我國(guó)水資源再生利用現(xiàn)狀與管理建議

摘要：“節(jié)約-循環(huán)-減排”是實(shí)現(xiàn)水資源高效利用的重要途徑。近年來(lái)，我國(guó)不斷發(fā)展完善污水深度處理與再生水回用技術(shù)體系，污水收集治理水平及再生水資源利用水平大幅提升。研究基于公開(kāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)報(bào)道，調(diào)研了水資源利用現(xiàn)狀，對(duì)水資源再生利用技術(shù)及應(yīng)用案例進(jìn)行總結(jié)分析，結(jié)合再生水利用技術(shù)進(jìn)展，從不同應(yīng)用終端梳理了再生水利用在城市工業(yè)、農(nóng)田灌溉和生態(tài)補(bǔ)水領(lǐng)域的實(shí)踐案例，同時(shí)針對(duì)再生水利用的風(fēng)險(xiǎn)局限，從生產(chǎn)生活和生態(tài)環(huán)境方面，提出了風(fēng)險(xiǎn)控制管理建議，旨在為水資源治理保護(hù)、綠色循環(huán)和高效利用提供有力參考。

關(guān)鍵詞：水資源；再生水；應(yīng)用案例；風(fēng)險(xiǎn)

控制；管理建議

基金項(xiàng)目：河北省省級(jí)科技計(jì)劃資源與環(huán)境創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“白洋淀流域水生生物保護(hù)水質(zhì)基準(zhǔn)和優(yōu)控污染物水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)研究”（20374204D）

引言

我國(guó)華北地區(qū)水資源稟賦條件總體較差，資源性缺水嚴(yán)重，20世紀(jì)70年代就開(kāi)始大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用地下水，是世界上地下水開(kāi)發(fā)范圍最廣、規(guī)模最大、強(qiáng)度最高的地區(qū)。由于華北地區(qū)長(zhǎng)期依靠超采地下水支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，因而引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，如備受關(guān)注的地下水“大漏斗”問(wèn)題，治理修復(fù)迫在眉睫。

區(qū)域水資源循環(huán)利用及再生水回灌補(bǔ)給對(duì)解決地下水超采問(wèn)題具有重要生態(tài)意義，相比高成本海水淡化、跨流域調(diào)水、冰川利用等水資源獲取手段，再生水利用成本較低，且污水處理再生利用有益于生態(tài)環(huán)境改善和水生態(tài)良性循環(huán)，在全球范圍內(nèi)均能有效發(fā)揮重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，因此再生水利用具有顯著的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。本研究針對(duì)我國(guó)水資源現(xiàn)狀，結(jié)合新時(shí)代、新發(fā)展階段戰(zhàn)略布局和目標(biāo)舉措，探索總結(jié)水資源再生利用技術(shù)研究與管理實(shí)踐進(jìn)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量保護(hù)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

1我國(guó)水資源利用現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家水利部2022年6月發(fā)布的2021年度《中國(guó)水資源公報(bào)》可知，水資源利用情況中，生活用水占比15.40%、農(nóng)業(yè)用水占比61.50%、工業(yè)用水占比17.70%、人工生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水占比5.40%；全國(guó)供水總量中，其它水源供水量占比2.3%，再生水、集蓄雨水利用量分別占比 84.6%、5.0%；城鎮(zhèn)污水處理量顯著增加，處理能力和效率均得到明顯提升，與2020年相比，2021年萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值用水量和萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量分別下降5.8%和7.1%。目前，在全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理中，再生水工程規(guī)模占比超1/4，同時(shí)隨著污水深度處理與再生水回用技術(shù)體系的不斷發(fā)展完善，一系列再生水工程應(yīng)用示范已經(jīng)取得了重大技術(shù)突破，國(guó)內(nèi)水務(wù)行業(yè)治污水平和再生水資源利用水平大大提升，但再生水對(duì)水資源的補(bǔ)充供應(yīng)仍有進(jìn)一步提高的空間。

2再生水利用技術(shù)及實(shí)踐案例

2.1 再生水利用技術(shù)進(jìn)展

經(jīng)調(diào)研，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家再生水利用起步較早，日本再生水利用率已達(dá)90%，居世界首位；美國(guó)再生水大部分用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)再生水、農(nóng)業(yè)再生水分別占31%、60%；我國(guó)2001年才開(kāi)始正式啟動(dòng)再生水利用相關(guān)工程，歷經(jīng)20余年的發(fā)展，在污水處理、凈化回用技術(shù)與設(shè)備創(chuàng)新應(yīng)用方面均取得顯著進(jìn)步，現(xiàn)已有效地推動(dòng)了再生水合理化利用進(jìn)程[1][2]。

