再生水的使用政策

刘应宗，李明
（天津大学 管理学院，天津 300072）

　　摘　要：本文依据水的再生使用的规律性、我国污水再生利用的重要性、再生水使用的经济性和价格的合理性认为，我国现阶段再生水使用政策应是：再生水的使用方式，直接使用与间接使用相结合，因地制宜；直接使用中，就地使用与集中使用相结合，因时制宜。再生水的使用范围，城市使用与农村使用相结合，以城市为先；城市使用中，工业使用与其他使用相结合，以工业为先；从持续发展的观点看，再生水应主要用于地下水回灌。

　　再生水水量大、水质稳定、受季节和气候影响小，就所可取，是一种十分宝贵的水资源。再生水使用方式很多，按与用户的关系可分为直接使用与间接使用，直接使用又可以分为就地使用与集中使用。再生水的用途也很多，可以用于农田灌溉、园林绿化（公园、校园、高速公路绿带、高尔夫球场、公墓、绿带和住宅区等）、工业（冷却水、锅炉水工艺用水）、大型建筑冲洗以及游乐与环境（改善湖泊、池塘、沼泽地，增大河水流量和鱼类养殖等），还有消防、空调和水冲厕等市政杂用。
　　目前，多数国家的再生水主要用于农田灌溉，以间接使用为主；日本等少数国家的再生水则主要用于城市非饮用水，以就地使用为主；新趋势是用于城市环境“水景观”的环境用水。依据水的再生使用的规律性、我国污水再生利用的重要性、再生水使用的经济性和价格的合理性，我们认为，我国现阶段再生水使用政策应是：再生水的使用方式，直接使用与间接使用相结合，因地制宜；直接使用中，就地使用与集中使用相结合，因时制宜。再生水的使用范围，城市使用与农村使用相结合，以城市为先；城市使用中，工业使用与其他使用相结合，以工业使用为先；从持续发展的观点看，再生水应主要用于地下水回灌。

