城市再生水資源需求分析與預測研究

雷呈江

摘要：我國的嚴重缺水城市有 33 座，鄭州市是其中之一。鄭州市的人均淡水資源不足全國平均水平的 7 %，嚴重限制了其社會、經濟、生產等的發展，給鄭州市居民的生活帶來了極大的不便。鑒于此鄭州開展了諸多措施，開源節流以求構建城市水生態，打造“鄭州模式”，其中再生水利用具有相當意義。研究旨在通過再生水資源的水質、需求量進行分析，嘗試找到城市再生水資源需求預測分析方式，為鄭州市再生水利用工作，做鋪墊性研究。

再生水，是通過相適應的工藝，將雨水、或其他污水的水質提升為安全水質的水。再生水并非特指飲用水，根據其不同的需求有一級至三級的水質層次度量標準。從工業用水、農業灌溉、市政景觀等方方面面，每個等級的水質具有一定的需求。不同等級的凈化質量分層，最大限度的延展了水資源的利用周期，進階形成城市水生態循環，完成了生態城市建設的關鍵環節，能夠根本上解決城市水資源利用問題。

為完成這一目標，首先需要對城市現階段再生水的質量、需求進行數理分析，嘗試找到實現水資源再生利用“閉環”的關鍵節點。

一、再生水水質相關標準

《城鎮污水處理成污染物排放標準》（GB GB18918-2002）以下簡稱“排污標準”是現階段我國各大城市通行的再生水回用處理的主要處理指標依據。在“排污標準”總，根據再生水的工藝復雜程度和出水質量程度將再生水分成了一級、二級和三級。

《城市污水再生利用城市雜用水水質》GB/T 18920-2002以下簡稱“雜用再生水標準”規定了包括工業用水、景觀、灌溉等城市生活方方面面的用水水質分類。每種水質都進行了具體要求，是現行諸多城市通行的水質標準。比如《城市污水再生利用工業用水水質》（GB/T 19923-2005）以下簡稱“工業用再生水標準”是住房和城鄉建設部結合現階段城市再生水水質和工業需求相結合對接后，指定的水質標準。

另外在2011年人民政府辦公廳發布的“十二五”規劃中提及城市建設方面，要求了“十二五”建設過程中，城市再生水的有效利用，進一步挖掘城市再生水資源的潛力。2015年發布的加強全國節水用水工作文件則又進一步明確了類似再生水這樣的非常規水源鼓勵政策，在硬件設施方面，將再生水處理廠改擴建、新建工作納入日程;在非常規水源利用方向方面，指定了對再生水、雨水、在內的非常規水資源利用工程的扶持政策;在日常用水方面，鼓勵在工業冷卻、景觀河道等方面，利用再生水替代淡水，充分利用水資源。從軟硬件兩個方面進一步推動再生水資源利用的重要性。

基于以上標準和相關通知，可以整理出相應再生水需求，從而制定量化模型，用于城市再生水需求的預測分析。

二、鄭州再生水需求量分析

鄭州市作為河南省省會，不僅是全省的經濟、文化中心，也是中國重要的交通樞紐。歷史上鄭州水資源相對充沛，較之其他北方城市而言，鄭州除了擁有黃河這一重要水源之外，還有一些其他河流和地下水作為補充。但目前鄭州仍然是淡水資源缺乏的城市，主要原因在于從1978年到2020年，鄭州市人口翻了四倍，高速成長的城市帶來了突發的水資源需求，導致鄭州也一度成為缺水城市。

所以鄭州市人民政府響應國家號召，先后建成了五龍口、陳三橋等四座污水處理廠，這些已經建成的污水處理廠，為鄭州準備了180萬噸/日的污水處理能力。

2.1景觀河道再生水需求量計算方式

城市景觀河道不僅能夠防洪排澇、調節城市環境，也是提升城市吸引力，改善城市環境的關鍵，近年來各個地市都在努力打造符合城市特色的水系工程。顯而易見，水系項目耗費水量巨大，如果和既往傳統方式一樣完全用地下水補貼，無疑是給水資源已經十分緊缺的城市，帶來更大的用水壓力，水系工程業績無法達到市政建設為民服務的基本要求。鑒于此，再生水在這里有了充分的利用空間，如果能夠以再生水和周邊河流水源完全替代地下水，

