中水代替自來水除塵減霾的生態經濟效應分析

林凡奇，陳玉雯，岳雪琴，鮑懷威，劉藝欣

（鄭州大學水利科學與工程學院水利與環境國家級實驗教學示范中心,河南 鄭州 450001）

1 引言

近些年,我國經濟發展程度較高的城市中,霧霾天氣逐漸減少,這得益于工廠排放廢氣標準的制定與道路灑水除塵減霾的效果。其中,道路灑水屬于市政公共用水,灑水車內所裝的水大部分都是自來水,從某種程度上來說,這無疑是對寶貴水資源的一種浪費,而且也不符合可持續發展理念。中水,又稱循環水或回用水,主要是指工業廢水或生活污水經處理達到水質標準后,在一定范圍內回用的非飲用水[1]。如果中水代替自來水進行城市道路的灑水除塵減霾,可在一定程度上緩解水資源短缺問題,另外,節約下來的自來水還可以用于工業生產或城市生活,減少用水部門之間的矛盾。

因此,中水代替自來水對城市道路進行除塵減霾的可行性亟需得到證實。本文對比分析分別用中水、自來水進行除塵減霾的生態經濟效應,分析在鄭州市實施中水除塵減霾的可行性。

2 研究區域概況

鄭州地處中國地理中心,是全國重要的鐵路、航空、高速公路、電力、郵政、電信主要樞紐城市,中國中部地區重要的工業城市。

2018 年鄭州市廢污水排放量大約為8.3961 億m3,平均廢污水排放量為230 萬m3/d。目前鄭州市區擁有污水處理廠總計8 座,總設計處理能力230 萬m3/d,處理范圍覆蓋城市污水、工業園區污水和工業廢水等領域。目前日均處理生活污水約187 萬m3,基本實現污水全收集、全處理。

其中中水直接利用約25 m3/d,其余排水進入市區主要河道,補充生態用水[2]。中水利用率為10.9%,相對較低,沒有充分利用中水這一資源。此外,鄭州市水資源短缺,利用自來水除塵減霾造成了水資源的巨大浪費,說明中水回用有很大的潛力。

3 生態經濟效應分析方法

通過分析中水、自來水除塵減霾,生態經濟效應的差異,綜合分析在鄭州市實施中水除塵減霾這一做法是否可行。

在生態方面,通過實驗定量分析自來水和中水除塵減霾前后空氣中污染顆粒物含量的數據,然后采用調查問卷的形式分析灑水車用自來水和中水對行人及其車輛的影響；在經濟方面,分析自來水價格和中水處理的費用,算出等量中水、自來水除塵減霾的花費進行成本比較。

3.1 生態效應分析

3.1.1 對生態環境的影響

在城市維護管理中,常通過灑水或噴霧、一定水壓沖洗的方式進行道路清潔,其作用是減少揚塵,降低空氣中可吸入顆粒物濃度,以達到凈化空氣的效果。此外,在夏季高溫時段,通過灑水還可以增加地表濕度,降低路面溫度,讓環境更加舒適。

本文通過簡單的對比實驗 ,對比在等量用水下,利用自來水與利用中水噴灑在路面時,空氣中可吸入顆粒物濃度變化,分析其生態效應。

（1）實驗設置

搭建一個40 cm×60 cm×40 cm的空間道路生態模擬模型,將其放置于車輛較常經過的道路一側,該模型頂部與大氣連通。首先在未噴灑任何水資源的情況下,利用顆粒物檢測儀檢測該空間內各濃度顆粒物含量。再分別檢測噴灑等量自來水和中水后顆粒物的濃度。

（2）實驗注意事項

①未噴灑水、噴灑自來水、噴灑中水前經過的車輛數目相同,且檢測開始時間距上一輛車輛經過時間應相同；②噴灑自來水、噴灑中水前應先檢測一次當下顆粒物濃度是否與未噴灑水也即正常情況下顆粒物濃度相近,若不相近,則應等待一段時間后再進行檢測；③每一次噴灑的自來水與中水水量應保證一致（此次實驗選擇一容積為300 mL水壺的三分之一量,即100 mL）；④噴灑水應在模型空間內底部進行。

（3）實驗結果

噴灑處理前后可吸入顆粒物含量對比見表1。

表1 噴灑處理前后可吸入顆粒物含量對比

（4）結果分析

由表2數據分析可知,采用中水與自來水進行噴灑處理,顆粒物濃度都實現了一定量的減少,除塵效果幾乎完全一樣。另外,由于用水量相同,所以可以推斷其對空氣的增濕程度與降溫效果相同。

表2 噴灑處理結果分析

3.1.2 對行人與車輛的影響

本文通過一個自主設計的問卷,調查了人們對于中水代替自來水道路噴灑的接受程度,問卷共發放為期30 天,參與調查人數203 人。調查問卷涉及三個問題,分別為調查者的年齡、調查者能否接受使用中水進行灑水除塵以及調查者對中水在除塵減霾方面發展前景持有的態度,從而得到不同年齡段的人們對于該問題的看法,結果顯示大家對這一替換是普遍接受的。