一、再生水使用政策的依据

（一）水再生使用的规律性
　　在自然界，水象能量一样，既不能创造也不能消失，只能从一种形式转化成另一种形式。自然界的水97%都是盐水，剩余的3%水中，三分之二是以雪和冰的形式存在于极地和阿尔卑斯山地区，仅有大约1%的水是以液态淡水的形式存在。这其中98%以上的淡水是地下水，少于2%的淡水是可以利用的河水和湖水。
　　水是一种有限的不可替代的资源，又是可再生的、能重复使用的资源。人类所用淡水均来自大气降水，但时空分布极不均匀，降水主要集中在春夏之交与夏秋之交。大气水的自然循环，是大气中的水降落到地面上，大部分被植物吸收，小部分渗透到地下水层或以径流的形式进入江河湖海，最后通过蒸发再返回到大气中，循环往复，以至无穷。大气水的自然循环过程的各个环节是相互依存、相互制约的，无论那个环节出了问题，都会造成历史性的、甚至是灾难性的后果。
　　水是人类生产和生活不可缺少的自然资源，是生物赖以生存的环境资源，也是战略性经济资源。长期以来，人们按“开采—使用—排放”的方式使用水资源。当经济和社会不发达时，排入水体的总污染量较小，能被水体所稀释自净，使人们产生了水有用之不尽的错觉。但随着人口的不断增加，工农业的迅速发展，人民生活水平的逐步提高，对水的需要量与日俱增，相应的城市污水的排放量也相应增加，加上水资源的分布不均和周期性干旱，使水资源紧缺和水环境污染成为全世界的主要危机。
　　为了缓解水资源紧缺，人们首先是无节制地开发地表水，抽取河水作为城镇和农业用水，流量不够就筑水坝建水库，结果是上游用水得到保证，但下游用水因此更加困难，而且因江河流量减少引起海水水面的下降。在地表水无法利用的情况下，就是无控制地抽吸地下水，水井深度与日俱增，造成地下水位普遍下降，城市地面塌陷，沿海城市海水入侵。其次是生活污水和工业废水通过河流和干涸的河道流入大海，污染了地表水、地下水和海洋，导致其水质下降。
　　目前，我国1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域严重污染，50%的城市地下水遭受污染。在我国北部，降雨量只有38%入海，地下水位在某些地区已下降15米，多数重大河流的主要河段水质低于V类。缺水城市中，60%～70%属于水质型缺水。根据中国工程院组织的《中国可持续发展水战略研究》得出的结论，即使我国未来五十年的城市污水处理率达到95%的水平，城市污水排放的COD总量也只能控制在当前水平，水质型缺水将在相当长的时期无法有效解决。
　　（二）我国污水再生利用的重要性
　　人类用水其实一直是循环用水，即上游用水以后排放到下游再用。流动的水体有自净能力，即一种使污染物变成有用、无害的物质的自然能力。这种自然过程是通过混合、活性生物作用、部分悬浮物的沉淀和清水稀释等发生在水量充足的河流中。城市污水再生利用实质上是人类通过技术措施将上述自然循环过程大大紧缩，以自然过程的几倍速度重复进行，延长水资源在社会循环中的停留时间。节约用水，改进技术，提高水价和远地引水都能在一定程度上缓解水资源短缺的情况，但目前世界各国都将污水再生利用作为解决水问题的首选方案，因为城市污水中只含0.1%的污染物（而海水含盐3.5%），就地可得，水量稳定，易收集，基建投资比远距离引水经济得多。
　　城市用水的80%转化为污水，经收集净化后，70%可再用。这意味着通过污水再生利用，在现有水资源一定情况下，城市用水量可增加50%以上。以色列在比较了海水淡化和城市污水现行利用的边际成本后，认为把城市污水作为非传统水资源加以利用是唯一的出路，因此早在上世纪60年代便把城市污水再生利用列为一项国家政策。
