突尼斯和中东国家将回收水用于灌溉

阿基撒 巴里
国家农业工程、水和森林研究院
B.P. 10, Ariana 2080, Tunisia

摘　要

　　地中海南部和中东地区的大部分国家都属于干燥和半干燥地区，面临越来越严重的水资源短缺的问题。为解决这些问题，污水得到不同程度的再利用。然而地中海南部和中东地区的国家对水再利用政策的看法有重要的区别。由于社会经济、制度和技术的条件不同，会发现许多种情况。
　　这些国家的环境和公众健康的政策不同。同时在现有的污水收集、处理和清理设施以及人力资源、设备、材料资源和财力等方面都有不同。可以把这些国家分为五个组。第一组的国家将原始污水排入环境中直接使用，因此会发生严重的身体危害和环境污染。在第二组，为研究水再利用对环境和健康的影响，农民们及为研究和开发项目之用而毫无节制地再利用水。在这种情况下，尽管制定了与排污和再利用有关的条例及标准，但却没有得到落实。第三组的国家是间接地利用回收水。在第四组的国家中，水的再利用已经成为控制整体环境污染和计划中污水处理和再利用项目中水管理策略的一个必要组成部分。直接利用处理过的污水可用于有限的灌溉。第五组的国家仅仅采用第三级污水处理的方法，回收后的水用于作物生产和地表灌溉。此种方法只有资金到位方可进行。后三组的国家中已制定了农业上水再利用的制度和法律，从而来管理回收水的处理和灌溉的分配。
　　本文试图介绍不同的情况，以三个国家的案例分析为基础，来解释物理、技术和环境条件的多样性，制度的制定、执行方法和管理办法。

序　言

　　大部分地中海南部和中东地区的国家都是干燥和半干燥地区，面临越来越严重的水资源短缺的问题。在一些国家，实际水消费已经超过可再生的传统水资源，人们预测将不会有其它为人所知的水资源得到开发。中东和海湾地区的一些国家几乎没有天然的淡水资源，它们主要依赖地下水和脱盐后的海水。
　　人口的增长、生活水平的提高、城市化速度的加快将威胁到总体上水的供应，特别是在农业方面，会导致水消费的增长和水资源的污染，因此水匮乏的问题将日趋严重。城市对水的需求的不断增加一方面导致家庭对淡水的用量将大量增加，另一方面将生产出更多的污水。由于传统水资源的有限和未来对水的需求的增加，产生农业与其它行的竞争，因此农业将面临继续严重的水质和水量的问题及农业用淡水量的减少。在这些地区的城市中，与其它行业的竞争使水成为限制农业发展的主要因素。决策者被迫开发其它的水资源，并且保存现有的资源。回收水成为鼓励综合和有效地使用和管理水资源的办法之一，因此应该成为国家资源政策的一个重要组成部分。
　　当把水的回收利用综合到水资源管理中时，水的再利用将被视为是控制环境污染和水管理策略的必不可少的一部分，它将给公众健康、环境、经济发展带来益处。回收后的水可提供重要而额外的水，为淡水资源的保护作出贡献，而且它也可能被视为是一种农业用的珍贵的水资源和养料。它也对控制沙化和沙漠改良起到一定的作用。随之而来也会带来一些社会和经济的利益，如创造就业机会和面向出口市场的产品。然而由于污水中矿物和有机物质的含量和病原体对人体健康构成危险，回收再利用污水必须防止对环境和公众健康的负面影响。因此必须恰当处理预期再利用的污水。
　　本文试图根据约旦、突尼斯和科威特三国的案例分析，介绍不同的情况来解释物理、技术和环境条件、制度的制定、执行方法和管理办法的多样性。

