合理利用水资源加快污水再生利用于城市杂用水

李树苑，张怀宇
（中国市政工程中南设计研究院，武汉 430072）

1 概述

　　水资源是人类繁衍和城市发展的重要基础。合理利用城市有限的水资源有利于城市经济的发展和人民生活水平的提高。
　　我国的水资源总量约为28000亿m³，按1997年人口统计，人均水资源占有量为2220m³，人均水资源量会随着人口的增加逐渐降低。我国在世界上属缺水国家之一。
　　我国地域广，缺水包括两个主要内涵，一是资源型缺水，二是水质型缺水。我国北方由于自然条件的限制，多存在资源型性缺水；而南方由于经济发达，城市的水污染治理不及经济发展的速度，造成水环境污染加重，形成水质型缺水。在我国南方城市强化公众的水危机意识的任务，将会越来越紧迫；而对北方城市如何有效利用有限的水资源更是首要的工作。因此，全国的大部分城市如何合理利用水资源，都是非常紧迫和需要解决的问题。解决水资源短缺的主要措施包括节水、提高水的有效利用率以及强化对排放污水的综合治理等。

2 水资源水质状况

　　2001年度七大水系监测的752个重点断面中，Ⅰ～Ⅲ类水质占29.5%，Ⅳ~V类水质占26.5%，劣Ⅴ类水质占44.0%。其中，七大水系干流154个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类水质断面占50.6%，Ⅳ类占26.0%，Ⅴ类和劣Ⅴ类占23.4%，各水系干流水质好于支流。

　　2002年，七大水系741个重点监测断面中，29.1%的断面满足Ⅰ～Ⅲ类水质要求，30.0%的断面属Ⅳ、Ⅴ类水质，40.9%的断面属劣Ⅴ类水质。其中七大水系干流及主要一级支流的199个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类水质断面占46.3%，Ⅳ、Ⅴ类水质断面占26.1%，劣Ⅴ类水质断面占27.6%。各水系干流水质好于支流水质。

　　七大水系主要污染指标是石油类、生化需氧量、氨氮、高锰酸盐指数、挥发酚和汞等。
　　2000年共评价湖泊10个，其中符合和优于Ⅲ类水的湖泊有5个，其他5个湖泊水质都劣于Ⅳ类，并且都已经富营养化。国家重点治理的“三湖”情况为：太湖劣于Ⅴ类水质断面占12％，中营养水平的水域占太湖总面积的16.5％，富营养水平的占83.5％，富营养程度比上年略有加重；云南滇池水质劣于Ⅴ类，处于富营养状态；巢湖东半湖水质为Ⅲ类，西半湖水质为Ⅴ类，东、西半湖均处于富营养状态。
　　2001年主要湖泊富营养化问题依然突出。太湖和滇池外海均属中度富营养状态，巢湖属轻度富营养状态。
　　2002年主要湖泊氮、磷污染较重，导致富营养化问题突出。滇池草海为重度富营养状态，太湖和巢湖为轻度富营养状态。
　　总体上主要水源的水质近几年还在恶化，水质状况不容乐观，水质型水资源短缺仍然严重。随着工业化与城市化的进一步加快，工业用水和生活用水还要增加，中国本来已经十分紧缺的水资源将会面临更大的压力。

