城市水資源循環的義烏實踐

龔向紅

（義烏市水處理有限責任公司 浙江義烏 322000）

引言

隨著我國城市化的不斷推進，城鎮人口持續上漲，水資源的取用與污水的處理和處置是一個城市發展需要考慮的重要問題。例如，義烏市2019 年對居民和非居民供水量超過1.57 億立方米，較2018 年增加5.24%，不斷增加的水消耗不僅對水源水量提出了新的要求，對末端污水的處理也是新的挑戰。

如果將一個城市看成一個封閉的系統，從用水的角度考慮，一方面需要從自然界取用水資源，另一方面將使用后的水再排放到自然界中去（見圖1）。在這個水資源經過城市循環，再次進入自然界的過程中，就不可避免地攜帶了一些對環境有害的物質，如有機物、總氮（含氨氮）、總磷、重金屬離子等。這就需要加強對水資源在城市區域內循環的深入研究，實現水資源在城市內的梯級利用和循環利用，以最大限度地降低城市用水對環境造成的影響。

圖1 城市水循環系統與自然界關系示意圖

城市區域水循環一般需要包括以下幾個過程：自然界取水、居民/非居民用水、污水處理、中水回用和廢水外排，其中的居民/非居民用水、污水處理、中水回用等幾個過程是可以施加更多人的影響，加強城市用水區域內循環的關鍵。本文將從城市用水的污水分類處理、水的梯級利用和中水回用三個方面來探討如何加強城市區域水循環的問題。

1 厘清居民用水和非居民用水

居民用水是指城鎮及農村居民日常生活所需用的水，包括飲用、洗滌、沖廁、洗澡等。居民生活用水的供應量和質量，可以反映某一地區城市發展水平、衛生狀況和當地水資源可持續利用水平。非居民用水主要是指工業、商業等領域的用水。較非居民用水，居民用水主要與居民日常生活息息相關，同人體直接接觸，更注重其衛生安全、健康風險等特性。有調查顯示，在城市用水中，與人體密切接觸的用水約占40%，如洗浴、飲用等；而多達60%的是工業、農業、環衛和綠化等方面的用水[1]。義烏市2017～2019 年居民用水量占總取用水量的比例在39%-44%之間，非居民用水量的比例則在56%～61%。一些研究和實踐表明，部分工農業和環境綠化用水需求可以使用中水滿足，其不僅在水質上完全符合用水標準，而且可以節約大量的新鮮水源[2]。

2 城市污水的分類處理

居民生活用水一般占到城市生活用水的40%左右，加上部分農業和環衛用水，城市污水處理廠接納的低濃度污染廢水應該在60%。這部分廢水具有污染物種類單一、濃度低、水質水量相對較穩定等特點，在城市污水中屬易于處理的廢水。工業廢水由于污染物濃度高、含有一定的有毒有害物質、水質水量穩定性較差等問題，一直是污水處理的難題。目前城市污水處理最經濟的方法是生化處理法，但是，工業廢水中高濃度有毒有害污染物會影響微生物的生理生化過程，并對污水的最終處理效果產生較大影響。因此，需要對城市污水處理進行分類設計，分類處理。

可將各種廢水處理分為四級進行分類處理：首先對于比較清潔的雨水和城市清洗水，可以使用較簡單的物理沉淀或絮凝沉淀等方法處理后，進行再利用；對于高濃度或有毒有害物質含量較高的工業廢水，需要先進行高效的物理化學處理，一方面降低污染物濃度，另一方面減輕其對微生物的毒害作用，然后進入生化系統與生活污水一起進行生化處理；第三級處理為生化處理，主要利用微生物的代謝過程處理廢水中的有機物及氮磷等微量元素，也是目前污水處理成本最低的方法；經過生化處理后的水，已經達到排放標準的，可以經過殺菌消毒后排入到自然水體或者進行濕地處理。部分處理水可以經過深度處理，如膜處理工藝后，進行中水回用，實現水資源的高效循環利用，見圖2。

