可持續(xù)水資源利用模式探討

楊文花

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

水資源利用劃分為消耗性利用和非消耗性利用兩種模式。水資源的消耗性利用，即水資源利用后不可回收。如農(nóng)田灌溉用水，利用后以蒸發(fā)、滲透、植物吸收等模式消耗掉;工業(yè)冷卻蒸發(fā)過程中冷卻水以水蒸氣形式擴散到大氣中;市政噴灑路面用水一部分滲透到地面以下，另一部分蒸發(fā)到空氣中。消耗性利用水資源不可回收，造成其無法進(jìn)行再利用。水資源的非消耗性利用，即水資源利用后可以進(jìn)行再次收集。如生活沖廁、洗浴用水;工業(yè)收塵用水、沖洗用水、洗車用水等。非消耗水資源利用在水中引入了雜質(zhì)，從而降低了水質(zhì)，但通過收集、凈化可以再次加以利用。

針對上述兩種用水模式特點，筆者提出了提高水資源利用率的三個原則:(1)替代性原則，即在可能的情況下，用低品質(zhì)水代替高品質(zhì)水;(2)再生原則，即通過處理凈化手段將低品質(zhì)水提升為高品質(zhì)水;(3)減量原則，即減少單位產(chǎn)品及服務(wù)耗水量，提升水資源利用效率。

1 水資源替代利用

市政、農(nóng)業(yè)、工業(yè)中許多情景采用低品質(zhì)水即可滿足需求，對于這些情景應(yīng)加以區(qū)分識別，減少這些環(huán)節(jié)高品質(zhì)水的利用。

中水回用可以作為工業(yè)蒸發(fā)冷卻水、農(nóng)田灌溉用水、景觀用水等，目前我國污水處理量已超過美國，年處理污水量接近黃河徑流量，有效利用這一低品質(zhì)水資源，將大幅降低我國水資源消耗。低品質(zhì)水代替高品質(zhì)水的另一典型案例是香港的海水沖廁系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的有效運行減少了20%的市政水資源消耗;香港國際機場通過采用自來水－海水－中水三源供水系統(tǒng)，可以降低50%的水資源消耗［1］。水資源的替代性原則同樣適用于以家庭或者小區(qū)為單位的小規(guī)模水資源利用情景。在澳大利亞的Melbourne，通過采用雨水收集系統(tǒng)為洗衣、沖廁、庭院綠化供水可以降低40%的家庭市政用水量［2］。某鐵礦采用礦坑雨水作為工業(yè)和生活用水水源，雨水直接可以作為工業(yè)生產(chǎn)用水加以利用，經(jīng)過生活水凈化處理后可作為生活用水，完全替代了地下水或地表徑流淡水消耗。

城市污水回用、雨水收集、海水利用等替代性水資源可以有效的降低淡水資源消耗量，是未來水資源發(fā)展的重要趨勢。目前替代性水資源利用仍存在一下亟待解決的問題，如中水處理技術(shù)尚不成熟，系統(tǒng)可靠性及建設(shè)造價較高;大氣污染造成雨水需要進(jìn)一步處理后進(jìn)行利用;海水只能在沿海地區(qū)利用，且大部分地區(qū)缺乏相關(guān)經(jīng)驗。

值得一提的是，以家庭或者小區(qū)分散式替代性水資源利用具有較大的優(yōu)勢，對于建設(shè)節(jié)水型社會具有重要的意義，應(yīng)加強替代性水資源利用相關(guān)教育、宣傳及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)，推廣和普及家庭及小區(qū)水資源替代性利用。

2 水資源再生利用

再生原則即通過處理將利用過程中的低品質(zhì)水提升為高品質(zhì)水加以二次利用，通過多次利用提高水資源利用效率。

城市污水經(jīng)過不同處理工藝可以提升為不同品質(zhì)的清潔水資源加以利用，可以有效提高水資源利用率;工業(yè)生產(chǎn)過程中也有很多環(huán)節(jié)可以采用流程再生水加以利用，如收塵廢水、洗車廢水、沖洗用水、軸封用水等經(jīng)過處理后可以回用于生產(chǎn)流程及非生產(chǎn)性應(yīng)用。