3 节水与污水处理

3.1节水现状与目标
　　我国政府一直非常重视城市节约用水工作。在70年代明确提出“坚持开源与节流并重，近期以节流为主的方针”。由于国家在宏观政策上加强法制建设，强化管理，通过调整水价、征收污水处理费、宣传教育提高群众节水意识等措施，企业和事业单位增加了节水技术改造资金的投入，提高了水资源的利用率。工业用水重复利用率从1983年不到20%，提高到1997年的63.24%，15年来全国已累计节约用水量250亿m³，相当于减少了污水量和处理量，减少了污水处理的工程投资。
　　国家经贸委发布的《工业节水“十五”规划》，提出了“十五”期间工业节水要坚持开源与节流并重、把节约放在突出位置的方针，以提高水的利用效率为核心，以水资源紧缺地区和高用水行业为重点，以建立节水型工业为目标，以企业为主体，加大结构调整和技术改造力度，积极改革水价，强化工业用水节水管理，促进工业增长与水资源的协调发展。同时提出到2005年，工业取水量年增长率要控制在1.2%以内，其中内陆河流域不超过1%；工业用水重复利用率提高到60%；新增海水及苦咸水利用率达到50亿立方米；再生水替代率达到2%，其中黄淮海和内陆河流域争取达到5%；“十五”期间累计节水约580亿立方米。
　　国家经贸委、建设部、水利部以及各缺水城市均先后颁布了节水的相关管理办法和措施。其中部标《CJ164-2002节水型生活用水器具》对节水卫生器具进行了明确规范。此外，国家几个部委还通过联合评比节水城市的办法促进城市节水。该评比明确把城市污水回用率不小于20％作为评比节水城市的条件之一。
3.2 城市污水处理状况
　　1990年，全国有43个城市建有80座城市污水处理厂，污水处理能力277.3万ｍ³/ｄ，处理率3.44％；1998年的城市污水处理厂日处理能力是1990年的3.21倍，达到1166.7万ｍ³/ｄ，市政公用污水处理率达到16.52%；2002全年城市污水处理量135亿立方米（约3700万m³/d），城市污水处理率39.9％，比2001年提高3.5个百分点，比1990年增加了约35个百分点。
　　国家计委、建设部、国家环保总局关于推进城市污水、垃圾处理产业化发展的意见中提出“十五”期间要新增城市污水日处理能力2600万立方米，2005年城市污水集中处理率达到45%，50万人口以上的城市达到60%以上。国家对城市污水处理的重视必将推动城市污水的处理量和处理率有更快的发展，对改善水资源的水质现状将会起到积极的作用。

4 水资源的合理有效利用

　　中国年总缺水量约为三百六十亿立方米，因缺水造成工农业损失每年高达数千亿元人民币。因此，必须切实解决好水资源短缺、水资源污染和不合理利用等问题。
　　科技部“十五”期间，以如何合理有效的利用有限的水资源为出发点，将重点开展水资源的合理配置、调控模式以及重大引水工程的战略和关键技术研究，开发安全饮用水的保障供给技术、节水技术、空中水资源人工调控技术、污水资源化利用技术、雨洪利用技术、受污染水体修复技术、海水直接利用与淡化技术等，以确保水资源的安全和可持续利用。
　　水资源主要指天然的自然资源，包括河、湖、水库等自然条件下的资源，水资源的补给来源主要为大气降水，赋存形式为地表水、地下水和土壤水，可通过水循环逐年得到更新。水资源有限的、可以枯竭的、不可替代的。
　　根据我国的水资源及水质现状，要解决水资源短缺的问题，除政策方面的措施外，在技术上主要还应从节约用水、强化污水处理、加大水的再生利用以及合理开发水资源等方面进行，必须树立以水资源的可持续利用支持城市社会经济可持续发展的观点，以提高水的合理有效利用率。
　　2000年建设部、国家环保局、科技部发布的《城市污水处理及污染防治技术政策》中明确提倡各类规模的污水处理设施按照经济合理和卫生安全的原则，实行污水再生利用。发展再生水在农业灌溉、绿地浇灌、城市杂用、生态恢复和工业冷却等方面的利用。
　　《城市污水处理工程项目建设标准》中也明确提出城市污水处理工程的建设，应优先考虑污水的资源化，并与城市水资源的开发利用相结合。
　　根据水资源能够重复使用的特点，按照优水先用的原则，区别水质要求的不同，提高水的重复使用率。目前的水利用，大部分是直接取用天然水净化后直接使用，处理后直接排放，因此水的利用率低，为提高水的有效利用，必须加大水的重复使用和循环使用量。
　　以节流优先、治污为本、多渠道开源的城市水资源可持续利用战略是保护水资源和促进水资源合理有效利用的重要措施。
　　把污水再生利用作用污水的处置措施，还可以有效减少外排污水量，从而达到保护水资源的目的。

