuǎn)期建設(shè)有重要意義?；谏鲜鲅芯恐械牧炕瘶?biāo)準(zhǔn)，可據(jù)此指定相應(yīng)的模型，預(yù)測一定時間段內(nèi)再生水的需求，重新量化鄭州市整體的再生水需求量，從而將再生水制作納入整體城市建設(shè)規(guī)劃當(dāng)中，這也便于在規(guī)劃討論中將凈化水硬件設(shè)施落地，有促進(jìn)作用。而現(xiàn)階段城市再生水需求量的方法，也可以從這些消耗指標(biāo)入手，以本模型為例，在首先將再生水與工業(yè)循環(huán)冷卻用水、城市河道景觀用水和其他市政雜用水進(jìn)行水質(zhì)需求相互對接，從而找到了城市再生水需求的潛力。

另外還可以從鄭州市的實際情況出發(fā)，將上述研究內(nèi)容收集，建立數(shù)學(xué)模型，州市七年內(nèi)，城市市政雜用水的需求量和增長情況，得出鄭州市 2011 年到 2017 年的再生水需求情況詳細(xì)報表，將各方面內(nèi)容有效調(diào)節(jié)。

四、城市再生水需求量預(yù)測意義

本研究通過對城市再生水需求量分析和預(yù)測方法的可行性和實用性。從再生水的“出口”入手，基于雜用再生水標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)用再生水標(biāo)準(zhǔn)，比對排污標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行逐一對接，從中間的差異找到再生水的需求量和相應(yīng)的工藝要求大致情況，并以鄭州市為例，比對鄭州市七年內(nèi)的數(shù)據(jù)代入，構(gòu)建出城市再生水需求量預(yù)測意義。通過建立相應(yīng)模型，有利于城市污水再生回用項目的長遠(yuǎn)規(guī)劃和統(tǒng)籌考慮，有利于國家相關(guān)政策的制定和實施。對于鄭州市建立相應(yīng)的再生水體系具有相當(dāng)意義。

作者單位：鄭州市污水凈化有限公司