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几种非常规水资源应用现状及利用前景

北极星水处理网  来源:《科技视界》  作者:穆莹 王金丽  2021/1/8 11:41:01  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:再生水 海水淡化 雨洪水

北极星水处理网讯:非常规水资源在增加供水量、减少污染排放、提高用水利用率、从灾害化向资源化转变等方面具有重要作用。本文介绍了再生水海水淡化水、雨洪水三种非常规水源的国内外应用现状和回用途径,针对我国目前存在问题分别提出了对策建议。

我国是世界上水资源匮乏的13个国家之一,虽然我国年均水资源总量居世界第6位,但由于人口众多,且地域和时空分布不均,致使许多城市处于严重缺水的现状。根据2019年《中国水资源公报》统计,全国水资源总量为23256.7亿m3,比常年值偏少16.1%,为1956年以来最少的一年。2019年全国总用水量6107.2亿m3,全国人均用水量为454m3。而国际公认的瑞典水文学家马林·法尔肯马克对水资源极度短缺的定义为1000立方米/年以下。在我国水资源如此短缺的形势下,还同时面临着水资源的污染问题。《中国环境状况公报》报道,2018年,全国地表水监测的1935个水质断面(点位)中,Ⅰ~Ⅲ类比例仅为71.0%。为解决水资源日益尖锐的供需矛盾,传统开源节流的方式已不足以解决水资源短缺的根本问题,加大非常规水资源开发利用势在必行。

非常规水资源是指在传统水利观念下不被列为开发利用对象的供水水源类型。包括:再生水、海水淡化水、雨洪水等。

1 再生水

再生水是污水经适当处理后,可达不同水质标准,用于不同途径,可再生利用的非饮用水。是国际公认的“城市第二水源”。

1.1 国内外应用现状

目前以美国、日本、以色列、新加坡为代表的多个国家,已成功将再生水回用于各个领域。

美国亚利桑那州在1920年将城市污水再生利用从试验研究阶段发展到生产应用阶段。20世纪60年代,美国大规模建设污水处理厂回收利用生活污水。美国环保局于1992年提出再生水回用建议指导书,包括了废水回用等各个方面。2000年加利福尼亚州污水再生利用量8.64×108m3。美国洛杉矶市计划2050年城市再生水利用占污水总量的69%,相当于该市总需水量的42%。再生水作为合法的替代水源,成为美国城市水资源的重要组成部分。加利福尼亚州的《水质控制法》规定,当有再生水可以利用时,禁止使用自来水进行绿地浇灌。

日本人口密度差异导致了水资源分配不均,致使有些地区出现了水资源短缺状况。就此,日本于1955年开始再生水研究利用。至20世纪70年代,濑户内海当地污水回用量达2/3;80年代中期,日本的城市污水每年有6.3×107m3/d 以上可回收利用。2002年,日本建设了各种中水利用设施2789处,再生水主要用于城市污水集中处理回用和分散处理回用。

以色列70%的国土为沙漠,水资源极度贫乏,在中水回用方面最具特色,20世纪60年代的污水回用政策中规定,在污水没有用尽的情况下不得采用海淡水,城市的每一滴水都至少回用一次。以色列对水资源管理、利用非常科学,为提高水资源利用率,制定了健全的水资源管理制度并设立了相关机构,在大部分城市建成排污系统,建立了一系列的工程和非工程措施。1987年以色列利用已有的210个市政污水回用工程,回用100%的生活污水和72%的市政污水。

新加坡水资源人均占有量210m3,属于极度短缺。早在1974年新加坡公用事业局(PUB)便开始探索再生水回用。之后建立了新生水厂,其出水可达到直接饮用的要求,2003年已成为新加坡供水来源之一。目前新加坡的四座大型新生水厂每天可提供120多万方新生水,占自来水供应量的20%左右。新生水各项技术指标均超过一般自来水,高出世界卫生组织规定的国际饮用水一般标准50倍,得到了新加坡居民的一致认可。

除此之外,波兰、沙特阿拉伯、巴西、墨西哥、秘鲁、智利、突尼斯、阿根廷等国的污水再生利用也较普遍。

我国早在20世纪50年代开始采用污水灌溉,但近30年才真正将污水深度处理回用发展起来的。在污水处理回用方面,我国从“六五”至“九五”先后开展了多项重点科技攻关计划,取得了大量的实际经验和研究成果。至“十五”,纲要明确提出污水回用进入全面启动阶段。根据《中国水资源公报》统计,2019年我国污水处理回用量32.9亿m3。相比而言,我国对再生水的利用,无论从处理规模、技术、效果,还是利用范围仍存在较大差距。

1.2 再生水回用途徑

目前,各国对再生水的主要应用途径为:景观用水、河道补给、冷却用水、工业生产、农林灌溉、市政杂用、绿化浇洒、地下水回灌等。

美国对再生水的利用,按照用水量依次为农业灌溉、景观灌溉、工业回用、地下水回灌、景观补水。美国加利福尼亚州2009年8.94亿m3的再生水,有47%回用于城市绿地或农业灌溉;佛罗里达州有超过40%的再生水用于景观灌溉。

日本2010年再生水不同用途回用比例为景观用水和河道补给占54%,融雪用水占21.8%、农业灌溉用水占8.6%、服务业用水占8%、冲厕用水占3.8%、工业用水和绿化占0.8%、市政用水占0.4%。日本对再生水的利用方式主要为景观河道,20世纪80年代,日本便通过补水复活了150余条无固定水源小河的景观功能。