圖2 城市水資源循環利用示意圖

3 雨污分流

雨污分流，是一種排水體制，是指將雨水和污水分開，各用一條管道輸送，進行排放或后續處理的排污方式。雨水通過雨水管網直接排到河道，污水則通過污水管網收集后，送到污水處理廠進行處理，避免污水直接進入河道造成污染。雨水的收集利用和集中管理排放，可降低水量對污水處理廠的沖擊，保證污水處理廠的處理效率。但還有一種觀點認為，隨著城市的發展，城市雨水中除了含有顆粒物之外，還會含有一定濃度的污染物，特別是在降雨初期，其中的污染物含量是相當大的，如果這些污染物不經處理直接排放到自然水體，會對自然水體產生較大的影響[3]。

2019 年，義烏市年最大污水處理量為1.97 億立方米左右。同期義烏市城市年用水總量達到了1.57 億立方米，中間只有4000 萬立方左右的差值。而義烏市的常年平均降水量在1386.6毫米[4]，這么大的降雨量如果一并歸集到污水處理系統中，將會對污水處理系統造成巨大的沖擊，不利于污水處理系統的穩定運行和達標排放。同時，對義烏市這么大的降雨量而言，雨水中污染物濃度是極低的，實行雨污分流，直接將雨水排入到自然水體中并不會超過自然界的自凈能力，也不會對自然水體產生明顯影響。

因此，城市雨污分流是一種趨勢，但也要綜合考慮、因地制宜地進行差異化處理，既做到城市污水處理系統的充分合理利用，又確保不對自然水體產生明顯的影響。

4 工業污水處理

城市工業用水占到了總用水量的60%，甚至更高。同時，工業廢水具有污染物成分復雜、差異大，污染物濃度范圍寬、波動大，難生物降解和生物毒性污染物種類多，濃度高等特點[5]，特別是難生物降解和生物毒性物質，如氰類、酚類、農藥、抗生素等含量較高。目前廢水處理技術中，生化法是最經濟的技術，大部分工業廢水采用的都是生化處理工藝。問題在于，工業廢水中污染物濃度高、生物難降解和生物毒性物質含量多，一方面對生化工藝的處理效果產生較大影響，另一方面，即使運行良好的生化處理工藝，出水中難降解物和生物毒性物質含量仍然較高。

關于工業廢水的處理，有觀點認為每個工業企業的廢水中污染物的種類和濃度都不同，在此基礎上提出讓工業企業先在內部進行處理到一定程度后再排入城市污水管網，進入城市污水處理廠進行處理。這雖然在一定程度上能夠解決工業廢水難處理的問題，但是每一個企業內需要建設一套污水處理系統，從經濟性方面考慮，卻不是最好的選擇。

針對這種情況，可以通過對工業污水進行分類收集，統一處理。主要分為有機污染污水、重金屬污染污水兩大類。對于以重金屬污染為主的工業廢水，需要采用化學絮凝、沉淀、吸附、膜處理等工藝處理。對于有機物污染為主的工業廢水可以統一收集，采用高級氧化技術先進行預處理，例如鐵碳氧化、芬頓氧化、臭氧氧化、電化學氧化等工藝等[6][7]。高級氧化工藝的預處理并不以降低COD 為目的，而是盡量降低難降解物和生物毒性物質的濃度，使大部分有機物變為可生化物，提高工業廢水的B/C 值，使其適合生化處理。

工業廢水先經過分類收集，然后對有機工業廢水統一進行高級氧化技術預處理，提高污水的可生化性能，再進入市政污水處理廠進行生化處理。目前，我國各個地方的工業園區或產業集聚區的建設，使得這種收集和處理更具有優勢。

