長沙市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)再生水利用前景研究

劉介源，曾 濤，李佐規(guī)，羅 均

（長沙經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)水質(zhì)凈化工程有限公司 湖南 長沙 410000）

再生用水是指把城市污水經(jīng)各種適當再生用水工藝凈化處理后，水質(zhì)達到符合一定使用要求，滿足某種特殊使用環(huán)境功能要求，可以重新使用的再生產(chǎn)的廢水。再生水主要用于沖洗廁所、澆灌綠地樹木、清潔道路、沖洗車輛、基建施工、噴水池及可以接受其水質(zhì)標準的其他用水［1］。

再生水系統(tǒng)開發(fā)研究與再生用水技術在日、德、以色列等十幾個國家已經(jīng)初步得到了應用。我國污水處理及再生水行業(yè)快速發(fā)展，根據(jù)水利部、住建部資料統(tǒng)計，2019年全國城市污水處理量約525億m3，污水處理率達到96%，全國各城市年均再生循環(huán)水利用率約提高21%，但城市污水再生處理水利用總體規(guī)模上目前仍只是處于發(fā)展起步階段［2］。

2021年1月，農(nóng)業(yè)部、國家發(fā)改委、科技部、工業(yè)生產(chǎn)和科技信息化部、財政部、自然資源部、生態(tài)環(huán)境保護部等部門共同印發(fā)了《關于推進污水資源化利用的指導意見》，要求廢止“到2025年，全國地級及以上缺水城市再生水利用率達到25%以上”?！秶夜?jié)水行動湖南省實施方案》提出“應當優(yōu)先使用再生水。提升雨水和再生水利用水平”。

長沙市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)（以下簡稱經(jīng)開區(qū)）成立于1992年，2000年升級成為第三批國家級特色經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。2020年9月，湖南國家級自由貿(mào)易合作試驗區(qū)建設獲批，定位為加快打造全球高端裝備制造產(chǎn)業(yè)基地。根據(jù)長沙市水利局2020年10月30日發(fā)布的《2019年長沙市水資源公報》，按照供水量進行分析，經(jīng)開區(qū)作為用水大戶，跨區(qū)域調(diào)水0.888億m3，再生水利用可減少長沙市經(jīng)開區(qū)跨區(qū)域調(diào)水水量，從水資源角度分析，再生水利用十分有必要［3］。

1 長沙市經(jīng)開區(qū)再生水利用發(fā)展路徑

1.1 長沙市經(jīng)開區(qū)給水及污水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1.1 給水現(xiàn)狀

長沙市經(jīng)開區(qū)已在其規(guī)劃用地區(qū)域內(nèi)建設區(qū)級自備小水廠一座，即為廖家祠堂水廠，水源位置為瀏陽市的株樹橋水庫，設計綜合年供水輸送能力約為60萬m3/d，一期水廠計劃綜合供水能力規(guī)模約為30萬m3/d以上，二期工程預計供水規(guī)模約60萬m3/d，一期建設計劃占地面積僅約9.28 hm2，二期項目規(guī)劃用地預留項目總建筑用地約為15.68 hm2。

1.1.2 污水現(xiàn)狀

長沙市經(jīng)開區(qū)共有 4 座污水處理廠正在投產(chǎn)運行中，一座污水廠（城東污水處理廠）正在建設中，尾水資源總排放量為43.5萬t/d、1.5億t/a。未來的經(jīng)開區(qū)的再生中水水源將主要來自于城西污水處理廠（12萬m3/d）、城北污水處理廠（14萬m3/d）、城南污水處理廠（14萬m3/d）、星沙污水處理廠（25萬m3/d），以及城東（黃花）污水處理廠（10萬m3/d），總的再生水可采利用量約75萬m3/d。