城市污水回用為飲用水包括直接回用和間接回用兩種方式，直接回用即通過多級處理工藝將污水逐級提升達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，間接回用即處理后的污水經(jīng)過地下或者地表水庫天然處理后再次進(jìn)行處理后作為飲用水。納米比亞Windhoek 上世紀(jì)六十年代后開始采用污水處理后直接作為飲用水，未見引起健康威脅，但污水處理后直接回用技術(shù)仍不成熟且不為大部分公眾接受，應(yīng)用前景不樂觀［3］。美國加利福尼亞Fountain Valley 擁有世界上最大的污水間接回用于地下水項目，污水經(jīng)過二級處理工藝、微濾、反滲透和紫外消毒工藝后注入地下含水層，提供該含水層20%的補充水，該含水層為200 萬居民的水源［4］。

由于技術(shù)、公眾接受度等原因，污水提升為飲用水品質(zhì)目前還無法規(guī)模化利用，但作為對水質(zhì)要求不高的應(yīng)用情景具有廣闊的前景。工業(yè)領(lǐng)域水質(zhì)提升有較大應(yīng)用前景，不僅可以提高工業(yè)水重復(fù)利用率，而且可以減少工業(yè)污水排放量，減少工業(yè)生產(chǎn)對水環(huán)境的擾動，具有重要的意義。

3 水資源減量利用

水資源利用減量化即降低單位產(chǎn)品及服務(wù)的消耗水量。

農(nóng)業(yè)是水資源消耗大戶，通過采用節(jié)水措施來減少其水資源消耗量，如種植低耗水量植物、激光土地平整技術(shù)、滴灌、根部灌溉等新技術(shù)可以大幅降低單位農(nóng)產(chǎn)品耗水量;工業(yè)冷卻水是典型的消耗型水資源利用，通過采用空氣冷卻等新型冷卻模式可以有效的降低工業(yè)用水消耗量;新型節(jié)水廁所，如發(fā)酵型污水廁所為生活中水資源減量提供了新的途徑，可以降低20%左右生活用水量。

降低水資源輸送過程中的損失也是水資源減量利用需要考慮的重要問題之一。目前，城市給水管網(wǎng)漏失率約30%左右，采用先進(jìn)的技術(shù)和管理模式，漏失率可以降低到10%以下，大幅降低淡水資源消耗。農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)同樣可以采用新技術(shù)和引進(jìn)先進(jìn)的管理方法降低水資源輸送損失。

4 水資源利用中的水質(zhì)問題

水質(zhì)問題主要涵蓋三方面污染物的問題，即無機污染物、有機污染物和微生物污染物。不同的應(yīng)用情景對污染物的限制差異較大，在水資源可持續(xù)管理過程中應(yīng)該針對不同的需求情景進(jìn)行分類管理，保證水質(zhì)滿足其對無機污染物、有機污染物和微生物污染物的要求。同時在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)基于不同水質(zhì)需求的水資源梯級利用，最大程度提高水資源利用效率。

5 結(jié)論

針對水資源利用可劃分為消耗性和非消耗性兩種模式的特點，本文提出了提高水資源利用率的三種模式，即替代性原則、再生原則和減量原則。不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例表明，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和市政領(lǐng)域水資源管理過程中實踐三個原則對于實現(xiàn)水資源可持續(xù)管理具有重要的指導(dǎo)意義。

［1］R.W.K.Leung et al.，Water Sci.Technol.65，410(2012).

［2］S.Muthukumaran，K.Baskaran，N.Sexton，Resour.Conserv.Recycling 55，945(2011).

［3］P.L.du Pisani，Desalination 188，79(2006).

［4］H.L.Leverenz，G.Tchobanoglous，T.Asano，J.Water Reuse Desalination 1，2(2011).