適合中國應用的再生回用水經驗
摘要： 中國 正著手開展一項遠大的開發(fā)計劃，來 發(fā)展 其污水處理的基礎建設，以增進公眾健康和促進環(huán)境保護，同時還將通過減小現有地表和地下水資源的污染來擴大水資源。這將提供一個進一步利用水資源的機會-水的回收和利用。中國清楚地認識到了這一點，并積極地抓住這一時機使回用水納入開發(fā)計劃之中。與此同時，中國也在努力地 學習 其他國家的經驗，來實施該項計劃。
關鍵詞：再生回用水 回收和利用 環(huán)境保護
本文要講述三條有助于中國實施這項計劃的指導性原則，即：
1. 回用水是整個水管理系統的一個組成部分。
2. 需要用系統的 方法 來評價水回用的 經濟 效益。
3. 有很多方法可以用來減小回用水對公眾健康和環(huán)境造成的風險。
在本文中討論了每條原則對于在中國成功的實現廢水回用的適用性。
前言
中國正在致力于開展一項有遠大的開發(fā)計劃以發(fā)展其污水處理的基礎建設。結果不僅將增進公眾健康和環(huán)境保護，同時還由于減輕了現有地表和地下水資源的污染而擴大了水資源。后者對于象中國這樣人均水資源相對較低的國家來說尤為重要。擴建廢水處理基礎設施，也為中國提供了一個進一步利用水資源的機會--污水的回用。中國清楚地認識到了這一點，并抓住時機將水回用列入到正在進行的開發(fā)計劃之中。與此同時，中國也在認真學習其他國家的經驗，來實施該項計劃。
本文的目的是對中國進行水回用提出一些建議。這些建議都是根據美國和世界其他國家的廣泛經驗提出來的。本文不可能提供關于水回用的所有相關知識，在別的 文獻 (美國EPA,1998)和這次會議的其他資料中都有許多經驗需要我們學習。但是，這里提到的經驗是中國決策者決定回用水計劃實施和 應用 的關鍵。這些建議包括三個指導性的原則，如表1所示。文章后面將對這三個指導性原則進行一一論述。
| 1． 水回用是整個水管理系統的一個組成部分。 |
| 2． 需要用系統的方法來評價水回用的經濟效益。 |
| 3． 有很多方法可以用來減小回用水對公眾健康和環(huán)境造成的風險。 |
Paper Presented at " The 21st Century International Conference & Exhibition on Developing Strategy of Urban Wastewater Treatment and Reuse", Sponsored by the Chinese Ministry of Construction, The World Bank, and the United Nations Industrial Development Organization, BEijing, China, November 27-29, 2001.
6060 South Willow Drive, Greenwood Village, Colorado 80111, USA. gdaigger@ch2m.com.
指導性原則之一：水回用是整個水管理系統的一個組成部分
任何水回用計劃的主要目的之一是通過以回用水替代現有的使用水來擴大水資源。結果這些淡水資源被替代后就可另做它用。水回用就整個水資源來說得了兩方面利益。其一，很簡單，處理后的水連同其所含的污染物不再被排放，因此不污染現存的水資源(即于水質有益)。其二，處理后的水再回用減少了為了滿足用水要求而必須從環(huán)境中取水的數量(即于水量有益)。
現有幾種不同目的的回用水方式，包括：
●農田灌溉
● 工業(yè) 用水
●城市非飲用水(澆灌，沖廁，環(huán)境修復)
●非直接飲用性的回用
表2列舉了每一種水回用的例子，表明了在發(fā)達國家如美國、新加坡每一種水回用的方式都得到廣泛的應用。這些應用都是以水處理技術作為支持的。總之，采取可利用的水處理技術來支持每一種水回用的方式，使水超過或達到(就水質而言)非直接飲用的要求，而非飲用水的增加也就直接地增加了供水量(無論是如表2所列舉的地表水供給還是地下水供給)。因此，合適的回用水處理技術的可行性使水回用不受限制。隨著膜技術的發(fā)展這將變?yōu)楝F實。膜技術包括兩個方面，其一是在二級處理后的膜處理技術，即應用微濾或超濾，再緊接著應用反滲透的技術(AWWA，1996);其二是應用膜生物反應器(Gunder,2001;Stephenson,等，2000)。這些技術將在本次會議的其他論文中進行詳細的討論。當需求高質量的回用水時，應當使處理水平得到極大的提高。