再利用的条件

　　根据不同的社会经济、制度和技术条件，水资源再利用的政策所采纳的方法有所不同。不同的国家有不同的环境和公众健康的政策。同时在现有水的收集、处理和排水设施、人力资源、设备和材料资源也存在不同。地中海南部和中东地区的许多城市仍然没有下水系统。即使有下水道，他们通常把污水未经处理就排入环境中。当水的使用限制达到极限，并且污染可能对水资源和公众健康构成威胁时，回收利用污水可能会是一种解决办法。开发多余的水资源将变得非常重要，因此必须修建收集系统和污水处理厂。
　　然而在某些情况下，这些污水处理厂通常却没有发挥作用或负载过重，因此排出的污水不适合将其再回收利用。在其它一些情况下，再利用的前提已经满足，回收政策已经制定完毕，处理后的污水就可以用作多种用途。
　　此地区回收后的水主要用于农业灌溉、地表灌溉和地下水蓄积，极少再用于工业用途。 本地区已经开展了几项研究和实验调查。针对本地区的特殊情况，研究中获得的信息已用于处理和回收方案的开发。大规模回收计划的实施已经带来非常重要的有关回收水得到再利用的技术和操作的经验。
　　由于必须考虑回收后水的市场的特殊性及各种问题，水的再利用工程仍然是一项艰巨的挑战。农业再利用工程的规划和管理蕴涵了制度、组织、法律、管理、社会经济、金融、环境和技术的局限性。再回收项目同时也是复杂和昂贵的，具有经济和金融的不确定性，费用和收益可能很难量化（公众健康的保障、经济发展等），而这些都是非常关键的问题。该地区众多国家的规划方案具有多样性，根据代理类型包括水代理、污水代理、协调代理及其它，建立了不同的管理结构。
　　各个国家处理和再利用标准的级别都不同。大多数国家都采用传统技术来处理污水，与再利用的类型无关。目前采用的一般方法是依据水质排放要求来处理污水。关于国家条例，一般采用WHO准则（1989）或加州污水回收标准第22条。那些开发合理并在有组织的机构安排之内对污水进行回收的国家都是详细写明并实施它们自己的管理条例和精确的标准。其它国家仅仅考虑健康的标准。

案例分析

　　无计划的回收水的再利用-- 约旦

　　八十年代约旦政府的政策旨在做到有提高污水收集、输送、处理、排放和再利用的系统。因此其城市卫生地区包括管道排污的发展速度非常快。到2000年下卫生面积已覆盖城市面积的66%，占到全部人口的51%（表1）。约旦的大多数城市已装备了污水处理厂，达到WHO回收水用于灌溉的规定（Tuffaha，1996）。不同的处理过程包括稳定池（处理后污水的83%），活性污泥，滴滤池或延时曝气熟化池。也采用工业废物的预处理法，自1991年颁布条例以来，有机物和矿物成分的排放已得到减少。
　　2000年估计现有的18家污水处理厂排放的污水总量达每年7200万立方米。此量相当于约旦总人口的51%。回收水早已被视为是一种有价值的可供灌溉的资源（联合国开发计划署等，1992），同时也被认为是约旦水策略中一项重要的水资源。到2005年预计用于灌溉的污水达到每年1亿立方米。计划将从大部分处理系统改为活性污泥过程。
　　回收后的水大部分都排放到旱谷中，进入用于灌溉和地下水蓄积的水库中。As-Samra, Baq‘a, Jerash, Abu-Nuseir, Salt, 和Wadi Isir 工厂排放的污水流入King Talal, Wa di Shueib, 和Kafrein 水库，经合流存蓄后可供回收之用（5880万立方米）。多数水再利用都是间接的。有计划地将处理后的污水进行直接使用是有限的（2%），但自1985年以来已经逐渐增加。为鼓励再利用，政府规定所有新的污水处理项目必须包括有关全面规划及可行的再利用的内容。
　　处理后的污水主要再利用到农业生产中。灌溉面积达到近10700公顷，其中667公顷用于污水处理厂实地的受限制的作物，900公顷用于污水处理厂之外的受限制的作物（155公顷在Aqaba, 63 公顷在 Madaba, 52 公顷在 Ramtha等等），9100公顷位于约旦谷，将回收后的水与地表水混合后，用于无限制作物。除了约旦谷，处理后的污水用于灌溉谷物（小麦、大麦等）、饲料作物（苏丹草、苜蓿、玉蜀蔾等）、森林（阿拉伯橡胶树, 木麻黄属的各种常绿乔木, 桉树等）及水果树（橄榄树、柑橘类的植物、香蕉等）。
　　自从1968年第一个活性污泥处理厂（Ain Ghezal）建成以来，阿曼的回收水已用于约旦河谷（JRV）的灌溉。作为填补的水源，Zarqa河已经为阿曼提供用水需要，部分阿曼的污水可以补充该河的基本流量缺失的部分。从Al Samra处理厂的稳定池流出的污水（181公顷，5460万立方米，170750 m3/d）与King Talal 水库 (KTR)的水相汇合，用于JRV下游的无限制灌溉。处理后的污水为KTR每年提供15%至80%的给水量。KTR流出的污水经过再利用使得JRV冬天水流可以种植一种冬季作物，为四季作物的灌溉做出了贡献。KTR中部分水或全部水灌溉的面积目前近9100公顷（实际灌溉面积的18%），其中64%种植蔬菜，7%种植谷物和饲料，27.5%种植果树。其余的土地栽了树木。未来如果全部污水用于灌溉，可能将有43100公顷面积用污水进行灌溉。在约旦谷的中部，56%的农场用滴灌法（平均效率达到70%），其余用于地表灌溉法（平均效率达到76%）。水费较低（约旦谷达到15菲尔斯/立方米 ($US 0.02/立方米)其它地方为免费，这与水质无关。约旦谷政府在冬季进行脱盐，向农民免费提供灌溉用水。农民不得将其水权出售或出租。