（1）使用中水進行除塵減霾對行人的影響

①對于是否愿意接受使用中水對城市街道進行灑水除塵,愿意者占比94.92%,遠遠領先于不愿意者5.08%。調查結果見圖1。

②對于中水在除塵減霾方面的發展前景,持樂觀態度者占大多數,少數持中立態度,極少數持消極態度。調查結果見圖2。

圖2 對于中水在除塵減霾方面的發展前景所持態度調查結果

③對于是否愿意接受使用中水對城市街道進行灑水除塵,問卷調查結果顯示,18 歲以下愿意者占比100%,18 歲～30歲愿意者占比94.44%,30 歲～50 歲愿意者占比100%,50 歲以上愿意者占比85.71%。調查結果見圖3。

圖3 不同年齡段調查者能否接受使用中水進行灑水除塵調查結果

④對于中水在除塵減霾方面的發展前景,問卷調查結果顯示,18歲以下調查者中持樂觀態度者與持中立態度者大致相同,極少數持消極態度；18歲～30歲調查者中大部分持樂觀態度,少部分持中立態度；30歲～50歲調查者中全部持樂觀態度；50歲以上調查者中大多數持樂觀態度,少數持中立態度。調查結果見圖4。

圖4 不同年齡段調查者對于中水在除塵減霾方面的發展前景所持態度調查結果

綜合以上進行分析,即使年齡段不同,絕大多數調查者接受使用中水進行灑水除塵,也對中水的發展前景持樂觀態度,可見大家對于使用中水進行灑水除塵還是比較認可的。因此,使用中水進行灑水除塵對行人起到的影響是比較積極的。

（2）使用中水進行除塵減霾對車輛的影響

隨著我國城市污水回用技術的進步,現有的污水回用處理方法已從傳統的處理（混凝、沉淀、常規過濾）升級到生物過濾、生物處理、活性炭吸附、膜分離等技術[3]。將污水處理廠出廠水質與《城市污水再生利用 城市雜用水水質標準》（GB/T 18920-2020）中三個基本控制項目限值的數據進行對比,結果見表3。

表3 出廠水質與國家城市雜用水水質標準限值的對比[4]

通過表3 對比分析,可以看到中水完全可以作為城市道路除塵用水,并且可以長期使用,不會對車輛產生腐蝕。

綜合以上,用中水代替自來水來進行除塵減霾對城市的生態效應維護方面與自來水相差無幾,是可行的；并且由中水回用發展來看,這一方法正在被更多城市所接受并采納,中水回用率會逐漸提升,節省更多的水資源。

3.2 經濟效應分析

根據每立方米中水和自來水的經濟投入對比得到結果見表4。

表4 中水和自來水經濟投入對比

另利用相同價格的自來水費和污水處理費進行換算可得二者等價時的中水回用率,見圖5。

圖5 經濟分析思路圖

依據鄭州市最新發布的自來水收費標準,每噸投入市政工作的自來水收費為1.9元,可計算得每少采用1 t自來水節約1.9元的水費。又依據《鄭州市人民政府關于污水處理費征收使用管理的通告》鄭州市規劃區域內污水處理費收費標準平均調整為0.70元/t,因此每采用1 t中水需0.7元的污水處理費,由此分析發現同樣采用1 t水進行除塵減霾的工作,在獲得的生態效益相同的前提下,且中水回用率100%時,利用中水代替自來水可節約1.2 元的經濟投入；當中水回用率高于37%時,中水代替自來水進行除塵減霾將會更加節約經濟成本。

4 結論

本文的研究分析涵蓋生態、社會、經濟三個方面,具有全面性。在生態方面,基于自制的模型分別使用自來水和中水進行除塵減霾,結果表明,使用中水和自來水進行除塵減霾的效果大致相同。在社會方面,考慮灑水車使用中水對行人以及車輛的影響,結果表明絕大部分調查者接受使用中水進行灑水除塵,且中水不會對車輛產生不良影響。在經濟方面,在同樣水量的情況下,將自來水的價格和中水處理的費用進行對比分析,結果表明,使用中水會花費更少的費用。

綜上所述,中水可以代替自來水對城市街道進行除塵減霾,該生態經濟效益分析具有科學性和合理性。鑒于此次分析結果及我國中水發展現狀,建議在行政、經濟、技術、法律、宣傳等方面采取一系列措施,如提高公眾水資源意識、建立完善的法制法規體系、制定合理的水價體系、積極推動產業化發展等。同時,該實驗分析及其相關建議可為鄭州市市政公共用水管理部門決策提供一定參考,亦可推廣到其他地區。