當處理方式和系統構造成為回用水總體布置考慮的一個因素時，廢水的收集和分配系統的也是一個要著重考慮的因素。圖1表示的是加利福尼亞州洛杉磯市的水回用系統的布置情況：回用的水來自洛杉磯、Glendale、Donald C.Tillman和西部流域水回用廠(WRPs)。洛杉磯、Glendale、Donald C.Tillman回用水廠處理系統由基本的初級處理、二級處理、過濾和高級消毒系統組成。他們利用收集系統收集原污水并進行處理，再利用雙配水系統將經過處理的水分配到附近的地區(qū)進行使用。他們將處理過程中產生的固體廢物返回到收集系統，然后運送到Hiperion污水處理廠(WWTP)對其進行充分的去除和處置。Hiperion污水處理廠位于洛杉磯市的工業(yè)區(qū)，同Terminal島污水處理廠一樣，收集到的污水多數是城市里產生的工業(yè)污水，也收集到了沒有被上游的WRPs回收水廠處理的污水。洛杉磯、Glendale、Donald C.Tillman回用水廠(WRPs)位于生活區(qū)污水截留管的附近，這樣就會使處理后的污水所含的工業(yè)廢水較少。西部流域回用水廠與此不同，它收集的是Hiperion WWTP的二級出水，對其進行一系列的處理后，將水用于非限制性城鎮(zhèn)澆灌用水，或注入地下水以防止海水入侵地下水含水層，或用于工業(yè)冷卻用水。隨著人們對回用水水質水量需求的提高，西部流域回用水廠長期以來不斷地進行改造。上述的例子說明決定水回用系統布置的方面有許多，主要包括以下幾個方面：
1. 廢水收集系統布置在工業(yè)極少的服務區(qū)內。
2. 回用水廠廠址應選在接收的廢水中少有或沒有工業(yè)組分的地方。
3. 回用水廠廠址應選在靠近現在或將來應用回用水的地方，將雙配水系統的配水距離 減至最小。
廢水收集系統和水分配系統的經濟壽命很長，一般是100年或更長，因此許多年來原有的收集系統的布置和處理設施的位置在幾十年內 影響 著水的回用。另一方面，每隔20年，處理設施需要進行革新。不但如此，為了提高處理水平，水廠也需要革新。因此，對回用水的計劃影響最大的不是現有的處理方法，而是回用水廠的整體布置。
現有的整體系統結構也能夠被利用。城鎮(zhèn)農業(yè)回用水系統要具備對污水和(或者)處理后水的收集和長距離運輸的能力。農業(yè)回用低質的經處理的城鎮(zhèn)污水，可將原來用于農業(yè)的淡水用于城鎮(zhèn)生活使用。由于農業(yè)回用水系統所需的處理費用較低和(或)所產生的水資源價值彌補了輸送設施的費用。非直接飲用回用水系統與此不同，既然回用水同原有的供水相混和，經過后續(xù)的處理設施的處理，是通過現有的飲用配水系統的分配可用于非直接飲用回用，那么輸水系統和配水系統的費用將達到最小。但是，在非直接飲用回用水系統中，為了保護公眾供水水源不受污染，就需要對回用水進行高度處理，這樣處理費用將最高。
總的說來，回用水系統提高了現有的水資源水質和可利用的水量，因而增大了現有的水資源量。回用水系統由集水、處理和配水系統組成。由于集水和配水系統的使用期較長，所以選擇合適的回用水系統時，集水和配水系統的布置比處理系統更重要。現在已有幾個模式適合于特殊的應用。
指導性原則2：評估回用水經濟效益需要系統方法
通常情況下，人們希望在簡單的基礎上對回用水進行評估，即確定水回用的處理和配水費用后，同水的商業(yè)價格進行對比。如果回用水經過處理和分配的費用比現有的用水價格較低,那么水的回用是可行的和經濟有效的。如果回用水處理和分配的費用比現有的水的商業(yè)價格高，那么水的回用是不經濟的。然而，這樣的經濟估算忽略了回用水對現有供水系統的增大的作用。當然，必須把用于再生回用的投資與擴建供水系統所需增加的一般都超過平均水價或商業(yè)水價的費用進行比較，上述的這種簡單的水再生回用經濟 計算 方法將為回用水的應用確立機會。
圖2簡單的說明了一種應當被采用的估算回用水可行的方法。比如對社區(qū)現有的四個水源進行考慮，其中兩個是區(qū)域井水供給，注明區(qū)域井水A和B;另兩個是地表水源供給，注明地表水源A和B。每一種水源供水的費用包括從環(huán)境中取水的費用、貯水(原水或處理后的水的貯存)費用、處理費用和配水費用。取水步驟包括鑿井(區(qū)域井水供給)和地表水的引入(地表水的供給)。貯水包括建造地表水的貯存池和處理后水的儲存池。處理步驟包括對地下水要進行簡單的消毒處理，或者建造地表水處理水廠。配水費用用于配水系統的建造、運行和維護方面。這四種水源的相對費用情況如圖2所示。假定用水費用建立在費用平均的基礎上，那么消費者的用水價格是這四種水源費用的平均價格，如圖2所示。平均價格是相對費用的55%。