5 污水回用与分类

　　污水再生利用或回用主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水。
　　污水也是一种有效的水资源，只是在使用后，其质量下降，为保证再次使用中的安全，一般应经过一定的处理，达到使用所需要的水质要求。污水回用的类别，根据《城市污水再生利用 分类》（GB/T18919-2002）标准的规定，城市污水再生利用的类别分为： ① 农、林、牧、渔业用水； ② 城市杂用水； ③ 工业用水； ④ 环境用水； ⑤ 补充水源水。必须根据污水再生利用的类别和目标，对水质项目和指标进行规范和规定，确保用水的安全。
　　城市杂用水分为：冲厕、道路清扫、消防、城市绿化、车辆冲洗、建筑施工。

6 城市杂用水水质项目与水质指标

　　进行污水回用工作首先必须有配套的一系列标准和规范，在此条件下，才能规范污水回用工作的健康发展，目前由建设部标准定额司主持的系列污水回用的标准、规范大部分已经颁布实施，因此污水处理将从单纯的以治理为目标逐渐向治理与回用相结合的方向发展，污水处理工艺也将会随之发生一些变化。城市杂用水水质标准是一系列回用水水质标准的一个。水质标准包括水质项目和水质指标二部分。因此根据用水类别，提出不同等级的水质标准是十分必要的。对规范各类用水的水质标准，有十分重要的意义。标准修订应从实际出发，在保证人体健康、安全和适用的前提下，实现技术经济可行的目标。
6.1 水质项目及适用范围
　　《城市杂用水水质标准》主要是在原《生活杂用水水质标准》（CJ/T48-1999）的基础上，结合国内外的相关标准和实践经验，修订完成的。
　　原《生活杂用水水质标准》将杂用水类别分为二类：一类是厕所便器冲洗、城市绿化，另一类为洗车、扫除；水质项目为16项。根据实际使用状况和国内外有关标准的内容，对水质项目进行了修改和调整，删除了原标准中的总硬度、氯化物、化学需氧量、悬浮性总固体等4项，增加了溶解氧1项，因此，修订后的水质项目为13项。此外，在本次的修订中根据实际的需要，将该水质标准的适用范围进行了拓展，增加了消防、建筑施工用水的内容。因此，标准名称改为城市杂用水水质标准，服务类型增加到6种，五种类型的水质指标，包括：冲厕、道路清扫和消防、城市绿化、车辆冲洗、建筑施工。
6.2 水质指标
　　城市杂用水水质指标按照感官性指标、有机物指标、物理化学指标、卫生学指标分别设置。
　　（1）感官性指标
　　主要包括：色度、嗅、浊度。
　　●色度（稀释倍数）。颜色是感官性指标，并不直接反映危害程度。清洁水或轻度污染水是无色或或略带微黄色；带色有机物（主要是腐殖质）、金属或高色度工业废水的污染可使水呈颜色。若水呈色且深，则表示水中含有较多污染物或生物，这种水往往使人在感官上不愉快。据资料记载，当水的色度大于15时，多数人可察觉；大于30时，即会令人产生厌恶情绪。
　　原标准值的色度为≤30，本次修订维持该指标值，5种类别的用水均采用≤30。
　　《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中规定的最高限值（一级）为30，因此，对城市污水处理厂的出水均可满足要求。
　　●嗅。表示人能够闻到的气味。原标准中采用的是臭，因为该字本身表示的就是气味难闻，应该已经有不快的感觉，为更准确表达意思，修订中改为嗅。标准对该指标统一确定为无不快感。
　　●浊度。浊度表示水浑浊的程度，原标准除浊度外，还有悬浮物，考虑到这二项水质项目具有一定的相关性，都使用没有必要，因此选其一。排水的水质控制一般采用悬浮物，给水中采用浊度，本标准的水质介于二者之间，更接近于给水项目。因此，采用浊度，取消悬浮物指标。浊度是衡量水质污染程度的重要指标。经净化处理的水，浑浊度的降低有利于杀灭细菌和病毒，因此，低浊度水对限制水中有害物质、细菌和病毒有着积极的卫生学意义。
　　对冲厕、车辆冲洗涉及到对被冲洗设施的影响，因此浊度要求高，确定为≤5NTU；道路清扫、消防、城市绿化，对浊度的要求相应低一些，城市绿化由于过高的浊度会影响土壤及花草树木的生长，因此其指标与道路清扫相同，均采用≤10NTU；建筑施工用水对浊度的要求较低，但是当用水供混凝土拌和用时，还应满足行业标准的要求，标准值确定为≤20NTU。
　　根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》的规定，在满足其他水质要求的基础上，对满足一级排放标准的城市污水处理厂，其出水一般可以满足建筑施工用水的要求；对满足一级A标准城市污水处理厂的出水有可能应用于城市绿化、消防及道路清扫。
　　（2）有机物指标
　　主要由BOD₅表示。原标准表示有机物的项目有BOD₅和COD_cr，因为二者对以生活污水为主的城市污水具有一定的相关性，而且采用BOD₅能够较清楚的表达有机物的污染情况，因此，取消原标准中的COD_cr指标。
