（環(huán)境科學(xué)專業(yè)論文）肇慶市城區(qū)（端州區(qū)）污水回用及其費用效益分析.pdf

中山大學(xué)碩： 學(xué)位論文 w a s t e w a t e rr e u s ea n di t sc o s t b e n e f i ta n a l y s i si nt h e u r b a nz o n eo fz h a o q i n g ( d u a n z h o u ) m a j o r ： n a m e ： e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e g a oh o n g m e i s u p e r v i s o r ：l iy a o c h u ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) a b s t r a c t u r b a ns e w a g e ，w i t hi t sl a r g eq u a n t i t ya n ds t e a d yq u a l i t y ，i sb e c o m i n go n eo ft h e m o s ti m p o r t a n tc o u n t e r m e a s u r e st os o l v ew a t e rs h o r t a g e a n dw a t e rp o l l u t i o n - w a s t e w a t e rr e u s ei so fs t r a t e g i ci m p o r t a n c et oa c c o m p l i s hs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h es t a t u so fw a t e rr e s o u r c ea n dw a t e rp o l l u t i o ni nc h i n aa n df o r e i g nc o u n t r i e sw e f e d e s c r i b e d ，a n dt h em e a n i n g ，s i t u a t i o na n dt h et e n d e n c yo fw a s t e w a t e rr e u s ew e r es u m m a r i z e d w a s t e w a t e rr e u s ei nt h eu r b a nz o n eo fz h a o q i n gw a su s e da s ar e s e a r c ho b j e c ti nt h i sp a p e r w i t h t h eb a s i ci n f o r m a t i o nc o l l e c t e di nz h a o q i n g ，i t sn a t u r a lc o n d i t i o n s ，s o c i o - e c o n o m i cc h a r a c t e r sa n d s u p p l y d e m a n do fw a t e rr e s o u r c ew e r ea n a l y z e d t h en e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo fw a s t e w a t e r r e u s ew e r ed e m o n s t r a t e d ，a n dt h eq u a n t i t yo fw a s t e w a t e rd e m a n d e dw a sf o r e c a s t e d t h ew a t e r q u a l i t ys t a n d a r d ，t h ep r o c e s s e so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t sa n dt w od i f f e r e n ts c a l e s f o rw a s t e w a t e r r e u s ew e r ep u tf o r w a r d t h e nt h ec o s t - b e n e f i ta n a l y s i sw a sm a i n l yu s e dt os c i e n t i f i c a l l yb u d g e t t h ei n v e s t m e n t ，o p e r a t i n gc o s t ，t h ed i r e c ta n di n d i r e c te c o n o m i cb e n e f i to f w a s t e w a t e rr e u s ei nt h e u r b a nz o n eo fz h a o q i n g i tw a sf o u n dt h a ta c t u a lc o s to fw a s t e w a t e rr e u s ei s1 7 2y u a n ，r n 3 ，a n d t h ea c t u a lc o s to fo p e r a t i n gi s0 9 1y u a r d m 3 ，w i t hn os u p e r i o r i t yt ot h ep r i c eo ft a pw a t e r ；h o w e v e r , w i t ht h el a c ka n dm o r ev a l u a b l eo ff r e s h w a t e rr e s o u r c e s ，i nt h el o n gt e r mt h ew a s t e w a t e r r e u s es t i l lh a sg o o dp r o s p e c t sf o rt h ef u t u r ei nt h eu r b a nz o n eo fz h a o q i n g b a s e do n