5 處理后污水的梯級利用和中水回用

處理后的污水主要指經過物理處理后的雨水和經過生化處理后的出水再進行深度處理獲得的再生水（或稱為中水）。經過處理的雨水中污染物含量少，可以作為城市沖洗水、市政綠化水、濕地和景觀用水進行充分利用，一般都排放到自然水體。相比之下，再生水需要對經過生化處理后的污水再進行深度處理，包括膜處理、反滲透等。由于處理深度較深，處理后的水質較好，基本上能達到工業和非接觸式居民用水的標準，但處理再生水的成本較高，因此，需要對再生水進行合理高效地利用。

再生水目前有以下用途：補充河道水、人工濕地處理、景觀用水、工業回用水和非接觸式的城市居民用水。人工濕地處理，不但可以進一步提升水質，而且可以和當地自然或人造景觀建設相結合，起到保障水質安全的作用。景觀用水對水質要求不是特別高，而且用水量較大，適合于再生水的回用。

對于再生水作為城市居民用水和工業回用水這兩方面需要視具體情況進行分析。在城市居民生活方面，再生水可以作為城市沖洗水、城市綠化水、城市水體補充水和城市消防用水等，這樣做一方面用水比較集中，改造費用小，另一方面不需要直接面對城市居民，便于統一實施和管理，極大地降低了再生水回用的建設、運行和維護成本。

義烏市建有義亭、大陳、佛堂、蘇溪四個污水處理廠尾水濕地，面積約27 萬平方米，尾水濕地不僅使污水廠出水水質得到了進一步的凈化，也使尾水濕地內用水得到充分補充，綠化改善、環境更加干凈整潔。同時，義烏市已經建成污水廠配套尾水回灌管道，2017 年、2018 年和2019 年利用污水廠尾水分別向城中河、楊村溪、香溪等配水5836.2 萬方、6089.58 萬方和6002.7萬方，城市內河得到有效補給，水環境明顯改善。

再生水的另一大用途是工業用水。工業用水在城市用水中所占比例大，用水也比較集中，特別是對于集中式的工業園區，工業用水的集中供應優勢明顯，再生水水質較好，完全可以滿足一些工業企業對水質的要求。再生水回用成本相對較低，例如，根據北京市再生水設施運行調查結果，若不考慮折舊費可使再生水系統運行費降到0.75 元/m3以下，而海水淡化費用為5.0元/m3[3]。同期，各個大中城市自來水價格在2.5～5.0 元/噸之間[8]，工業企業使用再生水的價格優勢明顯。

對于再生水的工業用水利用，義烏市建設了生產高品質再生水的義烏市稠江工業水廠。該再生水廠采用 “浸沒式超濾”+“反滲透”雙膜處理工藝（見圖3），設計產能為3 萬噸/日，向義烏市經濟開發區內的印染、電鍍、塑料制品等十八家企業裝表供水，供水量穩步增長，逐步替代了部分企業自來水的使用，極大的緩解義烏市水資源短缺問題。

圖3 義烏市稠江工業水廠再生水生產處理工藝流程圖

表1 義烏市稠江工業水廠再生水產水與原水水質對比

圖4 城市水循環路徑示意圖

污水再生回用是減輕水體污染程度、改善生態環境、解決區域水資源短缺問題的有效途徑之一，既可以緩解水資源不足的壓力，還可以節省開發水資源投入費用，產生巨大的環境效益和社會效益。

結語

在城市水循環系統中形成一個水資源多元化、多層次循環利用的水流網，使水資源物盡其用并盡可能地減少對環境的污染。通過對水資源在城市中的合理分類和梯級處理、處理水的多元化回用，構建科學取用、內部多次循環、梯級利用和達標高質量排放的城市水資源高效循環系統，是解決城市水資源分布不均、資源短缺和環境污染較嚴重的有效措施之一。城市水資源循環的義烏實踐，從各個環節統籌考慮，提高清潔水資源的利用效率，開發再生水資源的利用途徑，提高水資源在城市水循環中的利用率，創造更加優美的城市環境和自然環境，為城市水資源循環提供了可參考的實用案例。