1.4　中水回用必須低碳、節(jié)能才有意義

天然河流的勢(shì)能被利用來(lái)發(fā)電是19世紀(jì)以來(lái)最偉大的發(fā)明之一，由火力發(fā)電（利用熱能）到水力發(fā)電（利用勢(shì)能）是一大革命。世界上第一座水力發(fā)電站于1878年在德國(guó)建成。水力發(fā)電最大的功績(jī)是將發(fā)電的運(yùn)行費(fèi)用大大降低，不用燃煤或燃油，減少能源的消耗，勢(shì)能可取之不盡、用之不竭，并且是無(wú)煙工業(yè)，無(wú)環(huán)境污染。水力發(fā)電很快占領(lǐng)了電力工業(yè)的很大一片領(lǐng)地。

天然河流的勢(shì)能被利用來(lái)進(jìn)行大氣復(fù)氧，并應(yīng)用于污水處理好氧工藝，被稱為“勢(shì)能增氧生態(tài)凈化工藝”，世界上第一座應(yīng)用“勢(shì)能增氧生態(tài)凈化工藝”處理污水的工程——“南京臘梅食品廠污水處理工程”于2000年在中國(guó)建成，詳見(jiàn)第2章。其最大的功績(jī)是將污水處理的運(yùn)行費(fèi)用大大降低，不用鼓風(fēng)曝氣，減少能源的消耗，無(wú)環(huán)境污染等，也必將很快占領(lǐng)生態(tài)環(huán)境凈化的很大一片領(lǐng)地［在平原地區(qū)當(dāng)電費(fèi)為0.6元/（kW·h）時(shí)，只需≤0.30元/噸的直接運(yùn)行費(fèi)用，就可將生活污水處理達(dá)到地表水Ⅳ～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)］。

我國(guó)是水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家之一，我國(guó)人均水資源擁有量?jī)H為2250m³/（人·年），不足世界平均水平的1/4。在我國(guó)600多個(gè)城市中，有300余座城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有100余個(gè)，年缺水量近6.0×10⁹m³，每年因?yàn)槿彼斐山?jīng)濟(jì)損失約2000億元人民幣。特別是華北地區(qū)的大部分城市幾乎都面臨缺水問(wèn)題，日益嚴(yán)重的水污染不僅降低了水體的使用功能，進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾。

水污染防治已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵保障。因此，除了要研究“節(jié)水”，建立節(jié)水型社會(huì)外，還必須要研究生活污水再生技術(shù)（可再回用70％～80％），這對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

1.4.1　中水和回用水

中水定義：“中水”一詞是相對(duì)于上水（給水）、下水（排水）而言的。中水回用技術(shù)系指將小區(qū)居民生活廢（污）水（沐浴、盥洗、洗衣、廚房、廁所，一般都是使用自來(lái)水運(yùn)作）集中處理后，達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)回用于小區(qū)的綠化澆灌、車輛沖洗、道路沖洗、家庭坐便器沖洗等，從而達(dá)到節(jié)約自來(lái)水用水的目的。

回用水和中水是有差別的，工業(yè)廢水的回用水，水質(zhì)要求比較低，一般采用消毒過(guò)濾即可滿足要求，本書對(duì)回用水不作深入探討。部分城市的中水再回用的工程實(shí)例見(jiàn)表1-7。

中國(guó)可開(kāi)發(fā)利用的水資源大部分已開(kāi)發(fā)利用，新增水源不是開(kāi)發(fā)難度大，就是開(kāi)發(fā)成本高，水資源緊缺形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。因此，實(shí)施中水回用是提高中國(guó)水資源利用率的必要措施之一。