再生水利用技術(shù)涉及多種污水處理方法和資源化技術(shù)工藝，包括沉淀過(guò)濾的物理處理方法、加氯或者加鐵的化學(xué)處理方法、活性污泥等生物處理方法，根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，污水處理程度和處理技術(shù)工藝不盡相同。如，污水二級(jí)處理常用工藝有活性污泥法、生物膜法；三級(jí)處理工藝包括混凝、過(guò)濾、生物濾池、人工濕地、微濾、超濾、臭氧等技術(shù)；高級(jí)處理工藝有納濾、反滲透、高級(jí)氧化、生物活性炭、離子交換等[3]。

2.2 再生水應(yīng)用案例分析

經(jīng)不同污水處理技術(shù)工藝處置后，再生水達(dá)到不同級(jí)別水質(zhì)要求，可滿(mǎn)足多種使用功能，如工業(yè)利用（冷卻用水和鍋爐補(bǔ)給水）、城市雜用、景觀(guān)環(huán)境利用、綠地農(nóng)田灌溉、河道/地下水生態(tài)補(bǔ)給等典型用途。目前，我國(guó)再生水在不同終端應(yīng)用實(shí)踐，已積累了一些成功案例。

2.2.1城市工業(yè)應(yīng)用

我國(guó)水資源利用統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果表明，工業(yè)冷卻水占工業(yè)用水總量的50%左右，主要用于給生產(chǎn)設(shè)備、工藝介質(zhì)冷卻降溫。由于我國(guó)淡水資源分布不均，個(gè)別地區(qū)自來(lái)水供應(yīng)能力明顯欠缺，嚴(yán)重影響正常工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，因此研究循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，在企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)水循環(huán)再生利用，不僅可節(jié)約水資源，還能降低企業(yè)用水成本[4]。工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域企業(yè)再生水應(yīng)用分析如表1所示。

除表1中的工業(yè)應(yīng)用案例外，再生水在城市規(guī)劃中也有不少成功的應(yīng)用案例。王志勇等[9]通過(guò)對(duì)城市再生水人工濕地景觀(guān)設(shè)計(jì)工程進(jìn)行生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)城市人工濕地對(duì)再生水具有凈化作用，再生水經(jīng)過(guò)人工濕地后，水質(zhì)相關(guān)檢測(cè)指標(biāo)均明顯下降，再生水回用于人工濕地可提高濕地基質(zhì)土壤肥力，保障了人工濕地景觀(guān)服務(wù)特性，且具有運(yùn)行、維護(hù)成本低等經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。李文靜[10]通過(guò)對(duì)再生水在城市綠地中的應(yīng)用研究，表明短期內(nèi)使用再生水對(duì)城市景觀(guān)綠化植物生長(zhǎng)影響較小，將再生水作為城市綠地灌溉和景觀(guān)環(huán)境用水，有助于緩解景觀(guān)綠地水資源供需矛盾，促進(jìn)生態(tài)可持續(xù)良性循環(huán)。王艷萍等[11]的研究表明，城市綠化和道路澆灑用水量較大，但對(duì)水質(zhì)的要求較低，因此在實(shí)踐中綠地再生水供水可通過(guò)敷設(shè)再生水管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)道路清掃，如灑水車(chē)可通過(guò)再生水設(shè)施就近補(bǔ)水。

2.2.2農(nóng)田灌溉應(yīng)用

連續(xù)多年的《中國(guó)水資源公報(bào)》統(tǒng)計(jì)結(jié)果均表明，我國(guó)農(nóng)業(yè)用水占總用水量比例基本維持在60%以上，其中2021年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示農(nóng)業(yè)用水占比61.5%，是用水組成的最大部分，因此未來(lái)農(nóng)業(yè)用水可能成為制約我國(guó)發(fā)展的重要因素。我國(guó)北方干旱和半干旱地區(qū)占國(guó)土總面積的50%以上，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好再生水、雨水等非常規(guī)水資源在農(nóng)田灌溉方面的合理應(yīng)用，對(duì)于緩解北方干旱和半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)用水緊張、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、促進(jìn)灌溉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色和可持續(xù)發(fā)展具有重要的實(shí)踐價(jià)值。因此，再生水利用對(duì)緩解我國(guó)水資源供需矛盾具有重大現(xiàn)實(shí)意義[12]。