o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n te x p e r i e n c e s a th o m ea n da b r o a d ，as e r i e so fe c o n o m i ca n d a d m i n i s t r a t i o nm e t h o d sw e r ep r o p o s e dt oi m p u l s et h ew a s t e w a t e rr e u s e t h i sr e s e a r c ht r i e st o p r o v i d ea ui m p o r t a n tt h e o r e t i c a lb a s i sf o rw a s t e w a t e rr e u s ei nc h i n aa n dh e l pa u t h o r i t i e s i nt h e s o u t ho fc h i n at om a k ed e c i s i o n so nw a s t e w a t e rr e u s ep r o j e c t s k e yw o r d s ：w a t e rr e s o u r c e ；m u n i c i p a lw a s t e w a t e r ；w a s t e w a t e rr e u s e ；c o s t ；b e n e f i t ； t h eu r b a nz o n eo fz h a o o i n g i i 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 第1 章緒論 水資源( w a t e rr e s o u r c e s ) 是指可供人類直接利用，能不斷更新的天然淡水， 主要指陸地上的地表水( 包括河流、湖泊、水庫) 和地下水的淺層部分。聯(lián)合國 教科文組織和世界氣象組織對水資源的定義是：“作為資源的水應(yīng)當是可以利用 或可能被利用，具有足夠數(shù)量和可用量，并適合于某地水需求而能長期供應(yīng)的水 源”【1 l o 水，被喻為“生命的搖籃，是地球的血液”，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中不 可缺少的重要資源，是社會持續(xù)發(fā)展的重要支柱之一，是世界上最寶貴的一種資 源。在某種意義上說，水資源的質(zhì)量比數(shù)量更為重要，因為只有符合一定質(zhì)量標 準的水才能被人們利用。 由于水的流動性，水資源可以通過自然界的水文循環(huán)和人類利用過程中的社 會循環(huán)得到再生，使它成為一種處于不斷開采、使用、補給、恢復(fù)的循環(huán)中的動 態(tài)資源，可以周而復(fù)始地不斷滿足人類利用和生態(tài)平衡的需要，往往被許多人認 為是取之不盡、用之不竭的自然資源。然而，隨著全球經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人口的 急劇膨脹，水的需求量不斷增加，同時由于長期以來工業(yè)的污染、人類對自然資 源的不科學(xué)使用、自然環(huán)境的惡化，使得人類可再利用的水資源日益減少，水資 源危機日益突出，“全球性水資源危機正威脅著人類的生存和發(fā)展”，“水，不久 將成為一個深刻的社會危機，石油危機之后的下一個危機就是水”【2 j 。 1 1 水資源狀況 ( 一) 全球水資源的概況 ( 1 ) 淡水資源存儲量短缺，分布不均衡 目前已知的全球水資源總儲量約為1 3 8 6 x 1 0 8k m 3 ，其中淡水的儲量僅為 2 5 3 ，有8 7 儲存于高山冰川、兩極冰蓋、冰凍地帶和深度7 5 0 m 以上的地下 層，便于取用的河水、湖泊水及淺層地下水等淡水資源僅占地球淡水總儲量的 0 2 6 。詳見下圖1 - 1 及表1 - 1 。 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 世界水儲量( 1 0 0 ) 囫f - 7 黧暑藿鷹 淡水25 3 聒其中 2 ，地下淡水li ： 木凍土底冰 鞠耖 大氣水 沼澤水 河水 生物水 圖1 - 1 世界水儲量示意圖 f i g 1 - 1w a t e rd e p o s i t so ft h ew o r l d 表1 1地球上各種水體的儲量表 t a b l e1 - 1v a r i o u sw a t e rd e p o s i t so nt h ee a r t h 9 1 0 儲量 水體種類占總儲量的比例 占淡水儲量的百分比 ( 萬立方千米) 海洋水1 3 3 8 0 09 6 5 3 地下水2 3 4 01 6 9 其中淡水 1 0 5 30 7 6 3 0 0 6 土壤水1 6 50 0 0 10 0 5 冰川與永久積雪2 4 0 6 4 11 7 46 8 7 0 永久凍土底冰 3 0 0 00 0 2 2 o 8 6 湖泊水1 7 6 40 0 1 3 其中淡水9 1 0 0 0 0 7 0 2 6 沼澤水1 1 4 70 0 0 0 80 0 3 河川水0 2 1 2o 0 ( ) 0 1 50 0 0 6 生物水0 1 1 2o 0 0 0 10 0 0 3 大氣水1 2 9o 0 0 10 0 4 總計水儲量1 3 8 5 9 8 4 6 1 1 0 0 其中淡水3 5 0 2 9 2 1 2 5 3 1 0 0 據(jù)1 9 7 7 年聯(lián)合國水會議文件 2 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用教益分析 世界的淡水量在地區(qū)上分布極不平衡，在各大洲中，亞洲再生性水資源最豐 富，占世界總量的3 2 1 9 ，其次是南美洲占2 3 2 2 ；大洋洲最少，只占3 9 4 。淡水資源在各洲內(nèi)部分布也很不均衡，水資源最豐富的地區(qū)為南美洲亞馬遜 流域、非洲赤道附近地區(qū)以及亞洲的印度洋和太平洋季風區(qū)等。6 0 6 5 以上 的淡水集中分布在9 1 0 個國家，例如俄羅斯、美國、加拿大、印度尼西亞、哥 倫比亞等，而占世界總?cè)丝? 0 的8 0 個國家和地區(qū)卻嚴重缺水。 