　　根据国家城市污水处理发展规划，到2010年，所有设市城市的污水处理率应不低于60%。一方面，大量的城市污水处理厂的出水可作为再生水的水源；另一方面，一大批新建城市污水处理厂的功能目标将由单一的达标排放转变为包含再生利用、生态需求在内的综合目标，从而为城市污水再生利用奠定了工程和水源基础。
　　我国现在每年用水约5500亿吨，预计今后50年内会继续增加，最终达到8000亿吨，占我国可利用水资源量的28%以上。其中，47%用于工业，53%为人类本身使用。依据国际经验，当一个国家用水超过其水资源可用量的20%时，就易发生水危机。由于水对社会和区域经济发展影响的直接性，水危机及其所衍生的水质和生态问题，不仅将束缚和制约我国经济发展第三步战略目标的实现，而且将可能引发潜在的政治、社会和经济危机，进而影响我国家安全格局。
　　（三）再生水使用的经济性
　　再生水是以城市污水为原水，通过人为处理而恢复其使用价值，成为可使用的水资源。再生水的水量和水质取决于污水的再生能力（即污水的社会再生能力），也就是取决于社会经济实力和科学技术发展水平，是社会经济投入的函数。因可再生的污水量是有限的，污水再生利用的社会能力也是有限的。
　　若保证下游用水量，污水再生利用并不是一种真正的开源措施，而是一种水资源优化配置手段，其主要意义在于保护水环境质量和提高水资源管理的经济性。其经济实质是用提供一定数量再生水的处理和管路系统费用来代替提供相应数量的自来水所需的处理费用、管网费用和取水费及相应的污水处理费用和排污费，同时创造河流内使用收益，即再生水是在不增加总可用水资源的情况下，通过降低水资源管理的成本和优化水资源的配置来提高城市水资源的承载力。因此，一个城市是否上污水再生利用项目，必须对自来水供给、再生水供给、污水处理和水环境保护的投资和运行费用进行全面的经济分析，只有当再生水使用真正经济时才实施。
　　（四）再生水价格的合理性
　　水价与水质密切相关。失去使用价值并污染水环境的污水，不仅没有价格，而且排放者还必须付出一定的费用才能获得排放权。再生水价格，目前大都按自来水价的百分比收取，很少按服务费分析即再生水的投资和运营成本来确定。这是由于用户一般认为再生水的水质劣于自来水，再生水价低于自来水价才具有可操作性。但由于污水再生利用项目一般是新建项目，需额外增加管路系统和专门的处理设施，在很多情况下其单位成本可能比自来水还高，低收费不能保证污水再生利用持续进行。这是目前大多数污水再生利用项目所遇到的难题。
　　在市场经济条件下，水价在水资源配置中起主导作用。按水的社会循环环节的不同，水价分为资源水价、自来水价、污水处理服务水价和再生水价。资源水价是体现水资源价值的价格，包括对水资源耗费、水生态影响和对水资源保护及其技术进步投入的补偿。资源水价通过征收水资源费（税）体现，是法定价格，不随市场供求关系而变化。自来水价是通过社会劳动把资源水加工成自来水，进入市场成为商品而创造的价值的货币反映。污水处理服务水价是水污染治理和水环境保护所需要的代价。再生水供应是以污水无害化处理为前提的，再生水的成本费用应扣除污水无害化处理的成本费用。
　　再生水使用的直接效益是避免饮用水供给投资，故应把这部分效益计入自来水价，用来补贴再生水。具体方法是同时确定自来水价和再生水价，并使自来水价整体上高于再生水价，自来水价增加的部分用来补贴再生水。这不仅可以同时鼓励节约自来水和再生水，而且由于自来水价整体上高于再生水价，使用再生水越多，受益也越多。

