摘要：河南省水資源稟賦嚴(yán)重不足，因此考慮城市污水回用能直接緩解供水水源壓力，同時(shí)減少水體污染。與其他非常規(guī)水源相比，城市污水水源穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)性較好。同時(shí)國(guó)內(nèi)外在污水回用上已有幾十年的經(jīng)驗(yàn)可供參考。但河南省城市污水回用仍面臨缺乏價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，長(zhǎng)期使用影響考慮不足與排放標(biāo)準(zhǔn)“一刀切”等。

關(guān)鍵詞：城市水源;城市污水回用;再生水

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中國(guó)人均水資源僅為世界人均水資源四分之一，加之水資源分布的時(shí)空差異，使可利用水資源更顯不足。河南屬缺水省份，人均占有量為全國(guó)六分之一，排第22位。但2011-2017年間河南省用水量占全國(guó)比重（3.75%）遠(yuǎn)超水資源占比（1.47%）。城鎮(zhèn)化發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以工農(nóng)為主使河南省短期內(nèi)難以改變高耗水特征。面臨常規(guī)水源受限、用水增長(zhǎng)壓力下，污水回用成為緩解河南省水源壓力，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略選擇之一。

城市傳統(tǒng)水源主要是地表水與地下水，城市污水來(lái)源包括生活污水、工業(yè)污水以及城市地表徑流三部分，污水回用是指將污水經(jīng)過(guò)處理后水質(zhì)達(dá)到城市供水與城市排水之間的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并在一定范圍內(nèi)可供使用的水，也稱為中水或再生水。處理后的污水根據(jù)是否排入天然水體分為直接回用與間接回用。面臨水資源短缺壓力，中央相繼出臺(tái)法律與行業(yè)條例要求并鼓勵(lì)加大非常規(guī)水源開(kāi)發(fā)使用，如《中國(guó)人民共和國(guó)水法》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度意見(jiàn)》等。2011中央一號(hào)文件與全國(guó)水利工作會(huì)議均提出將城市污水視為重要非常規(guī)水源之一[1]。《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》與《節(jié)水型社會(huì)建設(shè)“十三五”規(guī)劃》中指出，到2020年，嚴(yán)重缺水城市的再生水循環(huán)率達(dá)20%以上。因此本文嘗試對(duì)河南省污水回用的必要性、可行性與主要問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 河南省實(shí)施污水回用的必要性

1.1 河南省水資源稟賦嚴(yán)重不足

人均流量低、天然水資源過(guò)度開(kāi)采、生態(tài)水污染等使河南省面臨資源性缺水與水質(zhì)型缺水雙重困境。河南省人均地表徑流量?jī)H為全國(guó)六分之一。為滿足省內(nèi)用水，對(duì)天然水源利用早已超過(guò)水資源開(kāi)發(fā)利用警戒線。河南省平原區(qū)淺層地下水漏斗區(qū)持續(xù)擴(kuò)大，地下水儲(chǔ)量減少，地下水超采區(qū)中心埋深持續(xù)下降等一系列水質(zhì)與生態(tài)問(wèn)題制約環(huán)境生態(tài)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，并可能進(jìn)一步引發(fā)社會(huì)問(wèn)題。河南省水資源公報(bào)，2017年河南省平原區(qū)淺層地下水漏斗區(qū)總面積8760km2，較2011年擴(kuò)大19.24%。省內(nèi)三個(gè)地下水超采區(qū)中心埋深與1980年相比，安陽(yáng)-鶴壁-濮陽(yáng)（7800km2）下降39.18m，溫縣-孟州（1600km2）下降16.91m，新鄉(xiāng)鳳泉-小冀（360km2）下降14.2m。同期河南省轄流域平原區(qū)淺層地下水儲(chǔ)存量累計(jì)減少97.17億立方。不僅如此，天然水源污染進(jìn)一步加劇河南省水資源脆弱性。全省地表水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中42.5%河長(zhǎng)水質(zhì)未達(dá)Ⅲ類。