隨著人口膨脹與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴大，全球淡水用量飛快增長，世 界水資源開發(fā)報告指出，全球用水量在2 0 世紀增加了6 倍，其增長速度是人 口增速的兩倍，“我們能否滿足持續(xù)增長的全球用水需求，將取決于人們對現(xiàn)有 資源的有效管理?！?( 2 ) 淡水資源受污染日益嚴重 隨著工業(yè)廢水和生活污水排放量的增加，大量未經(jīng)處理的污水排入河流、湖 泊和地下，造成了大面積的污染與富營養(yǎng)化，導(dǎo)致了相當嚴重的經(jīng)濟損失、生態(tài) 破壞和健康損害。日趨嚴重的水污染不僅降低了水體的使用功能，而且進一步加 劇了水資源短缺的矛盾。 全球環(huán)境展望發(fā)布：“目前全球一半的河流水量大幅度減少或被嚴重污 染，世界上8 0 個國家或占全球4 0 的人口嚴重缺水。如果這一趨勢得不到遏制， 今后3 0 年內(nèi)，全球5 5 以上人口將面臨水荒”。 2 0 0 1 年3 月在海牙召開的“第二屆世界水資源論壇”部長級會議上，2 1 世 紀世界水事委員會報告說，目前全1 0 1 1 億人沒有用上潔凈水，有2 1 億人沒有 良好的衛(wèi)生設(shè)備，隨著世界人口的不斷增加，今后2 0 2 5 年，人類用水量將增 加4 0 左右，世界將面臨水資源的嚴重危機；到2 0 2 5 年世界新增3 0 億人口， 所需供水缺少2 0 ，加之浪費與污染可達5 0 以上；據(jù)“平衡與人口協(xié)會”估 計，最近2 0 3 0 年內(nèi)缺水人1 ：3 可達1 5 2 0 億1 1 j 。 水的短缺不僅制約著經(jīng)濟的發(fā)展，影響著人們賴以生存的糧食產(chǎn)量，還直接 損害人們的身體健康，為爭奪水資源，在一些地區(qū)還經(jīng)常會引發(fā)國際沖突，如水 資源匱乏就是中東、非洲等地區(qū)( 國家) 關(guān)系緊張的重要原因。聯(lián)合國世晃水 資源綜合評估報告指出：水問題將嚴重制約2 1 世紀全球經(jīng)濟與社會發(fā)展，并 可能導(dǎo)致國家間沖突。水資源問題己不僅僅是資源問題，更成為關(guān)系到國家經(jīng)濟、 3 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 社會可持續(xù)發(fā)展和長治久安的重大戰(zhàn)略問題。 ( 二) 我國水資源的概況 ( 1 ) 水資源總量并不豐富，人均、畝均占有量少 據(jù)統(tǒng)計，我國多年平均水資源總量約為2 8 1 0 1 3m 3 ，占世界徑流資源總量 的6 ，其中河川徑流量為2 7 1 0 nm 3 ，少于巴西、前蘇聯(lián)、加拿大、美國和 印尼，居世界第6 位：按照1 9 9 8 年的人口統(tǒng)計，人均水資源量只有2 2 2 1 立方米， 排在世界的1 0 0 位以后，已經(jīng)被聯(lián)合國列為1 2 個世界貧水國家之一。到2 1 世紀 中葉，我國人均水資源量將接近1 7 0 0 m 3 ，進入用水緊張國家行列f 3 】o ( 2 ) 時空分布不均 我國地域遼闊，地形復(fù)雜，絕大部分處于季風氣候區(qū)，受熱帶、太平洋低緯 度上溫暖而潮濕氣團的影響以及西南印度洋和東北鄂霍次克海水蒸汽的影響，造 成我國水資源時空分布不均的狀況吐在時間分布上，由于受季風的影響，降雨 量與徑流量年內(nèi)變化大，年際變化不穩(wěn)定，東西南北方各異；在空間分布上呈東 南多，西北少的趨勢。水資源空間分布不均勻，主要是由于我國降水分布不均造 成的。 ( 3 ) 水資源與生產(chǎn)力布局之間不平衡 表1 2 中國各區(qū)域水資源狀況 t a b l e1 - 2w a t e rr e s o u r c ec o n d i t i o ni nc h i n ar e g i o n s 占全國( ) 人均水資源量 徑流深 分區(qū)( m 3 人) ( m m ) 水資源人口耕地 g d p1 9 9 72 0 5 0 東北( 松遼) 7 09 62 0 21 0 41 6 4 61 2 8 71 5 4 5 華北( 黃淮海) 7 73 4 73 9 43 2 45 0 03 8 91 4 7 4 西北( 內(nèi)陸河)4 82 15 71 74 8 7 63 3 3 1 3 6 南方( 長江以南)8 0 45 3 63 4 75 5 53 4 8 12 6 3 4 6 5 4 全國 1 0 01 0 01 0 01 0 02 2 2 01 7 6 02 9 5 如上表1 2 ，在長江以北廣大地區(qū)，人口占全國的4 6 4 ，耕地占全國的6 5 t 3 ，g d p 占4 4 5 ，而水資源僅占全國的2 0 左右，屬于人多、地多、經(jīng)濟相 對發(fā)達、水資源短缺的地區(qū)，其中以黃河、淮河、海河三個流域最為突出。這三 流域的耕地占全國3 9 4 ，人口占全國3 4 7 ，g d p 占全國3 2 4 ，而水資源 4 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 占全國7 7 ：人均水資源接近5 0 0 m 3 ，是我國水資源最短缺的地區(qū)；相比之下， 長江以南地區(qū)，人均水資源量平均為3 4 8 1m 3 ，屬于人多，地少、經(jīng)濟發(fā)達、水 資源相對比較豐富的地區(qū)。但是南方局部地區(qū)也出現(xiàn)缺水情況，其原因是水污染 嚴重，出現(xiàn)水質(zhì)性缺水現(xiàn)象。 ( 4 ) 水質(zhì)日益下降 我國傳統(tǒng)的社會經(jīng)濟發(fā)展模式以“高投入、高消耗、高污染”為特點，近幾 十年，隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，城市用水量和廢 水量不斷增加，而與此同時，我國的污水處理事業(yè)嚴重滯后，污水排放控制不嚴， 部分工業(yè)廢水和大部分城市生活污水未經(jīng)處理直接排入水體，造成城市水源日益 不足，水質(zhì)日趨惡劣，使本已嚴重的水資源供需矛盾顯得更加尖銳，甚至在某些 南方的豐水城市也出現(xiàn)了水質(zhì)性缺水，如深圳、海口、三亞、寧波、杭州等，廣 東省2 0 0 0 年因水質(zhì)性缺水造成的損失達1 2 億元吼 2 0 0 0 年中國水資源公報報道，我國河流水質(zhì)在1 1 4 萬千米評價河長中，符 合和優(yōu)于i 類水的河長占評價河長的5 8 7 ，比上年下降3 7 ，在流經(jīng)全國 4 2 個大中城市的4 4 條河流中有9 3 被污染，其中重度污染和中度污染占7 9 ， 6 4 的城市河段為類或v 類水質(zhì)，5 0 的重點水源地不符合飲用水標準。在評 價的2 4 個湖泊中，9 個湖泊水質(zhì)符合或優(yōu)于i 類水，4 個湖泊部分水體受到污染， 1 1 個湖泊水嚴重污染。 ( 5 ) 國內(nèi)水資源浪費現(xiàn)象與水資源不足并存 一方面我國淡水資源人均不足，另一方面人們十分缺乏水危機感，節(jié)約用水 意識不強，尤其是在我國南方豐水城市，水資源綜合利用水平較差。我國農(nóng)業(yè)用 水利用率僅4 0 5 0 ，工業(yè)用水重復(fù)利用率約為5 0 ，單位產(chǎn)品用水定額往 往比發(fā)達國家高出許多倍，表卜3 是與發(fā)達國家比較的部分數(shù)據(jù)1 4 j 。 綜上，中國水資源的這種時間、空間上分布不平衡，水資源的分布與人口分 布、經(jīng)濟發(fā)展程度的不匹配，水資源的粗放型以及浪費式利用方式，促成并加劇 了我國水資源供需問的矛盾。據(jù)統(tǒng)計，1 9 9 9 年，全國6 6 9 個城市中，4 0 0 個城市 常年供水不足，其中1 1 0 個城市嚴重缺水，日缺水量達1 6 0 0 萬立方米，年缺水 量達6 0 億立方米。由于缺水，每年影響工業(yè)產(chǎn)值2 0 0 0 多億元i ”。中國已邁入水 安全危機的初期階段，局部地區(qū)和城市進入水安全危機的中期階段，并將引發(fā)其 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 他的安全性問題【6 】o 表1 3 中國與日本、美國水資源和使用比較表 t a b l e1 - 3c o m p a r i s o n so fw a t e rr e s o u r c ea n du t i l i z a t i o na m o n gc h i n a , j a p a n a n da m e r i c a 項目中國 美國日本 人口( 億) 1 2 9 52 8 51 2 7 國民生產(chǎn)總值 1 3 2 9 01 0 5 3 3 04 8 5 2 0 ( 億美元) 倍數(shù) 17 9 23 6 5 最大可利用水量 1 1 0 0 01 0 1 6 02 0 0 0 ( 億 i 1 3 ) 總?cè)∷? 億m a )5 5 6 7 4 6 0 08 8 7 倍數(shù) lo 8 30 1 6 0 4 20 0 4 3 6 70 0 1 8 2 8 x1 0 0 5 0 6 4 5 34 4 3 5 ( 三) 廣東省水資源狀況 據(jù)統(tǒng)計，目前廣東年平均降雨量為1 7 7 4 毫米，是全國平均值的2 7 4 倍，地 表水資源為全國平均值的3 5 倍，地下水資源為全匡i 平均值的3 3 4 倍，歷來以空 氣都能夠擰出水來而著稱。盡管其地表水資源、地下水資源和水資源總量較國內(nèi) 其他省豐富，但從廣東特定省情來看，潛在的水資源危機相當嚴峻。 廣東自然降雨時空分布極不均勻，時間上高度集中于汛期，主要以洪水形 式出現(xiàn)并迅速流向大海，成為不可支配的水資源。廣東江河的枯水期是從當年 1 0 月至次年3 月，此時正是工農(nóng)業(yè)用水高峰期，容易出現(xiàn)旱情。 粵西等地區(qū)的水源主要靠臺風降雨形成，由于下半年臺風稀少，降雨劇減， 常常出現(xiàn)夏早、秋旱，水源性缺水時常發(fā)生。 經(jīng)濟發(fā)達的珠江三角洲盡管河網(wǎng)密布，但水體污染日益嚴重，水質(zhì)每況愈 下，一些地方甚至守著江河沒水喝，屬典型的水質(zhì)性缺水。 廣東經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)由于財力所限，無法修建規(guī)范性的水利設(shè)施工程，使 得這些地區(qū)集雨能力相當差，形成大雨大澇、無雨大旱的工程性缺水。 廣東目前還沒形成良好的節(jié)水和水資源憂患意識，隨意用水現(xiàn)象嚴重，廣 東省水資源公報顯示，廣東用水量名列全國前茅，2 0 0 0 年全省人均綜合用水 中山大學(xué)碩：仁論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 量為5 0 4 立方米，為全國4 3 0 立方米的1 1 7 倍，其排污量也是全國排污最多的 省份，水資源利用率僅為2 7 。水量大、耗水量大、產(chǎn)污量大、利用率低，城 鎮(zhèn)居民用水浪費嚴重，己成為廣東水資源利用中突出的現(xiàn)實矛盾。 由此可見，水質(zhì)性、浪費性、資源性、工程性四大類型的缺水使廣東省面臨 的水資源短缺問題一點不比全國輕松。 素有“嶺南名郡”西江明珠”之稱的肇慶，位于廣東省中西部，境內(nèi)河流 眾多，水資源豐富，與廣東省水資源存在相類似的特點，時空分布不均，隨著工 業(yè)的發(fā)展，人口的增加，對水資源的需求越來越來越大，據(jù)預(yù)測，2 0 3 0 年將出 現(xiàn)工程性缺水現(xiàn)象，而且部分飲用水源的水質(zhì)已經(jīng)受到不同程度污染，長遠來看 亦存在水資源危機。 面對日益短缺的水資源，人們嘗試著在天然水資源( 地下水、地面水) 之外， 通過跨流域調(diào)水、海水淡化、雨水蓄用、極地拖冰、人工降雨、污水回用等各種 途徑開發(fā)新的非傳統(tǒng)水資源，如前蘇聯(lián)的伏爾加一莫斯科調(diào)水工程以及北水南調(diào) 工程，加拿大的邱吉樂河一納爾遜河調(diào)水工程，我國的引灤入津工程，引松入長 工程，引英入連工程，南水北調(diào)工程，等等。