　　根据使用目标的不同将该指标分为三个层次，城市绿化要求最低，采用≤20mg/L；建筑施工、道路清扫、消防次之，采用≤15 mg/L；冲厕和车辆冲洗要求最高，采用≤10mg/L。
　　按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》的规定，BOD₅的排放标准分为一级10～20mg/L，二级30mg/L，三级60mg/L。因此，只要污水处理厂的出水达到一级的A标准，则均可满足城市杂用水有机物的指标要求；达到B标准则只能满足城市绿化用水的有机物要求；无论达到二级还是三级出水排放标准均需根据不同的杂用水目标，对出水进行进一步的深度处理。
　　（3）物理化学指标
　　包括pH、溶解性总固体、氨氮、阴离子表面活性剂、铁、锰、溶解氧。
　　●pH。该指标反映水的酸碱度，过酸或过碱均具有一定的危害，如对植物生长的影响、对混凝土的腐蚀作用、对水中重金属及无机物毒性的影响等，当污水处理厂采用好氧生物处理工艺时其最适宜的pH值为6.5～7.5，在该范围内，大部分微生物的生存都比较适宜。原标准为6.5～9.0，《城镇污水处理厂污染物排放标准》规定的污水厂出水为6～9。结合国外标准的情况，本次标准对原标准规定的范围进行了调整，pH改为6～9。
　　●溶解性总固体。水中溶解性总固体主要成分为钙、镁、钠的重碳酸盐、氯化物和硫酸盐。溶解性总固体浓度高时会可使水产生不良的味道，并能损坏输水管道和设备。根据杂用水分类的不同采用二种标准值，即冲厕、道路清扫、消防为一类；车辆冲洗、城市绿化为二类；建筑施工因其特殊性不做规定。原标准的洗车和扫除为≤1000mg/L，冲厕和城市绿化为≤1200mg/L。根据本次对园林部门的调查，为保证树木的正常生长，将标准严至≤1000mg/L，而将道路清扫宽至≤1500mg/L。因此本标准根据实际调整溶解性总固体的标准值分别为：冲厕、道路清扫、消防≤1500mg/L，车辆冲洗和城市绿化为≤1000mg/L，建筑施工不作要求。
　　●氨氮。氨氮是指氨或铵离子形式存在的化合氨。水中氨的出现常被看作水体被有机物，特别是人和动物的排泄物所污染的标志，也是水体中主要耗氧物质。氨和铵离子在水溶液中根据酸碱度存在平衡关系，在碱性大时氨易挥发，氨具有毒性，同时当氨氮浓度较高时，也会增加氯耗量。因此，氨氮项目维持，对城市绿化和建筑施工宽至≤20mg/L，冲厕、道路清扫、消防和车辆冲洗冲厕等考虑到常用碱清洗洁具，为减少氨的挥发影响人体健康，降低其最高限值为≤10mg/L。
　　●阴离子表面活性剂。水中的阴离子合成洗涤剂主要来自生活污水和工业废水的污染。目前，合成的表面活性剂达几百种，其中，阴离子表面活性剂应用最广，其化学性质稳定，在污水处理时最难降解和消除，主要危害是发泡物质对环境的影响。其发泡浓度受阴离子洗涤剂的种类而异。当水中浓度超过0.5mg/L时，能使水起泡沫和具有异味，5.0mg/L以下气泡不明显。除道路清扫参照冲厕用水放宽，其它均保留原有指标值，即车辆冲洗为≤0.5mg/L，其余均为≤1.0mg/L。按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》的规定，达到一级A标准的出厂水均可满足所有类型的城市杂用水要求，达到一级B标准的污水厂出水可满足除车辆冲洗之外的其余杂用水水质。
　　●铁、锰。含铁量高的水在管道内易生长铁细菌，增加水的浑浊度，使水产生特殊的色、嗅、味；含铁量达0.3mg/L时，色度约为20度；在0.5mg/L时，色度可大于30度。水中锰来自自然环境或工业废水污染，锰在水中较难氧化，水中含锰量达0.1mg/L时，会使水变浑浊。锰和铁对感官性状的影响类似，二者经常共存于天然水中。锰的氧化物能在水管壁内上逐渐沉积，并在水压波动时出现“黑水”现象。当锰浓度超过0.15mg/L时，会影响卫生洁具等设备的美观性。因此，根据杂用水类别特点，只对车辆冲洗、冲厕水进行限定，其余的杂用水不做具体规定。锰含量维持原标准的规定，即小于或等于0.1mg/L；铁由原标准的≤0.4mg/L降至≤0.3mg/L。
　　●溶解氧。没有受到污染的水中，溶解氧呈饱和状态。水被有机物污染后，由于好氧菌作用使其氧化，杂用水在输送过程中就会消耗掉溶解氧，最终导致水体变质。为保证杂用水在输送过程中的安全，杂用水中必须维持一定的溶解氧，所以，本次修订中增加了溶解氧。当控制溶解氧≥1.0 mg/L可基本满足要求。
　　（4）卫生学指标
　　卫生学指标设置的主要目的是保证杂用水使用过程中的安全，包括余氯、总大肠菌群。按照现行国家给水规范和标准的规定氯与水接触时间30min后，游离余氯≥0.3mg/L，总大肠菌群(个/L)≤3。原标准规定的游离余氯对管网末梢≥0.2mg/L，总大肠菌群(个/L)≤3。本次修订维持对总大肠菌群的规定；对游离余氯的规定进行了调整，为检测方便，将游离余氯改为总余氯，并增加接触30 min后的总余氯≥1.0mg/L的规定，以保证用水安全。