　　约旦标准893/1995详细说明了各种污水之用，如用于灌溉食用蔬菜、水果、森林树木、饲料作物、草坪和公园、地下水的蓄积、水产养殖及排入河流、旱谷和水库所要求的水质标准。这些标准的大致条件已经规定好。
　　一些机构如水资源和灌溉部（约旦管理水资源的机构及约旦河流域管理机构）、皇家科学协会、农业部（国家农业研究和技术转让中心）、公众健康部、环境部、规划部、各城市及潜在的用户都对污水的处理及再利用非常关心。

　　有计划再利用二级处理后的水资源-突尼斯

　　污水处理：突尼斯大多数城市中心的居民都可以用上适当的卫生系统，其污水处理设施通常都遵循传统的设计。有下水系统的城市的卫生面积达到约78%，与整个城市人口（580万）相联系，比率将达61%（表1）。工业上要求污水排入下水系统必须遵照突尼斯标准(INNORPI, 1989a) 。因此，为达到规定上的排放要求，必须建立初步处理厂，将给予其经济补助，作为工业单位前期处理过程之用。
　　每年排放的2.4亿立方米的污水，1.4亿经过61家处理厂（WWTP）的处理，其中41家工厂日处理量少于3500立方米，10家高于10000立方米。Choutrana是最大的一家，日处理量可达120000立方米。5家处理厂位于突尼斯地区，每年产生6200万立方米污水，占全国处理污水总量的54%。其它几个厂位于沿海，以保护海滨度假村和防止海洋污染。城市污水主要是民用水（大约88%），经过生物处理可达到二级处理水平。工业污水排入下水系统须遵照突尼斯标准(INNORPI, 1989a)。因此，为达到排放规定上的要求，必须建立初步处理厂，给予其经济补助以为工业单位前期处理过程之用。处理过程根据污水的来源和当地的条件，各厂不同。61家处理厂中的44家是采用活性污泥式（中型或低档次的），3家采用滴滤式，14家采用兼性或曝气池。已经为几个城市制定好最佳卫生方案。年回收水量希望在2020年达到2.9亿立方米。这一期望值大致相当于现有地下水资源的18%，可代替目前地下水，灌溉由于过度地开采地下水导致沿海蓄水层盐水侵蚀的地区。
　　污水处理的费用：饮用水收费单上已包括了卫生费用。依据消费的不同(家庭消费者可分5块：0-20; 21-40; 41-70; 71-150; >150 m3/季度)、使用（家用< 工业 < 旅游业）及水污染的程度（根据BOD，COD和SS的含量，将工业部门分为三级），费用逐级递增。同供水相似，资费结构也根据社会公平的原则，不向小型或中型民用消费者(<70 m3/季度)收费，而收大户的费用。卫生费用于操作及维持。
　　下面将估算生产能力从256至43000立方米的回收工厂处理污水的费用。资本费用包括设备建设（设计寿命达到45年，回收率达到7%）及设备购买（设计寿命达到15年，回收率达到7%）。平均资本费用为0.08 $US/m3 (0.003 to 0.49 $/m3, N = 37) (1 DT " 0.67 $US)。兼性池的资本费用最低，然后是曝气池和延时曝气池、传统的活化污水池及氧化渠。每年操作和管理（O&M）费用包括处理厂人员工资、操作费用（主要是电费）及维修费（设备修护和替换）。1995年处理过的每一立方米O&M费用大约为0.07 $US (0.01-0.20 $US/m3, N = 37)。O&M回收的最小费用是用于兼性池，然后是延时曝气池，传统的活化污水池和曝气池。能源费用占O&M费的60%，工资占O&M费的30%，维护费占O&M费的10%。平均污水处理费大约为0.15 $US/m3 ，不包括污水的收集费，但是包括旧的低资本费的污水处理厂。回收工厂的全部处理费用于兼性池及延时曝气池的费用最低。实际上，边际处理费大约为0.30 $/m3 ，投资额占全部边际费用的80%。