中國(guó)共產(chǎn)黨十八大提出到2021年要實(shí)現(xiàn)全民小康。隨著全民小康的實(shí)現(xiàn)，人民更需要進(jìn)一步提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。全國(guó)都在實(shí)施城市綠化和環(huán)境美化，這就需大量綠化用水、景觀用水、澆灑用水等。這些大量的水源從哪里來(lái)？中國(guó)是一個(gè)水資源緊缺的國(guó)家，如果能夠?qū)⒊鞘猩钗鬯M(jìn)行處理達(dá)到中水，就能夠進(jìn)一步滿足生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的水源需要。

中水回用也可以作為農(nóng)業(yè)灌溉用水。因?yàn)樘幚磉_(dá)到中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)大大地超過(guò)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005）中的灌溉水質(zhì)要求，因此中水均可用于農(nóng)田灌溉。

1.4.2　中水回用狀況

日本1962年開(kāi)始中水回用，20世紀(jì)70年代已經(jīng)初具規(guī)模，1991年“造水計(jì)劃”中明確將污水回用再生技術(shù)作為最主要的開(kāi)發(fā)研究?jī)?nèi)容給予資助。

1950年美國(guó)污水研究者俱樂(lè)部，利用模型進(jìn)行了污水深度處理試驗(yàn)研究。1965年將其成果應(yīng)用于加利福尼亞州南塔湖污水處理廠。2000年加利福尼亞州污水再生利用量達(dá)到8.64×10⁸m³。

以色列是污水再生利用方面最具有特色的國(guó)家之一。此外，俄羅斯、西歐各國(guó)、印度、南非和納米比亞的污水再生利用也比較普遍。

我國(guó)近10年來(lái)中水回用發(fā)展比較快，但還是處于發(fā)展的初期階段，這首先是由于人們對(duì)中水的理解問(wèn)題。日常生活中，人們對(duì)水的概念僅僅局限于清潔水和污水，而對(duì)中水的認(rèn)識(shí)和了解十分有限，在使用時(shí)，對(duì)其水質(zhì)存有很大顧慮，總是擔(dān)心水體中含有超標(biāo)工業(yè)污染物，不敢放心使用，這是障礙之一。

其次是由于中水自身的水質(zhì)問(wèn)題。在中水處理方法上，現(xiàn)有的工藝技術(shù)還不能完全過(guò)關(guān)。不能夠明顯地比自來(lái)水優(yōu)越。大多數(shù)中水回用的水質(zhì)不穩(wěn)定，使得回用的中水水量、水質(zhì)均難以保證用戶正常使用。

第三，相應(yīng)法規(guī)政策還需完善。目前國(guó)家只出臺(tái)了一個(gè)《關(guān)于加強(qiáng)工業(yè)節(jié)水工作的意見(jiàn)》的政策，關(guān)于中水回用標(biāo)準(zhǔn)，目前只出臺(tái)了《城市污水再生利用》系列7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。還需出臺(tái)更多政策以提高對(duì)于中水回用的指導(dǎo)和促進(jìn)。

第四，中水設(shè)施建設(shè)資金短缺。中水工程一次性耗費(fèi)巨大，且投資資金回籠很慢。而且與中水配套的管道網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后，很多城鎮(zhèn)污水處理廠處理之后的中水只能浪費(fèi)，造成資金和人力損失。降低一次性投資，大大地減小運(yùn)行費(fèi)用，加快投資資金回籠，促使很多企事業(yè)單位愿意為此投入成本；做到低碳、節(jié)能，才能擴(kuò)大中水回用的領(lǐng)域，緩解水資源緊缺的局面。

中水回用是一項(xiàng)保護(hù)水環(huán)境、保障水資源可持續(xù)利用的重要舉措，功在當(dāng)代、利在千秋，是促進(jìn)中國(guó)水資源利用逐步步入良性循環(huán)軌道的一條有效途徑，是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重大措施，對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。