如圖2所示，回用水的價格是居民用水價格或用水率(即平均用水價格)的一小部分。原因是人們通常認為回用水不象飲用水那樣有價值，對其使用需要某種動機。回用水的價格取決于其水質同飲用水的比較。然而，回用水的價格相當于飲用水的70~80%也并不少見。但這種價格并不能反應出回用水的價值。總的說來，水的再生回用是增大供水系統的一種方法。當為了這個目的而使用回用水時，只要水再生回用的總費用少于自來水供水的總體費用(包括取水、貯存、處理和配水費用)，采用回用水系統供水是可行的。所以，對于圖2中的例子，供水總費用為100%時，回用水費用占40%。回用水除去增加供水外，還有一個潛在的作用是代替了現有的供水資源。在這種情形下，如果水回用費用比最昂貴的水源供水費用低，那么水的回用也就降低了成本，例如圖2中地表水源B相對費用最大為75%，。因此，對回用水的使用進行評估時，僅僅考慮那些比用水價格少的情形，將要忽略回用水的真正經濟效益。例如，假定使用回用水的費用同地表水源供水B費用相等，那么水的回用對社區(qū)來說是經濟有效的。由于供水的增長，用水率有時不得不增長，或許達到相對費用的60%左右，此時回用水的費用占45%。
最后，對水再生回用成本進行評估。通常情況下，合理的廢水管理需要采用一些處理方式以保證廢水的排入環(huán)境而不會使環(huán)境受到危害。這些成本同水的再生回用沒有聯系起來， 自然 沒包括在水的再生回用的經濟評估之中。而通常僅把廢水的額外處理的費用，即超出了排入環(huán)境的要求的處理的費用，包括在回用水的經濟 分析 之內。
總的說來，水再生回用的經濟評估需要包括以下幾個方面：
1. 所有的供水費用進行評估，包括取水、貯水、處理和配水的費用。
2. 再生回用水費用同下一個最值得花費的擴建社區(qū)供水方案的總的供水費用相比 較。
3.水的價格通常基于所有社區(qū)供水費用的平均價格，并不指最大的費用。
4.回用水的價格通常占用水價格的一小部分，有時沒有提供足夠的收益資助再生回用水系統。然而，即使回用水水價不為再生回用水系統提供資助，但是從供水系統整體背景來說水的再生回用也是有效益的。
4. 通常水再生回用費用定為比排放環(huán)境所需的水處理的費用多出來費用。
指導性原則3：采取可利用的方法以減輕水回用對公眾健康和環(huán)境造成的風險
人們對使用回用水的安全性很關心。廢水中含有許多 影響 公眾健康和環(huán)境的污染物質。去除廢水中主要污染物是減輕其對公眾健康和環(huán)境影響的主要措施，這樣就需要對實施再生回用水計劃所需的污水處理 方法 進行嚴格的規(guī)定。然而，必須認識到，幾種方法對減輕回用水對公眾健康和環(huán)境影響都是有效的，如表3所示。
| - 水源控制（從服務區(qū)來的回用水少含或不含有 工業(yè) 廢水）。 |
| - 使用雙配水（或多級配水）系統。 |
| - 將回用水同潛在的暴露途徑進行隔離。 |
| - 將低質水同高質水混和使用。 |
| - 處理。 |
我們還要關注工業(yè)污水中有毒和其他污染物質潛在的危害，這些污染物有可能存在于原污水中，因此也就有可能存在于回用水中。去除這些污染物質是消除其威脅的一種方法。而另一種方法是控制水源，以減少污染物質進入回用水的機會。例如，作為回用水水源的服務區(qū)限定在主要是生活性污水區(qū)域，避免明顯的工業(yè)排放物的影響。對那些已存在的工廠排放的廢水，應該進行嚴格控制，使其排入要再生廢水中的污染物質減到最少。這就需要成熟的處理技術來去除這些污染物質，處理結果能使回用水系統更加可靠和安全。
將回用水和飲用水系統分開是消除對公眾健康和環(huán)境威脅的另一種方法。在這種情形下，將回用水用于風險比較低的情況，例如用于工業(yè)生產過程用水、灌溉用水和衛(wèi)生間沖洗用水。回用水配水系統的使用數量和范圍，以及公眾同回用水接觸的隔離程度不僅決定這種回用系統的費用，而且還決定著對公眾健康和環(huán)境的保護程度。然而，這種回用系統的費用和風險的減少程度同所選擇的處理方式有關。
還有一種消減風險的方法是將回用水與可能暴露的途徑隔離開來。例如， 應用 回用水進行澆灌公共綠地時，使用滴灌系統灌溉比使用噴灑系統安全。同樣，回用水用于澆灌直接食用的作物時，使用漫灌或滴灌灌溉比使用噴灑系統安全。原因是這種措施減少了回用水同作物中的糧食直接接觸的機會。