綜合比較各種途徑，城市污水要比 海水、雨水來得實際，比氏距離引水、海水淡化和人工降雨更為經(jīng)濟l ”，再加上 其量大，集中、水質(zhì)水量穩(wěn)定，不受季節(jié)、洪枯水等因素影響的特點，污水回用 日益成為人們研究的熱點。 1 2 城市污水回用的重要性 城市污水回用是指將污水作為一種綜合性資源進行再開發(fā)利用，根據(jù)排放的 廢水水量、污染物質(zhì)及其含量，參照所處的水土環(huán)境容量等自然條件，水質(zhì)用途 的標準，從經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益出發(fā)，有針對性地采取單項工程或系 統(tǒng)工程措旌對廢水進行有效地控制并加以處理，將廢水轉(zhuǎn)化并回用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 生活及其它用途【8 。我國城市污水回用主要包括建筑中水回用和城市污水集中處 理回用，本文主要指后者。 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水資源日益緊缺，在解決水危機的各項措施( 見表 1 - 4 ) 中，城市污水再生與回用應(yīng)是經(jīng)濟現(xiàn)實可行的重要措施。城市污水如不加 以處理，隨意排放，將造成嚴重的水環(huán)境污染。若將其處理和再生利用結(jié)合起來， 7 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 水質(zhì)凈化后再加以回用，不僅可以消除城市污水對環(huán)境的污染，而且可以減少新 鮮水的使用，緩解供需矛盾，產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益和社會效益。 表1 4 污水回用與其它非傳統(tǒng)水源利用方式的比較表 t a b l e1 - 4c o m p a r i s o n sb e t w e e nw a s t e w a t e rr e u s ea n do t h e ru n c o n v e n t i o n a l w a t e r - u s et y p e s 非傳統(tǒng)水源投資運行費用 優(yōu)缺點適用場合 利用方式( 元，d )( 元，? ) 水源水質(zhì)水量穩(wěn)定可靠沿海城市和海 海水淡化 8 0 0 08 3 5 處理技術(shù)成熟 島 投資和運行費用高 水源不穩(wěn)定長期干旱并遇 技術(shù)成熟適宜氣象條 人工降雨較低0 0 5 0 1 0 投資和運行費用低件，主要適用 于農(nóng)業(yè) 水源水質(zhì)水量穩(wěn)定可靠干旱缺水地區(qū) 具有發(fā)電、防洪、航運、養(yǎng)有可能從鄰地 殖、旅游等綜合效益或鄰國水資源 改善受水區(qū)生態(tài)環(huán)境富裕區(qū)調(diào)水時 跨流域調(diào)水 4 5 0 0 6 3 0 02 3 8 距離越長投資和運行費越 高 對局部生態(tài)環(huán)境有不利影 響 可能引發(fā)政治問題 水質(zhì)優(yōu)異目前無大規(guī)模 極地拖冰不明很高技術(shù)尚不成熟應(yīng)用實例 運費昂貴 水源水質(zhì)水量穩(wěn)定可靠主要用于資源 4 0 0 6 0 0處理技術(shù)成熟性和水質(zhì)性缺 城市污水回 ( 再生處投資和運行費用低水地區(qū) 理)0 1 7 0 7 0減少水體的排污量 用 6 0 0 1 0 0 0 降低城市排水管網(wǎng)負荷 ( 含管網(wǎng))公眾接受程度低，一般不宜 作直接飲用水 材料來源：城市污水回用技術(shù)手冊 概括而言，以城市二級處理出水為原水，對其進行深度處理，修建回用管道， 供給工業(yè)和城市，實行污水回用的意義有以下幾點： 1 、減少城市新鮮水資源需求量，補充了水資源的短缺。在城市總用水量中， 飲用水供水量并不大，幾乎全部的工業(yè)冷卻水、部分生產(chǎn)工藝用水以及市政雜用 8 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 均可采用較低水質(zhì)的再生水來代替自來水，所以使用再生水將大大緩解城市對水 資源的需求。 2 、減少了水資源的污染。城市廢水經(jīng)二級生物處理，深度凈化后回用于工 業(yè)生產(chǎn)或城市雜用，自然減少了向水域的排污量，帶來了可觀的環(huán)境效益。有資 料表明，國外有些地區(qū)實行污水回用完全是為了控制污染物的排放，保護水環(huán)境。 這說明并非絕對缺水地區(qū)的污水回用才有意義。南方地區(qū)適當回用可以降低水體 污染、減小排水系統(tǒng)規(guī)模。 3 、節(jié)約了制水成本。在許多城市中，以廢水為原水的再生水廠的制水成本 低于甚至遠遠低于以自然水為原水的自來水廠。這是因為省卻了水資源費、取水 與遠距離輸水的能耗與建設(shè)費用。 4 、是符合可持續(xù)發(fā)展理論的最有效的策略之一。所謂可持續(xù)發(fā)展就是特定 區(qū)域的需要不危害和削弱其他區(qū)域滿足其需求的能力，同時當代人的需求不對后 代人滿足其需求能力構(gòu)成危害的發(fā)展。城市污水回用符合可持續(xù)發(fā)展定義的時間 和空間兩方面的尺度，因而必將得到更廣泛的關(guān)注。 世界上不少缺水國家把城市污水的資源化作為解決水資源短缺及污染的重 要對策之一，圍繞城市污水資源化與再生利用開展了大量的研究，包括污水回用 的途徑的分析與開拓，污水深度處理的工藝技術(shù)研究，回用水水質(zhì)標準以及促進 污水回用的政策與管理體系研究等等。許多國家還對城市污水回用進行了系統(tǒng)規(guī) 劃。例如，美國佛羅里達州的南部地區(qū)、加利福尼亞州的南拉谷那、沙特阿拉伯、 意大利及地中海諸國等。作為緩解水資源短缺的重要戰(zhàn)略之一，城市污水回用顯 示了光明的應(yīng)用前景。 1 3 城市污水回用及處理技術(shù)概述 1 3 1 污水回用的對象及回用水質(zhì)標準 縱觀國內(nèi)外污水回用的實踐經(jīng)驗，城市污水回用的途徑應(yīng)放在水質(zhì)要求低、 處理及再生費用小、使用安全性強、量大面廣、用戶易接受的回用途徑上。