我國(guó)再生水灌溉區(qū)域集中在北方水資源嚴(yán)重短缺的黃、淮、海及遼河流域，主要涉及北京、天津、遼寧、山西、新疆5大灌區(qū)。再生水水質(zhì)雖然比常規(guī)水復(fù)雜，但含有豐富的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，應(yīng)用于農(nóng)田灌溉既可促進(jìn)作物生長(zhǎng)又能提高產(chǎn)量，同時(shí)還能減少化肥施用量[13]。目前，在我國(guó)南方，以太湖流域?yàn)榈湫蛥^(qū)域的基于農(nóng)業(yè)面源污染防治的示范工程，通過(guò)處置農(nóng)村生活污水、優(yōu)化水肥管理、完善排水與灌溉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)污染物氮磷等的農(nóng)業(yè)種植全過(guò)程防控和近零排放，不僅取得重要技術(shù)突破，還形成“安吉模式”等具有推廣價(jià)值的技術(shù)模式。張亞平等[14]通過(guò)調(diào)研太湖流域農(nóng)村生活污水處理工程，對(duì)應(yīng)用的生物脫氮除磷技術(shù)、復(fù)合生物濾池技術(shù)、膜生物反應(yīng)技術(shù)、活性污泥法進(jìn)行了分析、比較，結(jié)果表明因地制宜并結(jié)合穩(wěn)定有效的經(jīng)濟(jì)和管理機(jī)制選擇水處理技術(shù)模式，既能保障農(nóng)村生活污水處理達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，又能對(duì)再生水農(nóng)田灌溉提供技術(shù)指導(dǎo)。

2.2.3生態(tài)補(bǔ)水應(yīng)用

《中國(guó)水資源公報(bào)》顯示，2021年我國(guó)人工生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水用量為316.9億m3，占用水總量的5.4%。近年來(lái)，面對(duì)京津冀地區(qū)缺水難題，我國(guó)開(kāi)展的京津冀地區(qū)水專(zhuān)項(xiàng)大多涉及再生水資源綜合利用，如“北運(yùn)河上游水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)綜合示范項(xiàng)目”研發(fā)集成了非常規(guī)水源補(bǔ)給河道生物協(xié)同調(diào)控水質(zhì)改善與水生態(tài)修復(fù)技術(shù)，從水資源效益方面為再生水用于水生態(tài)功能提升提供了有力的科學(xué)依據(jù)[15]；北京市通過(guò)人工補(bǔ)給河道積極廣泛地采取再生水補(bǔ)給措施，改善提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，“十三五”期間至潮白河順義段累計(jì)補(bǔ)給水量2.3×108m3 [16]。本研究以河北省為例，匯總梳理了如表2所示的河北省各地市在農(nóng)業(yè)節(jié)水、工業(yè)循環(huán)用水及生態(tài)補(bǔ)水等方面積累的亮點(diǎn)工作經(jīng)驗(yàn)和具體措施。

3再生水利用管理與研究建議

根據(jù)我國(guó)再生水利用現(xiàn)狀，綜合考慮需求與風(fēng)險(xiǎn)，未來(lái)需針對(duì)再生水利用的風(fēng)險(xiǎn)因素及其作用機(jī)理、風(fēng)險(xiǎn)管控對(duì)策等開(kāi)展深入研究，優(yōu)化管理思路。在應(yīng)用創(chuàng)新方面，建議工業(yè)企業(yè)繼續(xù)大力發(fā)揮創(chuàng)新主體作用，加強(qiáng)針對(duì)再生水利用風(fēng)險(xiǎn)因素及水中不利因子的分級(jí)、分類(lèi)管控；在技術(shù)與管理方面，建議政府部門(mén)及科研單位有針對(duì)性地提供前沿技術(shù)服務(wù)與政策支持，并在理論和應(yīng)用上同步實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究與材料突破，提升水處理和資源化能力，同時(shí)嚴(yán)格依規(guī)落實(shí)管控措施，促進(jìn)雨、污水利用和廢水循環(huán)回用。

