河南省城市污水回用探析

摘要：河南省水資源稟賦嚴重不足，因此考慮城市污水回用能直接緩解供水水源壓力，同時減少水體污染。與其他非常規水源相比，城市污水水源穩定且經濟性較好。同時國內外在污水回用上已有幾十年的經驗可供參考。但河南省城市污水回用仍面臨缺乏價格競爭力，長期使用影響考慮不足與排放標準“一刀切”等。

關鍵詞：城市水源;城市污水回用;再生水

中圖分類號：TV213 ? ? ?文章標識碼：A

中國人均水資源僅為世界人均水資源四分之一，加之水資源分布的時空差異，使可利用水資源更顯不足。河南屬缺水省份，人均占有量為全國六分之一，排第22位。但2011-2017年間河南省用水量占全國比重（3.75%）遠超水資源占比（1.47%）。城鎮化發展與產業結構以工農為主使河南省短期內難以改變高耗水特征。面臨常規水源受限、用水增長壓力下，污水回用成為緩解河南省水源壓力，實現水資源可持續發展戰略選擇之一。

城市傳統水源主要是地表水與地下水，城市污水來源包括生活污水、工業污水以及城市地表徑流三部分，污水回用是指將污水經過處理后水質達到城市供水與城市排水之間的水質標準，并在一定范圍內可供使用的水，也稱為中水或再生水。處理后的污水根據是否排入天然水體分為直接回用與間接回用。面臨水資源短缺壓力，中央相繼出臺法律與行業條例要求并鼓勵加大非常規水源開發使用，如《中國人民共和國水法》、《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度意見》等。2011中央一號文件與全國水利工作會議均提出將城市污水視為重要非常規水源之一[1]。《水污染防治行動計劃》與《節水型社會建設“十三五”規劃》中指出，到2020年，嚴重缺水城市的再生水循環率達20%以上。因此本文嘗試對河南省污水回用的必要性、可行性與主要問題進行分析。

1 河南省實施污水回用的必要性

1.1 河南省水資源稟賦嚴重不足

人均流量低、天然水資源過度開采、生態水污染等使河南省面臨資源性缺水與水質型缺水雙重困境。河南省人均地表徑流量僅為全國六分之一。為滿足省內用水，對天然水源利用早已超過水資源開發利用警戒線。河南省平原區淺層地下水漏斗區持續擴大，地下水儲量減少，地下水超采區中心埋深持續下降等一系列水質與生態問題制約環境生態目標實現，并可能進一步引發社會問題。河南省水資源公報，2017年河南省平原區淺層地下水漏斗區總面積8760km2，較2011年擴大19.24%。省內三個地下水超采區中心埋深與1980年相比，安陽-鶴壁-濮陽（7800km2）下降39.18m，溫縣-孟州（1600km2）下降16.91m，新鄉鳳泉-小冀（360km2）下降14.2m。同期河南省轄流域平原區淺層地下水儲存量累計減少97.17億立方。不僅如此，天然水源污染進一步加劇河南省水資源脆弱性。全省地表水功能區水質監測中42.5%河長水質未達Ⅲ類。

1.2 加大污水回用彌補先天資源不足

受限于年降水量與地表徑流數量不多且時空分布不均，河南省地下水源早已過度開發且難以為繼。河南省供水量來源結構中，在南水北調中線工程通水之前，地下占河南省供水量超過55%，且其中淺層地下水占比已由2011年91.60%增至2017年96.19%。而同期中國總供水中地下水占比不足20%。深度超采地下水源引發地表水源季節性與片段性干枯，地下水位下降與水質退化。南水北調中線工程通水后暫時緩解河南省供水壓力，但多出的南水北調水多要償還之前生態用水與局部地區超采地下水舊賬[2]。自2017年地下水供水占比首次降至50%以下。8年間非常規水源供水由0.9億m3穩步增至5.1億m3，年均增長33.52%，占總供水比重由不足0.4%增至2.18%，對地下水供量與儲量雙降起到了一定彌補作用。