將低質水同高質水相混和，可以減少低質水源中的污染物質濃度，從而減少了低質水帶來的危險。例如，如果回用水用于飲用目的時，在其進行分配之前可同高質的飲用水相混和。非直接飲用水回用方法一般是將回用水同原水源混和，混合后的水再進入水廠經過處理，然后通過配水系統供給用戶。直接飲用水回用方式與此不同，回用水直接進入配水系統而沒有進行混和。這樣的回用水使用方式將導致一部分用戶使用的是大量的回用水，而一部分使用的是少量的回用水，從而對健康形成不同的威脅。
最后，利用成熟的和多重的處理技術可減少回用水對公眾和環(huán)境的影響。但是由于處理技術不可能達到100%的去除和完全的可靠，可能會使一些污染物穿過處理系統出來，因此處理技術本身也存在著一定的風險。正因為如此，采用一種以上的去除相同污染物的處理技術去除污染物質，可以改善污染和處理過程的可靠性。
上述這些消減回用水對公眾健康和環(huán)境風險的方法便引出了多級屏障的概念。在回用水系統設計中，可以采用多種屏障方法來減少風險，也就是說，當一種屏障方式的有效性是暫時的話，那么就可以采用另一種屏障的方法保證回用系統的可靠性和效用。例如，我們可以選擇適當的處理方法對水進行處理使其滿足特別的用途，但是回用水系統收集的廢水是來自于工廠很少的服務區(qū)，而使整個系統的可靠性得以提高。另外，如果由于某種原因，處理系統只是暫時有效，但是因為沒有工業(yè)污染物質，回用水的安全性仍可得到保證。與此相同，如果灌溉系統中不僅采用適當的處理方式，并且能有效地減少灌溉系統(比如淹沒式滴流系統)的用水同公眾或食用性作物的接觸機會，那么整個灌溉系統的安全性就提高了。這樣的話，對回用系統的效用進行評價要基于系統的表現形式。這分為兩種情形，或者系統的所有組成部分運行良好，或者一個或多個組成部分運行沒有達到預期目的。回用系統對公眾健康和環(huán)境影響的消減程度也可以根據這些進行評估和對比。通過采用不同的風險減輕辦法可逐步改進處理系統帶來的風險。既然回用系統的某些單元(特別是處理單元)可以分階段的實施，因此，逐步實施這些單元，就可以逐步地減少對公眾和環(huán)境的風險。
總結 和結論
總的說來， 中國 正在著手于一項有遠見的宏偉計劃，該項計劃將擴大污水處理的基礎設施，這不僅能夠減少地表水和地下水資源的污染，而且還能夠加強對公眾健康和環(huán)境的保護。這將為另一個水資源，即回用水的使用提供機會。中國已經意識到了這樣的機會，并且積極地將水回用納入正在實施的計劃中。同時，中國為了完成這項宏偉的計劃，也在認真地 學習 其他國家的經驗。
這篇文章討論了三個指導性原則，以幫助中國實施水回用的計劃。它們是：
1. 回用水是整個水管理系統的一部分。
2. 需要一種系統方法來評價回用水的 經濟 可行性。
3. 可以采用許多方式和方法來消減回用水對公眾健康和環(huán)境風險。
水的回用既減少了對水資源的污染，也減少了必須從環(huán)境中去除的水量，因此，水的回用就是增加了水資源。有些水回用的模式是可行的，可以根據當地的情形不同而采用不同的回用模式。由于廢水收集和分配系統同處理系統相比，其使用期更長，所以確定收集和配水系統的形式比處理系統更為重要。如果必要的話，處理系統可以分階段建造。而對于收集和分配系統分階段建造則很困難。
對回用水進行經濟評估要求全面了解整個供水系統的經濟性。水再生回用的費用必須同社區(qū)即將采用的費用最高的供水系統總費用相比較。供水的費用包括環(huán)境中去除的水量的費用(地表引水和井群)、貯水費用(貯存原水及生產出的水)、處理費用和配水費用。如果再生回用水比擴建的供水系統費用低，那么它就是經濟的。然而，擴建供水系統的費用通常比平均水價高。既然回用水的價格定位在某種程度上低于飲用水價，出售回用水直接得到的收入也將低于再生回用水系統的建造費用，即使如此，回用水系統是經濟有效的。
消減回用水系統對公眾健康和環(huán)境的風險的許多可行的方法，提高了實施的回用水系統的可靠性。這樣的回用水系統通常是由多級安全屏蔽組成的，包括處理和其他步驟。實施新增的單元，可以使風險進一步降低。
參考 文獻
American Water Works Association, Water Treatment Membrane Processes, McGraw-Hill, New York, 1996.