如下 表所示： 9 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 表1 5 城市污水回用對象 t a b l e1 - 5o b j e c t so fu r b a nw a s t e w a t e rr e u s e 分類示例 農(nóng)業(yè)灌溉農(nóng)作物、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)灌溉 冷卻用水、鍋爐補給水、工藝用水、清洗用 工業(yè)用水 水、油田注水 噴灑道路、園林綠化、景觀、消防、洗車、 市政雜用水 沖廁、建筑施工 娛樂性及觀賞性景觀河道、景觀湖泊及水景、 環(huán)境用水 恢復(fù)自然濕地及營造人工濕地 補充河流、湖泊及注入地下飲用蓄水層、非 補充水源水 飲用蓄水層 ( 1 ) 污水回用于農(nóng)業(yè)灌溉全球淡水總量中大約有6 0 8 0 的水用于 農(nóng)業(yè)灌溉，這部分水對水質(zhì)的要求不高，如果將處理后的污水回用于農(nóng)業(yè)一方面 可以給土壤提供水分和肥分，增加糧食作物的產(chǎn)量，另一方面也可以減少化肥用 量，而且通過土壤的自凈作用使污水得到了進一步的凈化，既取得了經(jīng)濟效益又 保護了環(huán)境。 污水回用于農(nóng)田灌溉關(guān)鍵是解決污染物對水質(zhì)的影響，尤其是金屬元素在土 壤和作物中的富集。一般城市污水要求的二級處理即可滿足農(nóng)灌要求，除生食蔬 菜和瓜果的成熟期灌溉外，對于糧食作物、飲料、林業(yè)、纖維和種子作物的灌溉， 一般不必消毒。在我國，污水回用于農(nóng)業(yè)除了應(yīng)滿足農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準 ( g b 5 0 8 4 9 2 ) 外，還應(yīng)達到以下幾個方面的要求：不傳染疾??；不破壞土 壤結(jié)構(gòu)和性能，不使土壤鹽堿化；重金屬和有害物質(zhì)的積累不超過有害水平； 不影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量不污染地下水。 目前我國農(nóng)業(yè)灌溉用水都未經(jīng)過三級處理，一般在一級或二級處理后就灌溉 農(nóng)田，有的直接未經(jīng)任何處理便進行污灌，對人們的身心健康造成了嚴重威脅。 ( 2 ) 污水回用于工業(yè)工業(yè)回用分為廠內(nèi)處理回用和城市污水集中處理 回用兩部分，本文中僅指后者。在城市用水中，工業(yè)用水占了8 0 ，其用途主 1 0 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 要包括冷卻、工藝、沖洗及洗滌、鍋爐和廠內(nèi)生活。其中水質(zhì)要求較低的間接冷 卻水占了總用水量的8 0 以上，城市污水的二級處理出水完全可以滿足其水質(zhì) 要求如堿度、硬度、氯化物及錳含量等，污水經(jīng)適當處理后用于間接冷卻水是完 全可行的，應(yīng)作為回用的首選對象。此外，一些工藝用水，如洗滌、沖灰，除塵、 制冷、鍋爐給水等對水質(zhì)的要求也不高，可以用污水回用水代替。污水回用最適 合冶金、電力、石油化工、煤化工等工業(yè)部門的利用。 污水回用于工業(yè)應(yīng)具有較高的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，應(yīng)注意防止腐蝕、 結(jié)垢、堵塞、粘泥、泡沫和人體健康危害等，各個國家都有各自不同的污水回用 水質(zhì)標準，在我國污水經(jīng)處理后，回用于工業(yè)冷卻水的水質(zhì)指標應(yīng)達到城市污 水回用設(shè)計規(guī)范( c e c s 6 1 ：9 4 ) ) ) 中提出的再生水用作冷卻用水的建議標準。 ( 3 ) 污水回用于市政雜用水通常情況下污水經(jīng)深度處理后可用于噴灑 道路、園林綠化、景觀、消防、洗車、沖廁、建筑施工等方面。 從衛(wèi)生和健康角度出發(fā)，城市污水回用于市政雜用等應(yīng)進行嚴格的消毒。在 我國，為了保證城市污水回用水作為生活雜用水，其水質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行生活雜用 水水質(zhì)標準( c j 2 5 1 8 9 ) 及城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì) ( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) ，回用于河湖景觀的再生污水水質(zhì)指標應(yīng)達到景觀娛樂用 水水質(zhì)標準( g b l 2 9 4 1 9 1 ) 及城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì) ( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 的要求。 ( 4 ) 地下水回灌城市污水處理廠二級出水經(jīng)深度處理達到一定水質(zhì)標 準后回灌于地下，水在流經(jīng)一定的距離后同原水源一起作為新的水源開發(fā)。這種 戰(zhàn)略要求污水處理程度相當高，可提供較高質(zhì)量的源水乃至飲用水，可補充地下 水，防止地面沉降及海水倒灌。從持續(xù)發(fā)展觀點看，地下水回灌是擴大污水回用 最有益的一種方式，它以土壤基質(zhì)作為生物反應(yīng)器，使再生的廢水借助物理一化 學(xué)和生物作用將其中的有機物和病原體進一步去除，使其水質(zhì)與天然地下水沒有 區(qū)別h 。 污水回用于地下水回灌的處理要求隨回灌方式和地下水使用要求而異。采用 直接注水到含水層需將污水處理至滿足飲用水標準，而采用回灌水池，一般二級 出水或增加流水線即可滿足要求。在我國地下水回灌實例較少，并沒有制定統(tǒng)一 的地下水回灌水質(zhì)標準。