同時對河南省用水結構分析發現，2011-2017年間，河南省工業用水量與農業用水量年均下降1.78%與0.24%，用水總量增長源自生活環境用水，其中生態環境補水年均增長11.51%，占總用水8.47%。對于非人體接觸性的生態環境補水，完全可以借助污水回用，生態系統中的巖層、土壤層等將成為再生水的天然凈化層與儲水單位。

2 推廣污水回用的可行性

2.1 水源穩定，減少污染

河南省地表水源涉及淮河、長江、黃河、海河等多個流域，但地表徑流量不多，且時空分布年內分配不均（汛期水量約占年徑流量七成左右）、年際變化大（山區最大與最小徑流量相差5-10倍，而平原地區更高至20-35倍）[3]、地區間相差懸殊。

河南省2011-2017年間，超過80%水量用于工業、農業與生態環境補水，該部分給水質量不等同于自來水水質標準[4]。生活用水占比17%左右，年均增速低于1.5%。城市供水中超過80%最終匯入城市污水管網，果能將污水收集后進行處理，約70%能安全回用，直接降低城市供水新鮮取水量四至五成。但河南統計年鑒顯示，2012-2017年間，河南省城市污水處理量不足20億噸，不足同期廢水排放總量一半。廢水處理率偏低進一步加大水體污染，河南省地下水通報顯示地下水質監測中三類達標率為已由2011年的27.7%降至2016年12.8%。因此河南省推廣污水回用不僅利于非生活用水獲取較穩定供水源，降低新鮮取水量，還能減緩水源污染壓力。

2.2 與其他非常規水源相比經濟可靠

非常規水源包括再生水、海水、苦咸水、礦井水與雨洪水等，海水利用集中于沿海省份，雨洪水以山東、云南、江蘇為主，苦咸水利用集中在采煤大省[5]。城市污水水源特點是水量大且穩定，不受枯水季影響，距離近。河南省地處內陸，降水不多且分布差異大，應主要考慮污水回用。

（1）回水成本低于遠距離引水造價，以小區內回水（不考慮輸水管線）為例，近八成可通過城市排水管網收集。城市污水管網配套投入約為600-1000元/m3，處理至雜用水投入與30km引水造價相當，Ⅱ處理投資約為900-1400元/m3，深度處理再增加500元左右[6]，則與40-60km引水成本相當。且處理指標集中在COD、BOD5、SS等，現有技術能深度處理后綜合成本約為1-4.5元/m3。（2）污水能源化進一步降低污水處理能耗。遵循Ⅰ級B處理標準，按1kgCOD轉化14kw能源測算，污水資源化潛在能量約為處理能耗10倍，假設十分之一污水能源化處理，能解決污水處理能耗30%。國外部分污水廠能源自給率達60%，部分完全自給。奧地利Strass城市污水處理廠采用A/B兩段生物處理，規模為25000m3/d，1996年能量自給率49%，2006年108%，增加廚余垃圾這一外源物時能源效率為200%。Willy Verstrate估算出污水中有機肥、甲烷、氮磷水回收后合計經濟效益為3.10元/m3。

2.3 國內外均有相關經驗作為參考

面對水資源有限性，上世紀60年代多國開始推廣污水回用，城市污水回用工業已實踐多年。以色列與日本等發達國家受限于國內水資源緊缺，大規模推廣污水回用。日本于1962年開始污水回用，70年代形成規模，瀨戶內海地區污水回用比已超過三分之二，以色列城市污水90%收集，80%處理，最終回用率超60%，其中42%灌溉，30%回灌地下。即便是水資源總量較多的美國在其國內地下水超采嚴重的地區實施中水回用工程，中水回用率由1975年的51.3%提升至2000年的84.8%[7]，其中60%用于灌溉，30%用于工業。發展中國家納米比亞更是于1968年建成世界上第一個再生飲用水水廠，日產量6200m3。

中國20世紀50年代開始在北方缺水地區進行污水灌溉，污水回用起步于80年代大樓污水回用，90年代開始對污水進行集中深度處理后再利用。中國再生水利用量由2005年10.9億立方增長至2015年的52.57億立方，其中北京、江蘇、山東與河北占全國利用量一半以上。國內外眾多城市污水回用與商業化處理經驗為河南省污水回用提供了有效的經驗參考。