1.2 加大污水回用彌補(bǔ)先天資源不足

受限于年降水量與地表徑流數(shù)量不多且時(shí)空分布不均，河南省地下水源早已過(guò)度開(kāi)發(fā)且難以為繼。河南省供水量來(lái)源結(jié)構(gòu)中，在南水北調(diào)中線工程通水之前，地下占河南省供水量超過(guò)55%，且其中淺層地下水占比已由2011年91.60%增至2017年96.19%。而同期中國(guó)總供水中地下水占比不足20%。深度超采地下水源引發(fā)地表水源季節(jié)性與片段性干枯，地下水位下降與水質(zhì)退化。南水北調(diào)中線工程通水后暫時(shí)緩解河南省供水壓力，但多出的南水北調(diào)水多要償還之前生態(tài)用水與局部地區(qū)超采地下水舊賬[2]。自2017年地下水供水占比首次降至50%以下。8年間非常規(guī)水源供水由0.9億m3穩(wěn)步增至5.1億m3，年均增長(zhǎng)33.52%，占總供水比重由不足0.4%增至2.18%，對(duì)地下水供量與儲(chǔ)量雙降起到了一定彌補(bǔ)作用。

同時(shí)對(duì)河南省用水結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，2011-2017年間，河南省工業(yè)用水量與農(nóng)業(yè)用水量年均下降1.78%與0.24%，用水總量增長(zhǎng)源自生活環(huán)境用水，其中生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水年均增長(zhǎng)11.51%，占總用水8.47%。對(duì)于非人體接觸性的生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水，完全可以借助污水回用，生態(tài)系統(tǒng)中的巖層、土壤層等將成為再生水的天然凈化層與儲(chǔ)水單位。

2 推廣污水回用的可行性

2.1 水源穩(wěn)定，減少污染

河南省地表水源涉及淮河、長(zhǎng)江、黃河、海河等多個(gè)流域，但地表徑流量不多，且時(shí)空分布年內(nèi)分配不均（汛期水量約占年徑流量七成左右）、年際變化大（山區(qū)最大與最小徑流量相差5-10倍，而平原地區(qū)更高至20-35倍）[3]、地區(qū)間相差懸殊。

河南省2011-2017年間，超過(guò)80%水量用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水，該部分給水質(zhì)量不等同于自來(lái)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[4]。生活用水占比17%左右，年均增速低于1.5%。城市供水中超過(guò)80%最終匯入城市污水管網(wǎng)，果能將污水收集后進(jìn)行處理，約70%能安全回用，直接降低城市供水新鮮取水量四至五成。但河南統(tǒng)計(jì)年鑒顯示，2012-2017年間，河南省城市污水處理量不足20億噸，不足同期廢水排放總量一半。廢水處理率偏低進(jìn)一步加大水體污染，河南省地下水通報(bào)顯示地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)中三類達(dá)標(biāo)率為已由2011年的27.7%降至2016年12.8%。因此河南省推廣污水回用不僅利于非生活用水獲取較穩(wěn)定供水源，降低新鮮取水量，還能減緩水源污染壓力。

2.2 與其他非常規(guī)水源相比經(jīng)濟(jì)可靠

非常規(guī)水源包括再生水、海水、苦咸水、礦井水與雨洪水等，海水利用集中于沿海省份，雨洪水以山東、云南、江蘇為主，苦咸水利用集中在采煤大省[5]。城市污水水源特點(diǎn)是水量大且穩(wěn)定，不受枯水季影響，距離近。河南省地處內(nèi)陸，降水不多且分布差異大，應(yīng)主要考慮污水回用。