　　污水再利用实施方法：水的再利用已经成为控制整体环境污染及水管理策略的必要组成部分。水的再利用现在是突尼斯整体水资源平衡的一部分。实际上它不仅被视为是一种额外的水资源，而且是一种潜在的可增值的资源（联合国开发计划署，1987），同时也是一种保护沿海地区、水资源及敏感接受体的方式。
　　自60年代中以来，已经采用了逐步扩大再利用的方法（联合国开发计划署等 1992）。策略包括1）将污水处理延伸至所有城市地区；2）进行灌溉农业及绿地的实验及演示的操作；3）建立大规模的灌溉计划；4）实施增加将处理后的污水再利用的比例的政策。这样就可分辨出不同的发展阶段。
　　第一阶段：回收后的水用于保护柑橘的生产。60年代初突尼斯将部分回收的水用于灌溉位于La Soukra （突尼斯东北8公里）的600公顷柑橘果园。利用污水是因为希望降低由于过度抽取地下水带来的盐水侵蚀的影响。此种污水经过再利用，救活了柑橘果园。这样污水主要在春季和夏季得到利用，成为地下水的辅助或唯一的资源。污水不许用于灌溉蔬菜。
　　第二阶段：有计划回收水的再利用。水资源再利用政策是在80年代初提出的。污水再利用主要应用于农业灌溉及地表灌溉。已实施了一些实验或正在进行的项目研究地下水的蓄积、森林灌溉及高速公路的冲洗和湿地的开发。现有的处理厂建成后才可进行水的再利用。然而，对于新厂，从规划阶段直至完成研究过程中都需要把处理及再利用结合起来。
　　每年大约有3500万立方米回收水用于灌溉。处理后的污水（大约占处理污水的20%）每年大约有2800万立方米得到重新利用。在某些地区，利用污水灌溉，分配的大部分污水得到再使用，而在一些新的灌溉刚开始的地区，回收水的再使用率正在逐渐增加。突尼斯二级处理污水仅限于有限灌溉，但不包括所有的蔬菜作物。利用回收水灌溉的主要作物是饲料（苜蓿、高梁及车轴草）（45.3%），果树（柑橘、葡萄、橄榄、梨、桃、苹果等）（28.5%）、谷物（22.4%）及工业作物（甘蔗）(3.8%)。57%的地区是用喷式灌溉，48%的地区用地表灌溉。一些农民利用当地的灌溉系统。不到回收水灌溉的草原上放牧家蓄（奶牛、小牛犊、山羊及绵羊），吃的是灌溉区域上种的饲料作物。已经设立了水再回收项目，并就此主题进行了实验研究。目前这样的区域达到6500公顷，80%位于突尼斯。主要地区包括Cebala (3200 公顷), La Soukra (600 公顷), Mornag (1047 公顷), Nabeul (350 公顷), Hammamet, Sousse, Monastir, Sfax, 和Kairouan。其它项目也正在实施中，将把此区域延伸到9000公顷。利用回收水灌溉的区域计划扩展到20000公顷，占全部灌溉区域的7%，其中14500公顷位于大突尼斯地区附近。下面介绍计划好或正在实施中的大型作物的灌溉项目。