3 河南省污水回用主要問題

3.1 價格競爭力不足，處理仍以排放達標為主

再生水替代自來水的關鍵因素在于價格。再生水價格競爭力不足主要在于：（1）自來水價格偏低，商業定價機制不完善。自來水作為民生行業，定價長期偏低且市場價格導向較弱，如鄭州中水價格約為自來水價格七成。（2）規模效應不足。由于城市污水處理仍以排放達標為主，因此污水收集中未將工業廢水與生活污水分離。處理過程中側重降低污水中的BOD、COD與SS，對其中氮磷等處理效果不佳，水質與自來水相差較大，致使回用率低。依據2015年中國再生水實際供應量與設施設備的生產能力測算，中國再生水生產率不足52%。河南省2015年再生水利用率約30%。

3.2 再生水回用長期影響考慮不足。

綜合考慮心理影響、較高處理成本、水網系統分離、飲用口感等因素，再生水用于工業、農業、城市綠化灌溉、生態景觀與地下水回填等非直接接觸領域。但國內對再生水使用長期考慮不足，缺乏相關標準與試驗支撐。（1）同地表天然水質相比，再生水易造成工業循環系統水垢沉積、管道腐蝕與微生物污染。（2）科學合理污灌，能發揮污水中氮磷等水肥功效，若使用不當則導致土地二次污染以及有害物質由污水向生物鏈轉移。國內部分缺水地區污灌年限超過20年，對比實驗發現存在重金屬污染，如白銀市污灌區的小麥籽粒中的銅鋅汞等重金屬含量明顯高于引黃灌區[8]。（3）短期內再生水能夠滿足城市綠化與人工生態景觀水量需求，但長期存在土地酸性、重金屬聚集、水體富營養化等負面生態效應。（4）回填地下水在水量上能減少地下水超采的負面影響，但回填后的使用標準規則不足，如美國加州行政管理法規定，人工回灌的再生水需要在地下停留半年以上才能被重新抽取，且抽取水中的回灌水不得超過50%。整體而言主要源自國內對工業、農業灌溉與地下水回灌等再生水水質與監管要求低于發達國家標準。3.3 對污水處理標準應考慮地區與用途的差異性

城市污水處理標準中Ⅱ級、Ⅰ級B、Ⅰ級A依次趨嚴，但單靠提高排放標準易形成高能耗去碳氮磷的綜合環境負效應，難以完成節能減排目標。河南省內各地區水資源稟賦、水體污染情況、污水處理難度、經濟發展水平等差異明顯，制定排放或回用標準時可考慮差異性，如Ⅰ級A這一高耗能標準，可用于回用水、高標準水體排放水等;Ⅰ級B可用于如流域、生態水體或綠化等;Ⅱ級（無重金屬）保留NP等物質用于營養物還田，農用。如美國不同州執行不同標準，甚至同一州不同地區根據環境承受能力的標準也有差異。

4 主要結論

河南省面臨資源性缺水與水質型缺水雙重困境，地表水資源下降，地下水蓄變量凈減少，水質退化等使河南省水資源脆弱性提升，李倩等（2015）基于PSR理論對河南省水資源脆弱性進行量化測算，2008-2013年河南省水資源脆弱性系數由0.4141波動增長至0.4858，由弱脆弱緩慢提升至中脆弱[9]。主要原因是河南省以粗放式直接獲取水資源，忽略水資源有序利用與合理開發。緩解水源壓力，減少水體污染的有效途徑之一就是城市污水回用。與其他非常規水源相比，污水流量穩定、可得性高，綜合成本較低，且國內外均有實踐經驗作為參考。但受限于排放為主與規模限制，再生水價格競爭性不足，且對回用的長期影響缺乏實驗研究與政策引導，處理標準的“一刀切”也忽略了地區與用途的差異性。

參考文獻

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[9] 李倩，李倫.基于PSR理論的河南省水資源脆弱性評價[J].河南城建學院學報，2015（4）：48-53.

收稿日期：

作者簡介：張程炯（1985-），男，漢族，本科，工程師，研究方向為市政供水。