（1）回水成本低于遠(yuǎn)距離引水造價(jià)，以小區(qū)內(nèi)回水（不考慮輸水管線）為例，近八成可通過(guò)城市排水管網(wǎng)收集。城市污水管網(wǎng)配套投入約為600-1000元/m3，處理至雜用水投入與30km引水造價(jià)相當(dāng)，Ⅱ處理投資約為900-1400元/m3，深度處理再增加500元左右[6]，則與40-60km引水成本相當(dāng)。且處理指標(biāo)集中在COD、BOD5、SS等，現(xiàn)有技術(shù)能深度處理后綜合成本約為1-4.5元/m3。（2）污水能源化進(jìn)一步降低污水處理能耗。遵循Ⅰ級(jí)B處理標(biāo)準(zhǔn)，按1kgCOD轉(zhuǎn)化14kw能源測(cè)算，污水資源化潛在能量約為處理能耗10倍，假設(shè)十分之一污水能源化處理，能解決污水處理能耗30%。國(guó)外部分污水廠能源自給率達(dá)60%，部分完全自給。奧地利Strass城市污水處理廠采用A/B兩段生物處理，規(guī)模為25000m3/d，1996年能量自給率49%，2006年108%，增加廚余垃圾這一外源物時(shí)能源效率為200%。Willy Verstrate估算出污水中有機(jī)肥、甲烷、氮磷水回收后合計(jì)經(jīng)濟(jì)效益為3.10元/m3。

2.3 國(guó)內(nèi)外均有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)作為參考

面對(duì)水資源有限性，上世紀(jì)60年代多國(guó)開(kāi)始推廣污水回用，城市污水回用工業(yè)已實(shí)踐多年。以色列與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家受限于國(guó)內(nèi)水資源緊缺，大規(guī)模推廣污水回用。日本于1962年開(kāi)始污水回用，70年代形成規(guī)模，瀨戶內(nèi)海地區(qū)污水回用比已超過(guò)三分之二，以色列城市污水90%收集，80%處理，最終回用率超60%，其中42%灌溉，30%回灌地下。即便是水資源總量較多的美國(guó)在其國(guó)內(nèi)地下水超采嚴(yán)重的地區(qū)實(shí)施中水回用工程，中水回用率由1975年的51.3%提升至2000年的84.8%[7]，其中60%用于灌溉，30%用于工業(yè)。發(fā)展中國(guó)家納米比亞更是于1968年建成世界上第一個(gè)再生飲用水水廠，日產(chǎn)量6200m3。

中國(guó)20世紀(jì)50年代開(kāi)始在北方缺水地區(qū)進(jìn)行污水灌溉，污水回用起步于80年代大樓污水回用，90年代開(kāi)始對(duì)污水進(jìn)行集中深度處理后再利用。中國(guó)再生水利用量由2005年10.9億立方增長(zhǎng)至2015年的52.57億立方，其中北京、江蘇、山東與河北占全國(guó)利用量一半以上。國(guó)內(nèi)外眾多城市污水回用與商業(yè)化處理經(jīng)驗(yàn)為河南省污水回用提供了有效的經(jīng)驗(yàn)參考。

3 河南省污水回用主要問(wèn)題

3.1 價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力不足，處理仍以排放達(dá)標(biāo)為主

再生水替代自來(lái)水的關(guān)鍵因素在于價(jià)格。再生水價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力不足主要在于：（1）自來(lái)水價(jià)格偏低，商業(yè)定價(jià)機(jī)制不完善。自來(lái)水作為民生行業(yè)，定價(jià)長(zhǎng)期偏低且市場(chǎng)價(jià)格導(dǎo)向較弱，如鄭州中水價(jià)格約為自來(lái)水價(jià)格七成。（2）規(guī)模效應(yīng)不足。由于城市污水處理仍以排放達(dá)標(biāo)為主，因此污水收集中未將工業(yè)廢水與生活污水分離。處理過(guò)程中側(cè)重降低污水中的BOD、COD與SS，對(duì)其中氮磷等處理效果不佳，水質(zhì)與自來(lái)水相差較大，致使回用率低。依據(jù)2015年中國(guó)再生水實(shí)際供應(yīng)量與設(shè)施設(shè)備的生產(chǎn)能力測(cè)算，中國(guó)再生水生產(chǎn)率不足52%。河南省2015年再生水利用率約30%。