以色列的再生水主要应用于农业灌溉、地下水回灌和河道补给,所占比例分别达到46%、33.3%、20%。三项之和已超过99%。

新加坡再生水主要应用于高精工业、制药业和冷却系统用水,部分再生水经处理后通过与给水水源混合,间接用于饮用。

我国已在景观环境、工业、农林、地下水回灌等多领域进行再生水的利用研究。其中,将再生水用于景观环境,主要是用于河湖补水,“十二五”期间,天津生态城的静湖补水构建了一整套体系方案,到目前为止水质保持良好,但是也有一些湖泊补充再生水后出现严重的水华现象,因此不同河湖水质对应的再生水补水标准,仍需进一步研究。农林用水主要指农林灌溉用水,但是由于我国城镇污水成分复杂,常含威胁人体健康的有毒有害物质,从而限制了再生水用于农田灌溉的发展,目前,随着污水厂提标改造的进行,许多大型化工、印染等工业废水已禁止作为污水来源。将再生水回灌地下水对水质有较高的要求,为防止地下水污染,回灌前必须去除有毒有害物质,目前我国对再生水回灌地下水的技术研究仍处于起步阶段。再生水的城市杂用主要用于冲厕、道路清扫、城市绿化、车辆冲洗、建筑施工和消防用水,城市杂用水与人体有最为直接的接触,目前延用的城市杂用水质标准,并未涉及病毒微生物等毒性指标,尚需进一步完善。

此外,我国2013年颁布的《城镇排水与污水处理条例》明确规定,工业生产、城市绿化、道路清扫、车辆冲洗、建筑施工以及生态景观等,应当优先使用再生水。

2 海水淡化水

海水淡化,是指利用海水脱盐技术生产淡水,以增加水资源总量。

以色列70%的饮用水来自海水淡化水;美国的海水利用主要用于市政,占89.5%;沙特阿拉伯是目前全球最大的海水淡化生产国,2010年产量达到11亿m3,世界海水淡化的产量大约是5000万m3/d。其中,中东地区占55%,美国占15%,欧洲占9%,亚洲占8%,中国海水淡化产水量不足20万m3/d,不到世界总量的3‰。

我国海水淡化受政策、技术和价格等因素影响,发展速度相对其他国家缓慢,自“十五”期间把海水淡化列为示范项目以来,已先后在天津市、大连市、青岛市和浙江省建设了一批海水淡化项目。直至“十一五”期间海水淡化产业才开始扩大。根据2019年《中国水资源公报》统计,我国海水淡化水量目前为1.0亿m3

目前海水淡化的方法有几十种之多,但根据淡化原理可划分为蒸馏法、膜法、电渗析法和冷冻法4种类型,每种类型又可细分为不同处理方法,其中应用最多、也最为普遍的处理方法是多级闪蒸(MSF)和反渗透(RO)。能耗是影响海水淡化成本的直接因素。随着膜技术的大量推广,海水淡化的能耗指标降低了90%左右,其成本随之大为降低。国外大部分海水淡化厂采取水电联产的方式,从而降低成本,这也是目前大型海淡工程的主要建设模式。目前,我国海水淡化成本已经降到4~7元/m3。如果进一步开展海水综合利用,如把淡化后的浓盐水用来制盐或提取化学物质,则海水淡化成本还可大大降低。

3 雨洪水

随着经济的快速发展,我国许多绿色地块变成了高楼大厦、硬质路面,面对汛期时的暴雨袭击,缺乏相应的排涝能力,很多城市相继出现马路上“划船”的现象,城市低洼处更是存在被淹的风险,居民的人身、财产受到侵害,同时,用电设施也会成为一大隐患。雨洪水水质较好,若仅强调疏、排,则造成了水资源的浪费。近几年随着海绵城市的建設,很多地区遵循“渗”、“滞”、“蓄”、“净”、“用”、“排”六字方针,将雨洪水从灾害化向资源化转变,最大可能的满足用水需求,实现社会经济和环境改善的双重目标。

发达国家对雨水利用的重视始于20世纪60年代,通过技术研究和制定相关法律、法规,逐步实现城市雨水资源化。目前,发达国家已建立了完善的屋顶蓄水系统和由入渗池、井、草地、透水地面等组成的地表回灌系统,将收集的雨水回用于冲厕、洗车、浇洒庭院、洗衣和回灌地下等,雨水资源化技术及程度较高。在爱尔兰,国民94%的水源供应可由GW和DRWH系统处理的雨水替代。英国的SuDS和澳大利亚的WSUD在本国雨水资源化利用与管理实施中也起到了较好的成效。

我国城市雨水资源化研究与利用严格来说,始于20世纪80年代,为解决西北地区干旱缺水的问题,我国开始实施雨水利用工程,如甘肃省的“121”工程和集雨节灌工程、宁夏回族自治区的水窖节灌工程等,雨水集蓄利用形成了一定的规模。20世纪90年代,水资源紧缺和生态问题随着城市化发展越发显现,北京、上海、哈尔滨、大连、西安等城市也加入了雨水集蓄利用的行列,并且在雨水资源化利用的研究和示范应用方面积累了一定经验。针对雨洪的季节性和区域性差异,完善区域本底情况调研,结合海绵城市建设,进一步合理规划雨洪水资源利用,完善相关协调制度。目前,根据《中国水资源公报》统计,2019年我国集雨工程水量10.9亿m3

4 结语

伴随着经济的不断发展和人民对美好生活的向往,在常规水资源日渐珍贵的今天,对非常规水资源合理开发利用、制定相应标准、建立相关协调机制的需求更加凸显,已成必然之举。同时健全非常规水资源利用相关的法律法规和水价体系,并向社会进行普及推广,可为水资源的最大化利用提供有效保障。

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