1.2 長沙市經(jīng)開區(qū)再生水利用途徑

再生水最終能否實現(xiàn)回用主要取決于其水質(zhì)參數(shù)能否達到我國相應用水標準。再生循環(huán)水利用水質(zhì)標準按照具體用途又分為生活農(nóng)林牧漁業(yè)綜合用水、城市五雜用水、工業(yè)用水、環(huán)境用水、補充水源用水。

長沙市經(jīng)開區(qū)城鄉(xiāng)用地為4 197.89 hm3，城市建設用地為3 969 hm2。農(nóng)林用地112.65 hm2，僅占城鄉(xiāng)用地比例的2.68%，從用水需求方面考慮，長沙市經(jīng)開區(qū)再生水處理回用于農(nóng)田灌溉不具有經(jīng)濟性。長沙市經(jīng)開區(qū)道路交通設施用地為771.94 hm2，占城鄉(xiāng)用地比例的18.39%；綠地廣場用地為336.87 hm2，占經(jīng)開區(qū)城鄉(xiāng)用地比例8.02%，長沙市經(jīng)開區(qū)再生水利用在道路廣場澆灑、綠地灌溉與澆灑方面有很大的空間。長沙市經(jīng)開區(qū)工業(yè)用地為1 614.41 hm2，占長沙市經(jīng)開區(qū)城鄉(xiāng)用地比例的38.46%；2020年，園區(qū)完成規(guī)模工業(yè)總產(chǎn)值2 530.5億元。長沙市經(jīng)開區(qū)位于長沙縣行政區(qū)劃內(nèi)，長沙縣大部分規(guī)模上工業(yè)企業(yè)集聚于此，2019年，長沙縣總用水量為5.28億m3，其中工業(yè)用水量為1.60億m3，占比達30.3%，長沙縣總耗水量為1.75億m3，其中工業(yè)耗水量為0.32億m3，占比為18.3%。以上數(shù)據(jù)表明長沙市經(jīng)開區(qū)除繼續(xù)提高工業(yè)用水重復利用率外，仍有大量取水需求，污水處理廠再生水可以作為第二水源為工業(yè)提供用水。長沙市經(jīng)開區(qū)城鄉(xiāng)用地為4 197.89 hm2，水域面積為26.73 hm2，占城鄉(xiāng)用地比例的0.64%，污水處理廠再生水可用于河道或水景補水。整個長沙縣范圍內(nèi)計算面積1 756 km2，地表水年徑流量為12.39億m3，年徑流深705.2 mm，地下水資源量為2.928億m3，地表水相對豐富，暫不考慮再生回用水用作地下水回灌。

綜上所述，目前長沙市經(jīng)開區(qū)水質(zhì)凈化工程有限公司共有 5 座大型生活污水處理廠，水處理項目規(guī)模達到近75萬m3/d，污水資源量還比較豐富。但是5座大型生活污水處理廠里目前卻僅有星沙污水處理廠對1.5萬m3/d規(guī)模的生活污水資源進行了回收再生利用。推薦長沙市經(jīng)開區(qū)將再生水資源化利用推廣至現(xiàn)有城市基礎設施日雜用水等需求（道路廣場澆灑、綠地灌溉、洗車、建筑沖廁、施工用水）及工業(yè)用水、景觀環(huán)境用水的需求中去。

2 長沙市經(jīng)開區(qū)涉水規(guī)劃數(shù)據(jù)初步評估

2.1 雜用水量需求初步分析

在長沙市經(jīng)開區(qū)城市日雜用水行業(yè)中，可用再生水替代現(xiàn)有自來水，使用在道路排水澆灑、施工降塵、公共建筑沖廁、洗車等用水過程中。

城市雜用水中再生水潛在回用量的計算方法是各領域再生水回用數(shù)量總和，見式（1）：

各大城市的雜耗用水領域中的再生循環(huán)水回用量計算的方法主要是取該行業(yè)領域中的用水產(chǎn)品數(shù)量與行業(yè)相應的用水定額數(shù)量相乘計算后的再累加，見式（2）：