7 加快城市杂用水的应用与预期

　　根据我国的水资源现状和经济快速发展的需要，水资源已经制约了经济的发展，尤其是缺水地区，因此，采取切实有效的措施解决水资源危机，多渠道的开发新的水资源已经是非常紧迫的工作。城市杂用水在城市综合生活用水中占重要的地位，市政用水以及居民冲厕用水约占50%。因此，加大城市污水再生利用于城市杂用水的比重对缓解水资源紧张状况有重要意义。
　　我国早在上世纪50年代初就开始了利用污水灌溉的试验，80年代有了零星的城市杂用水利用的案例。建设部和多个城市分别制定了中水设施的相关规定。近年国内还相继建成一批污水回用示范工程。然而，城市杂用水的应用还远远不足。尤其是在应用的结构上，仍然偏重于建筑中水，影响了推广应用。国家城市污水治理力度的加大，是加大城市杂用水应用的重要契机。
　　加快城市杂用水的应用除应有配套的水质标准和规范外，必须重视对城市供排水系统的总体规划，统一安排，分步实施；必须全面考虑污水处理集中和分散的关系以及污水处理厂厂址的选择问题，污水的再生利用应作为污水处置的方式一并考虑，进行包括污水再生利用系统在内的整体的技术经济比较，保证整个系统的经济合理；对污水处理厂的处理工艺，应从处理和再生利用目标以及不同目标的规模等因素进行分析，统筹考虑，相互协调，一座污水厂的处理深度，可以结合处理或处置目标，采用不同的处理深度，避免工程投资的浪费。除此之外，政府应制定相应的政策，鼓励使用符合水质标准的城市杂用水，使杂用水用户在经济上得到实惠，同时也能促进城市污水处理厂的正常运行，以推动城市杂用水的应用，缓解水资源的紧张状况，增加可利用的水资源总量，节约水质优良的水资源，保护水环境质量，促进经济和社会的可持续发展以及水资源的可持续利用。