如果可以將水量充足且出水穩定的再生水處理廠的出水用作城市景觀河道用水，不但會大大降低對地下水的使用量，還使水資源得到了循環利用，因此十分必要。根據各地市管理，景觀河道水礙于城市環境問題所以需要一級A標的再生水補給，換水率50%，也即更換周期為四十八小時。平均深度以1米為單位計算，按照全年75%時間計算（約250-270天）。

2.2沖廁再生水需求量計算方式

人口提升直接引出的問題是沖廁水耗費量，由于衛生潔具設備相對陳舊，節水型沖廁設備并未得到廣泛應用，所以目前沖廁用水占據我國相當大的淡水消耗比重。據統計，每年消耗接近70億立方米的自來水，這些自來水大多是地下水補充，形成了巨大的浪費。顯然，再生水作為沖廁用水非常合適，實際上不少家庭已經自發利用生活廢水沖廁。在沖廁水方面實現再生水利用，能夠大幅降低城市自來水消耗，形成良好的小范圍水循環，提高水利用效率。

鄭州在新城區建設過程中對公共廁所進行了良好覆蓋，引入了大量的新設備，一定程度上緩解了沖廁水開支。所以在預測鄭州市沖廁水時，可假設每天7次，每人每次1立方分米的量作為統計。

2.3綠化澆灌再生水需求量

鄭州素有“綠城”之稱，一直以來具有良好的綠化范圍，對于城市宜居性和居民生活環境，具有相當的意義。和其他用水途徑一樣，城市綠化澆灌用水也是占用城市的淡水資源，也同樣對城市淡水資源匱乏情況平添了諸多困境。在澆灌用水方面實現再生水有效利用，不僅可以減少地下水消耗，一定程度上也能反向對地下水進行補充。不但會大大降低地下水等淡水的使用量，還使水資源得到了循環利用，提高了水資源的利用效率，因此十分必要。

根據2019年鄭州市的城區建成區面積規劃，估算出近年來綠化覆蓋率以及預計綠化覆蓋率，可以算出相應的綠化范圍。這里可以參照我國《室外綠化澆灌設計規范》（GB60013-2006）中對澆灌綠地用水量的相關規定，計算標準以1.5L每平米計算。按照同緯度城市常用標準灌溉時間為全年三分之二，約200至230天，則鄭州市綠化澆灌再生水用水量計算方法。

三、城市再生水需求量預測方式

再生水從設計到落地大概需要1至2年，現實施工甚至更長時間，在時間上明顯有一定的滯后，和城市實際的再生水利用需求相差三年發展期，常常是再生水配送設施剛剛完工，就發現新的需求。這樣一來，再生水設施短板直接制約了城市水循環建設。所以研究城市再生水需求量的預測模式，對于城市水循環中遠期建設有重要意義。基于上述研究中的量化標準，可據此指定相應的模型，預測一定時間段內再生水的需求，重新量化鄭州市整體的再生水需求量，從而將再生水制作納入整體城市建設規劃當中，這也便于在規劃討論中將凈化水硬件設施落地，有促進作用。而現階段城市再生水需求量的方法，也可以從這些消耗指標入手，以本模型為例，在首先將再生水與工業循環冷卻用水、城市河道景觀用水和其他市政雜用水進行水質需求相互對接，從而找到了城市再生水需求的潛力。

另外還可以從鄭州市的實際情況出發，將上述研究內容收集，建立數學模型，州市七年內，城市市政雜用水的需求量和增長情況，得出鄭州市 2011 年到 2017 年的再生水需求情況詳細報表，將各方面內容有效調節。

四、城市再生水需求量預測意義

本研究通過對城市再生水需求量分析和預測方法的可行性和實用性。從再生水的“出口”入手，基于雜用再生水標準、工業用再生水標準，比對排污標準，進行逐一對接，從中間的差異找到再生水的需求量和相應的工藝要求大致情況，并以鄭州市為例，比對鄭州市七年內的數據代入，構建出城市再生水需求量預測意義。通過建立相應模型，有利于城市污水再生回用項目的長遠規劃和統籌考慮，有利于國家相關政策的制定和實施。對于鄭州市建立相應的再生水體系具有相當意義。

作者單位：鄭州市污水凈化有限公司