二、再生水的使用方式政策

（一）直接使用与间接使用相结合，因地制宜
　　再生水使用，按与用户关系的不同，可分为直接使用和间接使用。直接使用是由再生水厂通过管道或其他输水设施把水直接供给用户使用；间接使用则由污水处理厂把水排放到自然水体，用户从自然水体中取用。直接使用的关键是必须对污水处理厂的污水源进行严格的控制，保证均匀稳定的出水。再生水的间接使用，是从水域的整体考虑，从水体上游取水净化供城市使用，产生的污水经污水处理厂净化后排入水体的下游，再经过一定河段的自然净化，可为下游城市或地区再用。间接使用的显著特点是使再生水丧失了它被直接感觉的身份，为公众易于接受。如果再生水在水库中贮存和在河流中输送的过程中，水质由于微生物的死亡，挥发性有机物的生化和光合作用而获得改善时，则将是一种最经济有效的方式。
　　再生水直接使用与间接使用的选择，取决于技术因素和非技术因素。技术因素包括水质标准，处理技术必需的可靠性，污水再生设施的建设投资和运转费用等。非技术因素则包括市场需求，公众接受程度和法律约束等。城市缺水按原因不同，可分为资源性缺水、经济性缺水和水质性缺水。水质性缺水，是指因水资源受到各种污染，水质恶化不能使用而缺水。上海、广州、重庆是典型的水质性缺水城市。在水质性和经济性缺水地区，没有必要开展再生水的直接使用，最现实可行的是将二级处理出水放回自然水体，进行良性循环，可以花较少的投资而达到最大的再用程度。而在资源性缺水城市，如条件许可，经济上可行，可以搞一些再生水直接使用于工业或杂用系统，但没有必要用于水质更高的方面。
　　再生水的间接使用，可分为无意图使用和有意图使用。在全世界普遍存在的是无意图使用，即上游经净化的再生水排入自然水体或渗入地下含水层，然后又成为下游和该地区的应用水源，有不少还是饮用水源。有意图使用就是有计划地将再生水和新鲜水混合后再使用，这取决于对时间与空间的安全保证。再生水从排入水体到被使用的时间滞后与混合后的物理分离，使再生水从自然生态系统中获得进一步的净化，包括微生物由于自然死尽和被吞噬而减少，以及挥发性有机物在水的表面丧失，有机物因光和作用而转化，但水质也会因藻类的生长、雨水的排入而变坏。
（二）直接使用中，就地使用与集中使用相结合，因时制宜
　　再生水的直接使用，可分为就地使用和集中使用。再生水的就地使用，一是指城市中居住小区、办公大楼、高层建筑、宾馆、影剧院、机场、码头等的生活污水自成系统，就地再生利用。二是指工矿企业废水中可以纳入城市污水管道集中处理或经工厂预处理后纳入城市污水集中处理而未纳入，各自分散处理，就地使用。就地使用的起因是“三同时”，否则工程不能上马，上马了也不能投产使用。
　　再生水就地使用，在国外作为中水推广，主要用于冲洗厕所。中水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杂用水，其水质介于上水与下水之间，是污水再生利用的一种形式。早在1982年青岛就将中水作为市政及其他杂用水，以缓解其面临的淡水危机。北京市1984年开始进行中水工程示范，1987年在总结中水设施建设管理经验的基础上，制定并颁布实施了《北京市中水设施建设管理试行办法》，规定建筑面积在2万平方米以上的宾馆、饭店和建筑面积超过3万平方米的机关、科研单位、大专院校和大型体育设施等，必须配套建设中水设施。目前，全市已有200多座中水回用工程，满足冲洗厕所、浇灌绿地，冲洗操场、汽车等杂用要求。
　　随着科学技术的发展，尤其是膜技术的发展，污水处理设施的装置化、小型化，使污水就地处理与再用得以实现。新建住宅小区、大型宾馆及娱乐场所实现零排放，自处理生活污水并用于小区需要。部分工矿企业也从内部提高生产工艺入手，做到少用水，用“低质”水，自处理自用，达到零污染排放。住宅小区再生水就地使用，一般适用于灰水（洗涤水和洗衣水），不包括厨房厕所的污水，否则水量不易平衡，处理工艺也比较复杂，处理费用增高。
　　再生水集中使用，是指城市污水处理厂集中处理后的二级处理出水，经过适度处理后供给工业生产和城市生活作低质用水。我国最早进行的再生水集中使用示范工程，是大连春柳污水处理厂将二级处理污水进行深度处理后供给煤气厂代替新鲜水。此后，北京、天津等大城市也进行了工程示范。通常的二级污水处理技术对污染物的去除效果有限，再经深度处理则能够有效的去除水中的污染物，使其达到不同再用水的水质标准。例如，生活污水经二级处理后的COD、BOD、SS等仅能达到DB 3838-88《污水综合排放标准》，尚不能作为生活杂用水或工农业用水，若考虑再用还必须对二级出水进一步处理。
　　再生水集中使用与就地使用相比，存在着明显的优越性。首先是把各单位分散处理的污水集中起来流入城市污水管道，把分散资金集中起来建造城市污水处理厂，这对分散处理单位有利，对城市、对国家也有利。其次是集中使用水量大，特别适用于水量需要大的工业用水，如发电厂、冶金系统、纺织系统等的冷却用水，可明显减少（轻）城市供水量。再次是城市污水处理厂设施齐全，有一套较严格的管理操作和岗位责任制，现代化城市处理厂还设有自动水质测试系统和电视监控，并根据水质变化自动改变投药量和杀菌药剂，随时掌握情况，有问题及时采取措施给予解决，保证正常运行和处理水质。这一切，就地使用都是无法做到的，而这些又是非常重要的。
　　建筑中水系统涉及室内甚至整个城市上下水系统的改造，投资较大，而且还因技术水平和社会心理等问题，用户不大喜欢，因而只能在有条件的地方适当发展。一般来说，远离城市的边远、孤立区域，如别墅、军营、度假村、疗养院等给水困难、排水不便的地方，最适宜考虑使用中水。城市中未纳入再生水使用总体规划的新建住宅小区，可以考虑使用中水。城市中未纳入再生水使用总体规划且比较集中的宾馆、饭店等，可以考虑联合发展中水，共同投资，共同受益。对离城市污水处理厂很近的区域、已纳入或即将纳入城市再生水使用总体规划的区域，以及不缺水的地方，不宜发展中水。

