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上表中总结了在对城市水回用研究过程中所学到的主要经验和知识,这其中包括集中式系统和建筑物内循环系统的相关案例研究。上述案例研究的共同主旨是城市用水回用,通过大量减少饮用水需求,降低了需水量增长的压力以及因干旱和气候变化而造成的缺水压力。经济和环境方面均由此获益。成功关键因素包括强有力的政府支持和监管、相关人员参与、有效公共教育、再生水质量控制,以及低于饮用水的价格。主要难点包括通过消毒确保高标准的水质,保护人类健康,再生水水质必须具有高度可靠性,在很多情况下(消防、厕所冲水、冷却)可中断,配有后备供水系统,力求满足高峰需求。双配送的建设高成本是主要限制因素之一(运输距离超过15-25km 的情况下价格会十分高昂),另一个限制因素即是对错误交叉连接的监管和控制。
城市规划对于环境和休闲用再生水的兴趣日益浓厚。在此方面,美国已经实践多年,制定了特定的监管条款,相关益处也获得了公众的普遍认同。欧洲在这方面的应用则刚刚起步。尽管欧洲已经制定了相应的环保政策,例如欧盟水框架指令和欧盟水资源安全蓝图,但只有新近颁布的西班牙水回用法规包含了针对再生水的环境和休闲用水的相关定义和水质要求。尽管如此,近期在科斯达布拉瓦和巴塞罗纳(西班牙)、博拉博拉岛(法属玻利尼西亚)和米兰(意大利)的涌现出了一些成功的回水用项目,它们将对水回用在欧洲以及全球范围内的应用起到重要的推动作用。。
北京奥林匹克公园的成功案例、东京河流径流的恢复以及墨西哥城的湖泊恢复也充分证明了再生水回用的益处。不仅是在城市环境方面,再生水回用对历史遗迹的保存、水生环境和野生动物栖息地,以及人类健康和安全都能起到积极的作用。水回用项目成功的关键因素包括政府和监管机构的支持、相关人员参与、生产出高质量的再生水、详细的项目规划、公众教育、民众支持、以及对项目促成的经济和环境益处的认可。
间接和直接饮用水回用的发展历程
直接回用至饮用水的成功历史始于1960年代,加利福尼亚州MontebelloForebay首次引用了地下水(蓄水层)补水(1962)。而纳米比亚的温得和克则应用了饮用水的直接回用(1968)。温得和克拥有超过40多年关于污水直接处理成饮用水后使用的经验。这些案例已经证实了污水直接处理成饮用水是实践可行并且没有健康安全隐患的。尽管如此,公众对未知的微量污染物仍表示反对和担忧,这严重阻碍了水回用实践的发展。
上图详细列举了全球再生水直接或间接回用为饮用水的发展历程。两大类均基于膜过滤技术的发展。
洛杉矶县东部MontebelloForebay 的无压含水层内蓄水层补水的重要性和相关经验对于饮用水间接回用的成功十分关键。一项历时五年的研究(1978- 1983)和后续研究(1996-1999)均未显示出对地下水水质或饮水民众健康产生任何可测的副作用。
加利福尼亚州奥兰治县的地下水补给系统(GWRS)是世界上最大的可用于饮用水间接回用的废水净化系统。自1975年Water Factory21成功实施起至2008年,该项目被提升和扩建为GWRS。再生水被用于预防盐水入侵(直接注入)和保持蓄水层的水平面(通过扩张盆地和河床),确保能够向奥兰治县供应饮用水。265,000m3/d的处理能力足以向600,000人供水,且处理能力日后将发展为378,000m3/d。即时是应用了先进的微滤、反渗透和高级氧化处理技术,其能源消耗也仅为0.53kWh/ m3,运作成本0.35 US$/m3,仍相对较低。
相较之下,对于相同的水回收处理,小规模水回用项目的运作成本则会达到两倍以上。尽管如此,甚至在规模相对较小的情况下,比利时Torreele的沙丘蓄水层补水项目可以证实其经济可行性和健康安全性(处理能力7000m3/ d)。产出高质量的再生水能够使高生态利益和夏季旅游活动旺盛的地区实现可持续的地下水管理。
美国弗吉尼亚州Upper Occoquan 服务机构(UOSA)是针对饮用水表明储层补给实行饮用水间接回用的先驱。该机构自1978年开始,积累了长期的运作经验,已经明确证实通过利用多屏障常规处理和抛光技术进行水循环,可以改善水质。其重要优势之一在于该项目不但可以改善饮用水的水质,还可以确保为超过130万人供水(204,000m3/d)。经评估,该方案完全发展后,Occoquan储层系统的供水量可增加一倍。
澳大利亚针对大坝补水和工业用水的第一大水回用计划于2007年在布里斯班附近实施,被称为西部走廊再生水计划。项目涉及三座先进的水处理工厂,结合应用微滤、反渗透和高级氧化技术,产水能力236,000m3/d,产出的高纯度再生水能够满足澳大利亚饮用水指导方针的严格要求甚至更加严格的再生水规范。在此情况下,除了海水淡化以外,水循环亦可作为供水方案的一部分,确保严重干旱期间的供水。
经过超过40多年的运作,位于纳米比亚温得和克的Goreangab污水再生饮用水厂(21,000m3/d)证实了直接回用于饮用水的可行性和安全性。该工厂于2002年进行了提升改造,还引入了一些其它的非处理操作屏障,处理技术变得更加有效可靠。现在再生水可以满足约当地30% 的饮用水需求,混合比例最高可到达35%。公众接受污水再生成饮用水的主要原因是缺乏其它供水水源。事实证明,自从该厂启动以来,未发现任何与饮水相关的健康问题。
上述各项案例研究的共同点是证明了污水再生可以生产高纯度的饮用水替代品并能够满足饮用水需求,抵消对新鲜供水增长需求的压力,以及降低因干旱和气候变化而造成的缺水压力。成功关键因素包括利用先进的多屏障处理技术生产高纯度且符合饮用水要求的再生水、详尽的准备和生产测试、详细而独立的监控、强有力的政府和监管支持、实施有效公共教育、以及明确验证的经济和环境利益。
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