式中：CQ為城市雜用水再生水潛在回用總量（萬m3）；QCi為城市雜用水各再生水回用領域潛在回用總量（萬m3）；iP為城市雜用水各再生水回用領域產(chǎn)品數(shù)量，i=1，2……n；in為城市雜用水各再生水回用領域產(chǎn)品用水定額，i=1，2……n。

經(jīng)計算，長沙市經(jīng)開區(qū)每年城市雜用領域再生水回用量為698.53萬m3。

2.2 工業(yè)取水需求初步分析

長沙市經(jīng)開區(qū)工業(yè)取水量及可利用再生水量按照式（3）、（4）進行計算：

其中：W取為工業(yè)取水量（萬m3）；W用為工業(yè)總用水量（萬m3）；W耗為工業(yè)耗水量（萬m3）；W再生為再生水需求量（萬m3）；η為工業(yè)用水重復利用率（%）。

則長沙市經(jīng)開區(qū)工業(yè)取水量W取為3 575萬m3，工業(yè)耗水量W耗為1 430萬m3，再生水需求量為2 145萬m3。

2.3 生態(tài)環(huán)境用水需求初步分析

長沙經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)水質(zhì)凈化工程有限公司管轄的污水處理廠均在長沙縣范圍內(nèi)，因此，污水處理廠再生水可用于長沙縣生態(tài)環(huán)境補水。根據(jù)《2019年長沙市水資源公報》，2019年長沙縣生態(tài)環(huán)境用水量為360萬m3。

2.4 長沙市經(jīng)開區(qū)再生水回用潛力總量

長沙經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)水質(zhì)凈化工程有限公司及其經(jīng)營所屬的污水處理廠回收的優(yōu)質(zhì)再生水可有效地緩解城市居民日洗雜類用水處理（道路廣場噴灑、綠化澆灌、洗車、建筑沖廁、施工用水）及生活、工業(yè)用水、景觀用水凈化處理等用水緊張情況（表1）。

表1 長沙市經(jīng)開區(qū)再生水回用潛力分析Tab.1 Analysis of reclaimed water reuse in economic development zone

長沙市經(jīng)開區(qū)再生水回用潛力量每年至少為3 203.53萬m3，其中以工業(yè)用水量最多，占67%；次之為城市雜用水，占21.8%；生態(tài)環(huán)境用水量占比相對較少，占11.2%。

3 長沙市經(jīng)開區(qū)再生水利用綜合效益分析

3.1 直接經(jīng)濟效益分析

城市再生回水能夠直接產(chǎn)生社會經(jīng)濟效益。再生水處理成本費用中的折舊費支出約占2/3，處理費成本約為折舊費用的3倍，則再生水的社會直接經(jīng)濟效益的計算公式為：

其中：DEB為直接經(jīng)濟效益（億元）；S為自來水平均價格（元/m3），取3.45；P為再生水工程投資指標（元/m3?天），取3 000；n為折舊年限（年），取15；Q為再生水日產(chǎn)量（m3/天）。

則長沙市經(jīng)開區(qū)再生水回用可以節(jié)約用水成本0.58億元。

3.2 社會環(huán)境效益分析

參照相關案例和經(jīng)驗計算公式，按當前我國及世界現(xiàn)行用水的市場價格，節(jié)約水資源可為政府財政增加收入約（避免國家因缺水造成的財政損失）5.84元/m3，避免城市因遭受水體環(huán)境污染造成缺水災害導致社會損失，節(jié)省城市地下排水等設施每年相應的設施配套管理維護、建設管理成本投入費用。其社會環(huán)境效益的綜合實際投資貢獻水平測算及計算的公式如式（6）所示：

其中：SEC為社會環(huán)境效益（億元）；F為節(jié)約用水帶來的政府財政收入增加值（元/m3），取5.84；E為減少因嚴重環(huán)境污染費用直接或間接造成的實際社會損失（元/m3），取2.3；D為節(jié)省城市公共配套設計提供建設投入和運行管理維護等費用（元/m3），取0.63；Q為再生水日產(chǎn)量（m3/天）。