當污水再生水回注地下水時，作為油田注水時，可參照 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 大慶油田管理局企業(yè)標準油田注水水質(zhì)指標及分析監(jiān)測方法( q d q 一1 9 9 5 ) 。 1 3 2 污水處理與回用技術(shù)概述 污水回用是一個系統(tǒng)工程，包括城市污水收集系統(tǒng)、污水再生系統(tǒng)、輸配水 系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)等?；赜眉夹g(shù)的關(guān)鍵是污水的再生處理技術(shù)，以保證再生水質(zhì)量 合格、用戶的使用安全。 污水回用針對不同的回用要求可采用不同的處理技術(shù)進行處理，包括一級處 理、二級處理和深度處理。污水處理技術(shù)按其作用機理可分為物理法、化學(xué)法、 物理化學(xué)法和生物化學(xué)法等。單一的水處理方法一般很難達到回用水水質(zhì)的要 求，通常，污水回用技術(shù)需要幾種污水處理技術(shù)進行合理的組合。 國內(nèi)外常用的城市污水深度處理的基本單元技術(shù)有：混凝( 化學(xué)除磷) 、沉 淀( 澄清、氣浮) 、過濾、消毒等。其目的是進一步去除污水中的懸浮物、溶解 性有機物、氮和磷等營養(yǎng)鹽以及可溶的無機鹽等。 ( 1 ) 國外污水深度處理技術(shù) 國外的污水深度處理方法主要有混凝一澄清一過濾法，活性炭吸附一過濾 法、超濾膜法、微絮凝過濾法、接觸氧化一過濾法、生物快濾池法、流動床生物 氧化硝化法、離子交換、反滲透、臭氧氧化、氮吹脫與折點加氯等工藝【1 0 1 。 u s e p a ( 美國環(huán)境保護署) 指導(dǎo)方針( e p a m a n u a l g u i d e l i n e s f o r w a t e r r e u s e 1 9 9 2 ) 建議二級生物處理出水回用于城市非飲用的市政用水時，其深度處理技術(shù) 宜采用過濾一氯消毒工斟1 1 】。 日本東京采用過濾一消毒工藝處理經(jīng)二級處理的雨污混合水，出水水質(zhì)完全 能滿足澆灌城市綠地等市政雜用水的水質(zhì)要求【1 2 1 。 ( 2 ) 國內(nèi)污水深度處理技術(shù) 根據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督局和中華人民共和國建設(shè)部制定的污水回用設(shè)計規(guī)范 ( 征求意見稿) 7 1 1 的規(guī)定，城市污水再生處理的基本工藝有： 1 二級處理一消毒 2 二級處理一過濾一消毒 3 二級處理一混凝一沉淀( 澄清、氣浮) 一過濾一消毒 4 二級處理一微孔過濾一消毒 1 2 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 該規(guī)范還指出當對回用水質(zhì)較高要求時，可選用其它處理工藝，即在深度處 理中增加活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧一活性炭、脫氨、離子交換、超濾、納濾、 反滲透等單元技術(shù)中一種或者幾種組合，膜分離技術(shù)替代傳統(tǒng)工藝中的沉淀、過 濾單元是水回用技術(shù)的發(fā)展趨勢【”1 。由于膜分離技術(shù)目前還存在類似膜污染嚴 重、反沖周期短、膜更換頻繁等問題，導(dǎo)致膜技術(shù)不能得到廣泛的應(yīng)用。就我國 目前的國情來說，距離膜技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用還有一定的距離。因此，在我國已有 的回用工程中多是采用常規(guī)處理工藝對回用水進行深度處理。 中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準城市污水回用設(shè)計規(guī)范( c e c s 6 1 ：9 4 ) 中 6 0 1 明確提出深度處理的推薦工藝為：一級處理一二級處理一混凝( 澄清) 一 過濾一消毒。大連春柳污水處理廠就是采用這種工藝建設(shè)的。其回用水已成功地 應(yīng)用于煤氣廠冷卻用水、焦化廠冷卻用水、印染廠工藝用水等方面，取得了顯著 的社會效益和經(jīng)濟效益。 中國市政工程華北設(shè)計院對污水再生的三種處理工掣1 4 】：絮凝一沉淀一過 濾、微絮凝過濾和直接過濾進行了研究比較，三種處理工藝的效果對比見表1 - 6 。 研究結(jié)果表明，直接過濾工藝流程最簡單，過濾周期長，運行費用最低，適合于 夏季二級出水水質(zhì)好時的再生處理。但該工藝去除率不如另兩種工藝：微絮凝過 濾工藝流程簡單，去除率高，出水水質(zhì)好，投藥量低于絮凝沉淀過濾工藝，但過 濾周期短。絮凝一沉淀一過濾工藝可靠性強，出水水質(zhì)穩(wěn)定，但工藝流程復(fù)雜， 基建費高。 表1 6 三種處理效果綜合對比表 t a b l e1 - 6g e n e r a lc o m p a r i s o n so ft r e a t m e n te f f e c t sa m o n gt h r e et e c h n i c s e s 工藝名水量 投藥量運轉(zhuǎn)時 濁度去 s s 去除色度去t p 去除c o d 去 ( m g l ) 間 除率 蠱 除率 蠱 除率 稱( 3 h ) ( h )( )( ) ( )( )( ) 絮凝沉 淀過濾 4 61 3 3 01 8 68 8 1 06 1 2 35 1 1 79 l 54 l 1 0 直接過 濾 4 64 5 2 47 3 66 7 84 1 89 1 02 5 8 微絮凝 4 63 2 09 4 8 7 66 8 1 26 0 1 l 8 4 1 63 4 4 過濾 城市污水深度處理工藝方案的選擇，取決于二級出水水質(zhì)和回用水水質(zhì)的要 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 求，通常需要根據(jù)回用水水質(zhì)的要求，從整體優(yōu)化的觀念出發(fā)，結(jié)合設(shè)計規(guī)模， 污水水質(zhì)特性以及當?shù)氐膶嶋H條件和要求，綜合考慮工程投資、運行成本以及操 作難易程度，選擇切實可行的處理工藝方案，經(jīng)全面技術(shù)經(jīng)濟比較后優(yōu)選出最佳 的總體工藝方案和實簏方式。 