　　已经制定了农业上水再利用的制度及法律框架，来管理用于灌溉的回收水的处理和分配，监督水资源法和其它法令的落实并对卫生方面进行控制。1975年水法及1989年法令(Decree No. 89-1047)对农业上水的再利用进行管理。单独文件中如回收再利用水质的标准(INNORPI, NT 106.03, 1989b)、污水处理标准(INNORPI, NT 106.002, 1989a)，详细说明了可以灌溉的作物及决定回收水再利用的条件。农业上再利用的回收水质的标准依据联合国粮农组织准则(Ayers and Westcot, 1985), 世界卫生组织关于限制灌溉的准则(1989) (每升< 1 个蠕虫卵)及其它与灌溉或水供应有关的突尼斯标准。从水的收集到农业上的使用，责任由各种部门分担，包括环境及土地使用规划部（国家排水及卫生机构）、农业部（农业工程管理局，地区农业发展委员会）、卫生部、旅游及手工艺品部。用户协会也介入到水再利用的工作中。
　　恰当地估计水价对于收回投资和节约用水是很重要的。因此设计一种合适的用水定价政策是再利用工作中重要的一个步骤。随着新方案的出台，为鼓励农民用水，刚开始时供水都是免费的。然后采取每公顷定价收费的政策，最后逐渐变为按照所使用的每立方米的水收取费用。卖给农民使用的回收水的价格依方案不同而不同。收取的费用将用于补偿O&M费用（操作、维护、工资和能源）。对于利用传统水灌溉的方案，价格将逐步向实际费用靠拢，仍然比传统水价要低。大多数方案对用水都以表计价，然而由于仍有大量未经计算的水，导致较高的O&M费用，比如在Mornag灌溉方案中，1996年O&M费用高达0.13 $US/m3 （抽水所需能源费为O&M费的68%，工资占O&M费的18%，其它费用占O&M费的10%），售价为0.04 $/m3 ，生产费用包括资本费用（对于灌溉方案）大约为0.20 $/m3 。Medjerda-Cap Bon运河的水（同一地区使用的传统水），其中O&M费用为0.07 $/m3 ， 售价为0.06 $/m3 。为推动水的再利用，1997年决定将每立方米水价定为0.01 $。然而水的再利用率并没有像预期的那样增加，出现了赤字。应该采用新的基数，根据对水的实际需要，以给定的价格向农民提供给定质量的水。
　　由于一年中大约以一定的速度排放城市污水，排放污水的量将随着城市旅游业和工业发展而增加，污水将再利用到农业上--- 利用回收水灌溉的区域计划将增加到20-30 000公顷，相当于全部灌溉区域的7-10%，14500公顷位于大突尼斯地区。突尼斯市计划在2026年建一座新的污水处理厂，设计日处理能力达224 200 立方米 (每年82 00万立方米)。位于山脚大坝上BOT季节间蓄水池(300万立方米)是处理厂的一部分，用于水资源的保护及增加水量。第一阶段计划覆盖1000公顷的灌溉区域。整个灌溉区域将覆盖6000公顷。将考虑农民是否愿意再利用回收后的水。水用户协会将负责管理灌溉系统。在实验阶段水的分配系统将得到优化，鼓励采用节约灌溉的方法。
　　第三阶段：回收水再利用的开发。当水质与污水的最终使用相吻合时，可以有其它再利用水的机会(Asano and Levine, 1996)。通过多样化地发展非农业的用途，如现在正在采用的城市、工业及环境的用途。根据正在进行的再利用项目，1997年开展了旨在开发推动水资源再利用的战略的研究(Bechtel and Scet, 1998)。本研究表明根据战略的项目，对于高级用水的活动或为创造一种新型的需要，这个战略应该逐步用回收水代替传统的水。推动再利用回收水应该根据：1）实际的对水的需要，2）针对不同用途，制定恰当的水质标准的定义，3）相关的管理，4）各方明确而清晰的责任， 5）对所有用途的一种有效的控制。应该加强法律和制度建设。通过提高水质，利用广泛的信息，人们将更广泛地接受未来回收水的再利用。现已有人提议开发水再利用的项目，如在突尼斯区实施水再利用战略、一些沿海含水层的地下水的蓄积和回收后的水再利用到工业上。