1.4.3　中水回用的方法

中水回用的方法可以分為以下三大類。

1.4.3.1　物理處理法

常用的物理處理法有膜濾法，適用于水質(zhì)變化大的情況。

近年來(lái)應(yīng)用MBR方法處理達(dá)標(biāo)中水，已經(jīng)有了大量推廣的趨勢(shì)，本書將在4.2.2.1節(jié)中對(duì)于MBR方法進(jìn)行專門介紹。

與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比，MBR具有以下主要特點(diǎn)：處理效率高、出水水質(zhì)好；占地面積小；易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。

膜生物反應(yīng)器（MBR）的優(yōu)點(diǎn)：高效地進(jìn)行固液分離。

膜生物反應(yīng)器（MBR）的缺點(diǎn)：存在較高的運(yùn)行費(fèi)用問(wèn)題。膜生物反應(yīng)器的材料截留分子量越大，初始膜通量越大，但長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成膜堵塞。特別是一體式膜生物反應(yīng)器，它實(shí)質(zhì)上是一種死端過(guò)濾的方式，無(wú)法把被截留的溶質(zhì)及時(shí)帶走。

MBR很可能成為21世紀(jì)污水處理最實(shí)用技術(shù)，是替代傳統(tǒng)技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

1.4.3.2　物理化學(xué)法

物理化學(xué)法適用于污水水質(zhì)變化較大的情況。

當(dāng)污水水質(zhì)變化較大時(shí)，膜生物反應(yīng)器（MBR）就難以應(yīng)對(duì)。一般采用的方法有砂濾、活性炭吸附、浮選、混凝沉淀等。

1.4.3.3　生物處理法

生物處理法適用于有機(jī)物含量較高的污水。一般采用活性污泥法、接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤等生物處理方法。或是單獨(dú)使用，或是幾種生物處理方法組合使用。

現(xiàn)將已建成的中水再回用的工程實(shí)例摘引見(jiàn)表1-8。由表1-8中水回用處理設(shè)備可知：其中3項(xiàng)的單位投資費(fèi)用可達(dá)萬(wàn)元以上。青島海泊河污水廠和天津開(kāi)發(fā)區(qū)的單位投資費(fèi)用為2252元/m³和2400元/m³，它們都是在城市污水廠為水源的基礎(chǔ)上進(jìn)行處理，若加上建立城市污水廠的投資費(fèi)用，則總單位投資費(fèi)用將達(dá)4000元/m³以上，智能型中水回用設(shè)備的單位投資費(fèi)用也要3000～3500元/m³。

1.4.4　一種低碳、節(jié)能的中水回用工程實(shí)例

沖洗垃圾車污水處理再回用工程的建立是南京市下關(guān)區(qū)環(huán)衛(wèi)所一項(xiàng)節(jié)能減排的重大舉措，是低碳、節(jié)能的中水回用工程實(shí)例。該所使用的垃圾車輛很多，以往用自來(lái)水沖洗車輛，自來(lái)水耗量很大。并且由于南京市下關(guān)區(qū)環(huán)衛(wèi)所位于南京幕府山麓，距城市排水管網(wǎng)很遠(yuǎn)，沖洗垃圾車的污水無(wú)法輸送。將沖洗垃圾車的污水處理為中水，再回用洗車，是一項(xiàng)節(jié)能減排的重大舉措。

應(yīng)用“勢(shì)能增氧生態(tài)凈化工藝”后，將沖洗垃圾車的污水處理為中水，再回用洗車，解決了污水問(wèn)題，帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)：該設(shè)施水泵功率為0.75kW·h，運(yùn)行12min，停6min，每小時(shí)實(shí)際運(yùn)行40min，每日耗電12度×0.6元/度=7.2元/d；日處理水量50m³，運(yùn)行費(fèi)用為0.144元/m³；自來(lái)水水費(fèi)3.00元/m³，節(jié)水凈效益2.856元/m³=142.8元/d；一年（按300天計(jì)算）凈效益達(dá)42840元，全年節(jié)水（按50m³×0.8計(jì)算）12000m³。詳見(jiàn)第2章。