三、再生水的使用范围政策

（一）城市用水与农村用水相结合，城市优先
　　当前污水处理技术已发展到能将水质处理到满足任何需要的程度，但从经济合理性和社会的可接受性来看，再生水应优先用于水质要求低的方面和输水距离近的地方，以减少污水净化和输送费用。根据国外经验，再生水应优先用于农业，再用于工业和市政杂用。目前，美国城市污水62%的再生水用于农田灌溉，30%用于工业，其余用于城市杂用和地下水回灌。
　　农业灌溉季节性强，但农田面积大，用水量多，水质要求不高。生活污水用于农业，一般只需一级处理，二级处理则缺乏肥效。在干旱和半干旱地区，这有利于给农作物提供养分，同时又去除了污染物，并避免了对地表水体的污染。因为土壤有去除病菌的作用，类似污水处理厂的二级处理。在渗透性很强的土壤中，即从农业的角度看通常被认为贫瘠的土壤中，效果极佳。以色列的用水量已超过可再生的传统水资源，是最早使用污水进行农作物灌溉的国家之一，也是世界上使用污水进行灌溉比例最高的国家（大约是污水总量的三分之二）。生活污水经过处理后渗透到含水层，既可以达到进一步处理又可以起到储存的目的。水在穿过含水层土壤时进行了过滤，进一步接触土壤上层中的氧进行延时生物处理，通过吸附、离子交换和沉淀等过程进行物理化学处理。位于地下十几米深的含水层，贮存冬季不用、夏季才用的渗入水量，没有蒸发损失。
　　相对于农灌，城市工业和市政杂用需水量较为稳定，产生的经济效益较高，也是重点使用对象。在水资源缺口较大地区，农村比城镇的缺口更大，一般应先满足城镇用水的需要，其余再用于农业或重复用于农业。原因是：从水的重复利用来看，再生水用于工业和城市以后，可以再用于农业，而再用于农业后，水就流失了。从再生水的价格来看，工业用户的承受能力要比农业用户高，能支付较多的费用用于再生水的生产。从再生水的使用效益来看，再生水用于工业比用于农业能取得更好的经济效益。
　　世界性用水危机首先在城市出现，而城市水源紧张主要是工业用水造成的。我国城市供水大约70%来源于地表水，30%来源于地下，而北方城市供水则主要来源于地下水。由于过度开采，北方城市的地下水位以每年0.3～3米的沉降速率向下沉降，已从原来的10米下降到了30米。
（二）城市用水中，工业用水与其他用水相结合，工业优先
　　工业是城市的用水大户，用水量达到城市总用水80%左右，其中水质要求不高的冷却水，以及熄焦、熄炉渣用水，灰渣水力输送用水、洗涤等部分工艺低质用水占了工业用水的80%。这类工业用水以再生水代替自来水，技术上和工程上都易于实现。再生水用于工业，一是可利用工厂现有的供水管网，降低使用费用；二是价格是自来水价的25～75%。长期以来，人们习惯于使用经过高度净化处理的优质自来水，有不少工厂约占70%的水质要求不高的冷却水和洗涤水也都用自来水，造成很大的浪费。
　　再生水用于工业，主要是用于工业冷却用水和工艺低质用水。工业冷却用水，对水质的要求，如碱性、硬度、氯化物以及锰含量等，城市污水的二级处理出水均能满足。考虑重复使用的要求，补充用水量占总取水量的30%以上，是再生水用于工业的首选对象。工艺用水，包括洗涤，冲灰，除尘，产品用水等，用水量大约占工业总用水量的37%～50%，其中冲灰，除尘等要求水质较低，完全可以用再生水代替。
　　城市其他用水，主要是饮用水、市政用水和生活杂用水。随着城市用水的日趋紧张，国外一些国家开始将城市污水处理厂的出水作为城市饮水源或备用水源。但是大多数地区对此仍持保守态度，如美国环保局认为，除非别无水源可用，尽可能不以再生水为饮用水源。市政用水是指浇洒、景观、消防、补充河湖用水；生活杂用水是指冲洗汽车、建筑施工以及冲厕用水。这两类用水的水质要求不高，容易满足，但用水量小。
（三）从持续发展的观点看，再生水应主要用于地下水回灌
　　再生水回灌地下水，水质要求较高，我国目前一般不宜推广。从持续发展的观点看，虽然工业和农业是再生水的主要用户，但地下水回灌是扩大再生水使用最有益的一种途径。再生水用于地下水回灌，以土壤基质作为生物反应器，使再生水借助物理—化学和生物作用将其中的有机物和病原体进一步去除，使其水质 与天然地下水没有差别，由于不受水文条件制约，将会带来污水再生利用的长远利益。地下水回灌可以水力阻拦海水入渗，扩大地下水资源的存储量，控制或防止地面沉降及预防地震，调节水温，保持取水构筑物出水能力，使河流的生态得到不同程度的恢复，使溶解氧增加，美观上也有所改善。再生水用于地下水回灌，实质上是水的长循环，比再生水仅在管对管的循环要好得多。
　　美国洛杉矶市的经济—效益分析表明，在该市中期再生水使用计划中，地下水回灌是最可取的使用方面。德国柏林将生物净化的污水投加氯化铁与助凝剂絮凝沉淀后，上清液投加臭氧将有机物质氧化，同时杀灭细菌，再经过无烟煤过滤，最后进行地下水回灌，以后作为饮用水重新抽取出来，该示范工程早在上世纪70年代建成投入运行。美国加州的再生水厂，再生水中的约14%被回灌到地下水，而且将成为再生水使用的主要方面。

参考文献

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