則經(jīng)開區(qū)再生水回用社會環(huán)境效益2.81億元。

3.3 長沙市經(jīng)開區(qū)再生水回用的綜合效益

綜合效益包括直接經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益。根據(jù)上述分析，長沙市經(jīng)開區(qū)再生水回用的綜合效益每年為3.39億元。

4 長沙市經(jīng)開區(qū)再生水利用對策研究

4.1 存在問題

長沙市經(jīng)開區(qū)再生水回用的主要制約因素包含以下幾個方面：①污水和再生水輸送管線基礎建設滯后、再生水市場價格體系不完善、用水群體資源回用意識缺乏、再生水水質(zhì)管理機制匱乏、取水和排水管理不夠規(guī)范；②再生水處理技術及規(guī)模達到要求，但再生水輸送管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃和建設比較滯后；③再生水水質(zhì)是否達到用水單位利用標準、要求，以及再生水水價是否有吸引力成為用水群體是否選擇再生水的主要影響因素。

4.2 相應對策

①全面規(guī)劃，加快再生水回用的產(chǎn)業(yè)化建設。

采用“以點帶面”的戰(zhàn)略，逐步推動城市再生水回用系統(tǒng)的建設和完善工作。想要極大地提升再生水利用水平，則必須經(jīng)過前期論證并合理安排，明確近、中、遠期的規(guī)劃并開展相關項目建設。近期計劃，要選擇可操作性強、回報率高的項目先行開展實施；長遠計劃，應制定和完善城鎮(zhèn)分質(zhì)供水、用水的中長期規(guī)劃，結合市政污水處理廠的新建和擴建規(guī)劃逐年新建或擴建一定數(shù)量的配套再生水管網(wǎng)，不斷構建再生水輸配網(wǎng)絡；根據(jù)再生水利用用戶的范圍及需求量明確各階段的實施計劃，逐步推進城鎮(zhèn)再生水回用系統(tǒng)的搭建，從而提高社會再生水利用水平。

②完善配套政策法規(guī)，確保市場的規(guī)范化運營。

合理制定水價，價格是資源配置的核心問題，理順價格機制有利于推進再生水利用。自來水價格越高，再生水回用的優(yōu)勢將越明顯，企事業(yè)單位和家庭對再生水回用的積極性、自覺性也會提高。健全法律法規(guī)體系，保障和促進城市水資源的開發(fā)利用。應加強立法，健全再生水相關法律體系，依法確保再生水應用市場的規(guī)范化運營，將再生水這個非傳統(tǒng)水資源納入國家水資源利用規(guī)劃，統(tǒng)一管理和調(diào)配，鼓勵全社會進行推廣利用。

5 結 論

長沙市經(jīng)開區(qū)未來將有5座污水處理廠，均執(zhí)行一級A排放標準，尾水排放不但是對水資源的浪費，同時也增加了水體污染負荷，造成了巨大的環(huán)境壓力。再生水的回用在水質(zhì)要求、水處理技術和國家宏觀政策上是必要的。推薦經(jīng)開區(qū)范圍內(nèi)再生水用途為城市雜用水（道路廣場澆灑、綠地灌溉、洗車、建筑沖廁、施工用水）、工業(yè)用水、景觀環(huán)境用水等。長沙市經(jīng)開區(qū)推廣再生水回用有一定的必要性，且技術上可行，宏觀政策指向清晰，綜合效益良好，但是大力推廣仍存在一系列問題需要解決。如缺乏落地性政策支持和法規(guī)約束；價格體系不完善；水質(zhì)管理機制不健全；基礎設施建設不完善；再生水輸配管網(wǎng)建設滯后；再生水回用率低、用戶相對較少且分散、用水規(guī)模小，取水和排水管理不夠規(guī)范等。因此，建議長沙市經(jīng)開區(qū)盡快啟動再生水回用先行試點工作，待時機成熟后再大力推廣再生水回用。