3.2 再生水回用長(zhǎng)期影響考慮不足。

綜合考慮心理影響、較高處理成本、水網(wǎng)系統(tǒng)分離、飲用口感等因素，再生水用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市綠化灌溉、生態(tài)景觀與地下水回填等非直接接觸領(lǐng)域。但國(guó)內(nèi)對(duì)再生水使用長(zhǎng)期考慮不足，缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)支撐。（1）同地表天然水質(zhì)相比，再生水易造成工業(yè)循環(huán)系統(tǒng)水垢沉積、管道腐蝕與微生物污染。（2）科學(xué)合理污灌，能發(fā)揮污水中氮磷等水肥功效，若使用不當(dāng)則導(dǎo)致土地二次污染以及有害物質(zhì)由污水向生物鏈轉(zhuǎn)移。國(guó)內(nèi)部分缺水地區(qū)污灌年限超過(guò)20年，對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在重金屬污染，如白銀市污灌區(qū)的小麥籽粒中的銅鋅汞等重金屬含量明顯高于引黃灌區(qū)[8]。（3）短期內(nèi)再生水能夠滿足城市綠化與人工生態(tài)景觀水量需求，但長(zhǎng)期存在土地酸性、重金屬聚集、水體富營(yíng)養(yǎng)化等負(fù)面生態(tài)效應(yīng)。（4）回填地下水在水量上能減少地下水超采的負(fù)面影響，但回填后的使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則不足，如美國(guó)加州行政管理法規(guī)定，人工回灌的再生水需要在地下停留半年以上才能被重新抽取，且抽取水中的回灌水不得超過(guò)50%。整體而言主要源自國(guó)內(nèi)對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉與地下水回灌等再生水水質(zhì)與監(jiān)管要求低于發(fā)達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。3.3 對(duì)污水處理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮地區(qū)與用途的差異性

城市污水處理標(biāo)準(zhǔn)中Ⅱ級(jí)、Ⅰ級(jí)B、Ⅰ級(jí)A依次趨嚴(yán)，但單靠提高排放標(biāo)準(zhǔn)易形成高能耗去碳氮磷的綜合環(huán)境負(fù)效應(yīng)，難以完成節(jié)能減排目標(biāo)。河南省內(nèi)各地區(qū)水資源稟賦、水體污染情況、污水處理難度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等差異明顯，制定排放或回用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可考慮差異性，如Ⅰ級(jí)A這一高耗能標(biāo)準(zhǔn)，可用于回用水、高標(biāo)準(zhǔn)水體排放水等;Ⅰ級(jí)B可用于如流域、生態(tài)水體或綠化等;Ⅱ級(jí)（無(wú)重金屬）保留NP等物質(zhì)用于營(yíng)養(yǎng)物還田，農(nóng)用。如美國(guó)不同州執(zhí)行不同標(biāo)準(zhǔn)，甚至同一州不同地區(qū)根據(jù)環(huán)境承受能力的標(biāo)準(zhǔn)也有差異。

4 主要結(jié)論

河南省面臨資源性缺水與水質(zhì)型缺水雙重困境，地表水資源下降，地下水蓄變量?jī)魷p少，水質(zhì)退化等使河南省水資源脆弱性提升，李倩等（2015）基于PSR理論對(duì)河南省水資源脆弱性進(jìn)行量化測(cè)算，2008-2013年河南省水資源脆弱性系數(shù)由0.4141波動(dòng)增長(zhǎng)至0.4858，由弱脆弱緩慢提升至中脆弱[9]。主要原因是河南省以粗放式直接獲取水資源，忽略水資源有序利用與合理開(kāi)發(fā)。緩解水源壓力，減少水體污染的有效途徑之一就是城市污水回用。與其他非常規(guī)水源相比，污水流量穩(wěn)定、可得性高，綜合成本較低，且國(guó)內(nèi)外均有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為參考。但受限于排放為主與規(guī)模限制，再生水價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)性不足，且對(duì)回用的長(zhǎng)期影響缺乏實(shí)驗(yàn)研究與政策引導(dǎo)，處理標(biāo)準(zhǔn)的“一刀切”也忽略了地區(qū)與用途的差異性。

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收稿日期：

作者簡(jiǎn)介：張程炯（1985-），男，漢族，本科，工程師，研究方向?yàn)槭姓┧?/p>