1 4 國內(nèi)外城市污水回用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 面對不斷增長的需水要求，國內(nèi)外城市采取了各種各樣的措施和策略，城市 污水回用已經(jīng)成為世界上不少國家解決水資源不足的戰(zhàn)略性對策之一。 1 4 1 國外城市污水回用現(xiàn)狀嗍 國外許多國家在2 0 世紀6 0 年代起先后對城市污水回用進行了大量的研究和 應(yīng)用，積累了相當豐富的經(jīng)驗，取得了很好的社會效益和環(huán)境效益。其中一些發(fā) 達國家，如美國、日本等，在經(jīng)歷了高度的工業(yè)發(fā)展的同時，迫切感到水資源的 寶貴，隨著時間的延續(xù)，逐步制定了相應(yīng)的污水回用法規(guī)，促成城市污水資源得 到合理的利用，解決了或部分解決了水資源不足對城市和工業(yè)發(fā)展的限制作用 1 5 17 1 。 2 0 世紀7 0 年代初，美國開始大規(guī)模二級污水處理廠建設(shè)，并注意回用污水。 目前，有3 5 7 個城市回用污水，再生回用點5 3 6 個。全國城市污水回用總量約為 9 4 1 0 9 m 3 a ，回用率高達7 2 。其中包括灌溉用水、景觀用水、工藝用水、工 業(yè)冷卻水、鍋爐補給水以及回灌地下水和娛樂養(yǎng)魚等多種用途( 其中灌溉用水為 5 8 1 0 9 m 3 a ，占總回用量的6 0 ，工業(yè)用水占總用水量的3 0 ，城市生活等其 它方面的回用水量不足1 0 ) 。美國加利福尼亞州是世界上開展污水回用的先 驅(qū)，大量的污水再生與利用設(shè)施己發(fā)展起來，每年有4 3 2 億立方米市政污水得 到有益的利用，相當于該州每年產(chǎn)生污水量的8 ，其中傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)利用占主導(dǎo)地 位。美國2 0 世紀7 0 年代初以來的3 0 年間，盡管總用水量增加約1 4 倍，但總 取水量反而減少，污水回用率穩(wěn)步提高。1 9 9 2 年，美國環(huán)保局( u s e p a ) 會i 司有關(guān) 部門制訂了污水回用指南( g u i d e l i n e sf o rw a t e rr e u s e ) ；目前，美國已有1 8 個州就污水回用情況制定了有關(guān)法規(guī)，包含有完整的指導(dǎo)方針或設(shè)計標準。 日本國土狹小，人口眾多，水資源主要依靠河流，人均年降水量僅為世界平 1 4 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 均降水量的1 5 ，且流量隨雨量而變化，水資源嚴重短缺，對水資源的管理，除 了不可避免地實行定量供水外，就是開發(fā)城市污水再利用資源，因此污水回用起 步較早，1 9 6 2 年就開始回用污水的實踐，7 0 年代初已見規(guī)模，9 0 年代初日本在 全國范圍內(nèi)進行了廢水回用的調(diào)查研究和工藝設(shè)計，對污水回用在日本的可行性 進行了深入的研究和工程示范，在嚴重缺水的地區(qū)廣泛推廣污水回用技術(shù)，使日 本近年來的取水量逐年減少，節(jié)水已初見成效。為了擴大規(guī)模，進一步降低中水 成本，日本正在發(fā)展區(qū)域中水和城市中水，城市中水在東京已經(jīng)形成，由城市污 水處理廠深度處理后送到地區(qū)的循環(huán)中心，再從循環(huán)中心分配到子中心區(qū)的每個 大樓，除用于大樓沖廁外，還成功地用于干涸河流的復(fù)蘇。 以色列是一個嚴重缺水的國家，7 0 的國土為沙漠，由于水資源的緊缺，農(nóng) 業(yè)灌溉技術(shù)高度發(fā)展，國民節(jié)水意識良好，所以以色列可稱為水資源管理和利用 最科學(xué)的國家，其在污水凈化和回收利用方面始終處于世界領(lǐng)先地位。早在2 0 世紀6 0 年代，以色列便把污水回用列為一項國家政策，其法律規(guī)定：廢水若未 用盡，不可采用海水淡化，規(guī)定城市的每一滴水至少應(yīng)回收利用一次。至1 9 8 7 年全國已存在2 1 0 個市政污水回用工程，城市污水回用率達7 2 。在回用方式 上包括小型社區(qū)的就地回用，中等規(guī)模城鎮(zhèn)和大城市污水的區(qū)域性回用工程。全 國污水的9 0 進行收集排放，8 0 經(jīng)過處理，有6 0 - - 6 5 處理后的污水回用。 荷蘭王國稱為“低地之國”，絕大部分國土是平原地帶，水網(wǎng)密布、水利設(shè) 施先進，水面占國土面積的1 6 以上。其城市污水及污泥的處理處置技術(shù)與該國 的農(nóng)業(yè)、園林、苗圃、科技的發(fā)展密切相關(guān)。在這樣一個多水的國家對水資源主 要注重水質(zhì)的管理，推行綠化、園藝、農(nóng)業(yè)和景觀對水資源的科學(xué)合理利用。荷 蘭嚴格對工礦企業(yè)廢水的達標排放管理，分散控制和集中處理方面積累了豐富的 經(jīng)驗。處理后的城市污水輸送至農(nóng)田、森林、園林和二級河道，幾乎沒有未經(jīng)處 理的污水直接排放的情況。 除了美國、日本、以色列、荷蘭等國，俄羅斯、西歐、南非和納米比亞的污 水回用事業(yè)也很普遍，莫斯科市東南區(qū)有3 6 家工廠回用污水總量達5 5x1 0 5 i n 3 d ，南非和納米比亞等國甚至建起了飲用再生水廠【1 8 】，水質(zhì)已達到世界衛(wèi)生組 織和美國環(huán)保局公布的標準。世界上幾項污水重復(fù)利用的大型工程如下表1 7 所 不： 中山大學(xué)碩士論文：肇慶市城區(qū)( 端州區(qū)) 污水回用及其費用效益分析 表1 - - 7 世界上幾項污水重復(fù)利用的大型工程f 1 9 1 t a b l e1 - 7s e v e r a lm