3.1 生產(chǎn)生活安全風(fēng)險(xiǎn)控制

受初始pH、含氯物質(zhì)濃度等因子影響，污水處理廠(chǎng)出水與企業(yè)再生水的污染物質(zhì)之間、水污染物與管道材料之間會(huì)發(fā)生生化反應(yīng)、吸附效應(yīng)[17]，導(dǎo)致輸配再生水水質(zhì)變化、管道腐蝕等，因此需針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因子做好鑄鐵管材保護(hù)，及時(shí)更換耐腐蝕材料，確保生產(chǎn)安全和用水安全。羅曉松等[18]的研究表明，某污水廠(chǎng)再生水含鹽量增加，不僅影響了整個(gè)廠(chǎng)區(qū)循環(huán)水水質(zhì)，還導(dǎo)致氯離子增加，造成了生產(chǎn)工藝隱患和風(fēng)險(xiǎn)，必須通過(guò)改進(jìn)再生水循環(huán)水系統(tǒng)，才能在短期內(nèi)協(xié)調(diào)焦化廢水、含釩廢水、綠色脫鹽廢水的合理使用；同時(shí)，引進(jìn)或研發(fā)先進(jìn)技術(shù)對(duì)濃鹽水進(jìn)行深度處理，減少高鹽廢水輸入，增加循環(huán)水濃縮倍數(shù)，降低新水消耗，實(shí)現(xiàn)提高再生水水質(zhì)和循環(huán)水利用率的目的。此外，針對(duì)再生水城市應(yīng)用，還需進(jìn)一步完善管線(xiàn)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)，匹配再生水與用戶(hù)，改進(jìn)城市污水再生利用技術(shù)和設(shè)備，落實(shí)再生水居民用戶(hù)終端的水質(zhì)、水量監(jiān)管，防止管道錯(cuò)接引發(fā)的居民用水安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)控制

由于再生水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、內(nèi)分泌干擾物、抗生素、重金屬、耗氧有機(jī)物等污染物濃度較高，會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成長(zhǎng)期不利影響，因而實(shí)施再生水補(bǔ)給河道時(shí)應(yīng)開(kāi)展河道水質(zhì)狀況與污染分布特征研究，評(píng)價(jià)上、中、下游水質(zhì)指標(biāo)，分析再生水廠(chǎng)退水的影響，為再生水補(bǔ)水型河道水質(zhì)管理提供技術(shù)參考[19]。李肇桀等[20]根據(jù)生態(tài)功能區(qū)、河湖庫(kù)水功能區(qū)、農(nóng)田灌溉區(qū)、地下水回補(bǔ)區(qū)管理要求，研究和完善水資源再生利用技術(shù)體系，進(jìn)一步細(xì)化和嚴(yán)格再生水水質(zhì)指標(biāo)，明確了再生水利用的區(qū)域范圍，制定了應(yīng)急響應(yīng)方案，開(kāi)展合理的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，保障生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，防治生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，嚴(yán)格落實(shí)《水生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南 河流水生生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)（試行）》（HJ 1295-2023）、《水生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南 湖泊和水庫(kù)水生生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)（試行）》（HJ 1296-2023）有關(guān)規(guī)定，做好再生水受納水體，包括河流、湖泊和水庫(kù)等區(qū)域的水生生物監(jiān)測(cè)及保護(hù)工作。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)我國(guó)水資源利用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研分析，以及結(jié)合污水處理再生技術(shù)發(fā)展與實(shí)踐應(yīng)用，總結(jié)水資源循環(huán)利用趨勢(shì)及技術(shù)特征，概述涉及火電廠(chǎng)、造紙廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、熱電廠(chǎng)等工業(yè)企業(yè)及典型流域農(nóng)村地區(qū)、“京津冀”生態(tài)圈等領(lǐng)域的應(yīng)用案例，同時(shí)針對(duì)再生水利用管理與研究，提出了基于生產(chǎn)生活和生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制的優(yōu)化建議，以期為水資源再生利用提供思路和途徑，助力生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量保護(hù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

徐玉（1991—），女，漢族，河北保定人，博士， 工程師， 研究方向?yàn)樯鷳B(tài)學(xué)。

李橙（1985—），女，漢族，河北滄州人，碩士， 高級(jí)工程師， 研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。

鄭冰冰（1994—），女，漢族，河北邯鄲人，碩士， 工程師， 研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。

通信作者

田在鋒（1971—），男，漢族，河北邢臺(tái)人，碩士， 正高級(jí)工程師， 研究方向?yàn)樗h(huán)境

治理修復(fù)。