Gunder, B., The Membrane-Coupled Activated Sludge Process in Municipal Wastewater Treatment, Technomic Publishing Co., Lancaster, PA, 2001.
Stephenson, T., S Judd, B. Jefferson, and K. Brindle, Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment, IWA Publishing, London, 2000.
United States Environmental Protection Agency, Guidelines for Water Reuse, EPA/625/R-92/004, 1992.
| 類型 | 位置 | 處理方式 | 用途 |
| 農業(yè) | Grand Strand, 南卡羅來州 | 二級處理 | 水果樹和草地的淹沒式灌溉 |
| 農業(yè) | Santa Rosa, 加利福尼亞州 |
二級處理、過濾和高度消毒 ( 標題22) |
用于許多灌溉用途，特別是奶牛牧場的灌溉 |
| 農業(yè) | Monterey, 加利福尼亞州 |
二級處理、過濾和高度消毒 ( 標題22) |
食用性作物例如萵苣，椰菜，和朝鮮薊的灌溉 |
| 農業(yè) | Salem, Oregon,俄勒岡州 | 二級處理 | 植樹造林 |
| 工業(yè) | Geysers Recharge, 加利福尼亞州 | 氧化塘處理 | 補充發(fā)電地熱用水 |
| 工業(yè) | Colorado Springs, 科羅拉多州 | 混凝、過濾、離子交換 | 電廠的冷卻循環(huán)用水 |
| 工業(yè) | Mobile Refinery, 加利福尼亞州 | 石灰軟化、過濾 | 冷卻用水 |
| 工業(yè) | 新加坡 | 微濾、反滲透、紫外線消毒 | 微 電子 高純水 |
| 城鎮(zhèn)非飲用水 | West Basin, 加利福尼亞州 | 多級流程： (1)過濾和高度消毒 (2) 微濾和反滲透 (3)生物曝氣過濾 | 非限制性灌溉用水、工業(yè)冷卻用水、防止海水入侵的屏障用水 |
| 城鎮(zhèn)非飲用水 | Santa Monica, 加利福尼亞州 | 微濾和紫外線消毒 | 非限制性灌溉用水 |
| 城鎮(zhèn)非飲用水 | Jacksonville, 佛羅里達州 | 過濾和高度消毒 | 非限制性灌溉用水 |
| 城鎮(zhèn)非飲用水 | LaEi, 弗吉尼亞州 | 過濾和高度消毒 | 非限制性灌溉用水 |
| 非直接飲用水 | Upper Occoquan Sewage Authority, 弗吉尼亞州 | 一級和二級處理（硝化）、石灰、過濾、活性炭、過濾、氯消毒 | 補充地表水供給 |
| 非直接飲用水 | 丹佛, 科羅拉多州 | 石灰、過濾、離子交換（脫氨）、活性炭或反滲透、消毒 | 補充地表水供給 |
| 非直接飲用水 | Gwinett County, 佐治亞州 | 一級和二級處理（硝化）、石灰、過濾、臭氧、活性炭 | 補充地表水供給 |
| 非直接飲用水 | 新加坡 | 微濾、反滲透、紫外線消毒 | 補充地表水供給 |
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網”