　　有计划地再利用三级处理水-科威特

　　在科威特，95%的饮用水来自去盐后的海水（多级蒸发蒸馏厂）(Al-Attar et al., 1997)。污水在三个主要的城市处理厂(Ardhiya, Reqqa和Jahra) 经过二级和三级处理过程（活性污泥、渗透和氯消毒）（表2），占饮用水的65-80%。产生的污水量1994年达1.19亿立方米，其中1.03亿立方米已得到处理。1994年回收水灌溉的全部面积达整个灌溉面积（4770公顷）的25%(Sarraf, 1997)。实际上，不到10%的回收水量得到再利用。一部分工业污水经过处理也得到循环使用。然而，国家环境资源保护政策是要再利用所有的污水。因此，科威特科学研究学院已经建立了一个"污水处理及使用的项目"来开发并加速水的再利用。该项目的一些内容包括开发农业生产、苗圃及水产养殖实验基地，通过反渗透回收水法实验人工蓄积含水层，开发一种利用处理过的工业污水的原形以及污水处理的综合蓄水系统（兼性蓄水池和高级藻类蓄水池）。
　　起初从Ardiyah厂流出的经氯化的二级污水用于灌溉实验农场的限制地区和地表。目前三级处理过的污水再利用，灌溉多种树木和绿化带。绿化带的灌溉可以减少流动沙子的移动。回收后的水的使用滴灌和喷洒方法对作物进行灌溉。处理过的污水提供给私人农场，向农民收取$US 0.07/m3 。用三级污水灌溉的面积达1680公顷。有人建议将灌溉面积扩展到3300公顷，大小相当于科威特科学研究学院的实验农场。有一种复杂的系统可存储和抽取氯化污水用于灌溉。在某些方案中，回收水经过二次氯化过程才能再利用。通常用封闭的贮水池来存储。已经开展了评估在人工湖里储存回收水的可行性研究。
　　公众服务部已建立了污水再利用于灌溉的质量标准。回收水仅仅容许灌溉可以烹煮的蔬菜（土豆和菜花）、工业作物、饲料作物（苜蓿，大麦和冬季饲料作物）以及绿化高速公路。
　　然而水资源的再利用提出一些问题，如病原体、污染物和含盐量，建立第三个污水运输的管道系统、存储设施以及相关费用等问题。
　　与排水及再利用有关的部门是公共服务部、农业事务及鱼类资源的公共部门、环境政策制定和环境保护理事会、卫生部及科威特科学研究学院。

结　论

　　水资源再利用已被包括在地中海南部及中东地区大多数国家的水资源规划中。一些国家已制定了要求再利用所有污水的官方政策。然而由于实施这些政策能力的不同，会出现很多种情况。关于污水处理和再使用仍然要克服几个难题。对收集、处理和再利用城市污水方面的技术、科技、制度或法律规定的掌握还不够，要求对此特别注意。在那些无限制的直接或间接再利用原始污水的地区，必须要提高水质以防止对健康产生危害和环境污染。对于有作物限制的地区，应该将污水处理厂升级，从而产生更经济、少量的污染。对于无限制使用污水的地区，可以用较宽泛的作物轮种法、高限价来收回农业上的投资。
　　关于国家规定，不同的国家有不同的规定和标准，与国家的发展状况无关。根据实践中得来的文件资料和评估情况，不同国家获得的经验将帮助找到一种共同的污水处理和农业再利用方法。
　　要想更好地规划和协调不同机构，就必须强化制度。根据实际用水量的需要，未来再利用项目将依赖于对再利用工作进行更好地规划和管理。这就意味着需要有更好的制度、管理和组织环境。需要对回收水再利用的经济和金融的可行性进行更好的估算。技术上需要更深入的研究，同时也要对具体用途进行应用研究。教育、信息、对农民的培训及延伸服务也对这些实践起到推动的作用，从而取得更高的农业产量，而对环境没有负面影响。

参考文献

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