北極星水處理網訊:非常規水資源在增加供水量、減少汙染排放、提高用水利用率、從災害化向資源化轉變等方面具有重要作用。本文介紹了再生水、海水淡化水、雨洪水三種非常規水源的國內外應用現狀和回用途徑，針對我國目前存在問題分別提出了對策建議。
我國是世界上水資源匱乏的13個國家之一，雖然我國年均水資源總量居世界第6位，但由於人口眾多，且地域和時空分布不均，致使許多城市處於嚴重缺水的現狀。根據2019年《中國水資源公報》統計，全國水資源總量為23256.7億m3，比常年值偏少16.1%，為1956年以來最少的一年。2019年全國總用水量6107.2億m3，全國人均用水量為454m3。而國際公認的瑞典水文學家馬林·法爾肯馬克對水資源極度短缺的定義為1000立方米/年以下。在我國水資源如此短缺的形勢下，還同時面臨著水資源的汙染問題。《中國環境狀況公報》報導，2018年，全國地表水監測的1935個水質斷面（點位）中，Ⅰ～Ⅲ類比例僅為71.0%。為解決水資源日益尖銳的供需矛盾，傳統開源節流的方式已不足以解決水資源短缺的根本問題，加大非常規水資源開發利用勢在必行。
非常規水資源是指在傳統水利觀念下不被列為開發利用對象的供水水源類型。包括：再生水、海水淡化水、雨洪水等。
1 再生水
再生水是汙水經適當處理後，可達不同水質標準，用於不同途徑，可再生利用的非飲用水。是國際公認的「城市第二水源」。
1.1 國內外應用現狀
目前以美國、日本、以色列、新加坡為代表的多個國家，已成功將再生水回用於各個領域。
美國亞利桑那州在1920年將城市汙水再生利用從試驗研究階段發展到生產應用階段。20世紀60年代，美國大規模建設汙水處理廠回收利用生活汙水。美國環保局於1992年提出再生水回用建議指導書，包括了廢水回用等各個方面。2000年加利福尼亞州汙水再生利用量8.64×108m3。美國洛杉磯市計劃2050年城市再生水利用佔汙水總量的69%，相當於該市總需水量的42%。再生水作為合法的替代水源，成為美國城市水資源的重要組成部分。加利福尼亞州的《水質控制法》規定，當有再生水可以利用時，禁止使用自來水進行綠地澆灌。
日本人口密度差異導致了水資源分配不均，致使有些地區出現了水資源短缺狀況。就此，日本於1955年開始再生水研究利用。至20世紀70年代，瀨戶內海當地汙水回用量達2/3;80年代中期，日本的城市汙水每年有6.3×107m3/d 以上可回收利用。2002年，日本建設了各種中水利用設施2789處，再生水主要用於城市汙水集中處理回用和分散處理回用。
以色列70%的國土為沙漠，水資源極度貧乏，在中水回用方面最具特色，20世紀60年代的汙水回用政策中規定，在汙水沒有用盡的情況下不得採用海淡水，城市的每一滴水都至少回用一次。以色列對水資源管理、利用非常科學，為提高水資源利用率，制定了健全的水資源管理制度並設立了相關機構，在大部分城市建成排汙系統，建立了一系列的工程和非工程措施。1987年以色列利用已有的210個市政汙水回用工程，回用100%的生活汙水和72%的市政汙水。
新加坡水資源人均佔有量210m3，屬於極度短缺。早在1974年新加坡公用事業局（PUB）便開始探索再生水回用。之後建立了新生水廠，其出水可達到直接飲用的要求，2003年已成為新加坡供水來源之一。目前新加坡的四座大型新生水廠每天可提供120多萬方新生水，佔自來水供應量的20%左右。新生水各項技術指標均超過一般自來水，高出世界衛生組織規定的國際飲用水一般標準50倍，得到了新加坡居民的一致認可。
除此之外，波蘭、沙烏地阿拉伯、巴西、墨西哥、秘魯、智利、突尼西亞、阿根廷等國的汙水再生利用也較普遍。
我國早在20世紀50年代開始採用汙水灌溉，但近30年才真正將汙水深度處理回用發展起來的。在汙水處理回用方面，我國從「六五」至「九五」先後開展了多項重點科技攻關計劃，取得了大量的實際經驗和研究成果。至「十五」，綱要明確提出汙水回用進入全面啟動階段。根據《中國水資源公報》統計，2019年我國汙水處理回用量32.9億m3。相比而言，我國對再生水的利用，無論從處理規模、技術、效果，還是利用範圍仍存在較大差距。
1.2 再生水回用途徑
目前，各國對再生水的主要應用途徑為：景觀用水、河道補給、冷卻用水、工業生產、農林灌溉、市政雜用、綠化澆灑、地下水回灌等。
美國對再生水的利用，按照用水量依次為農業灌溉、景觀灌溉、工業回用、地下水回灌、景觀補水。美國加利福尼亞州2009年8.94億m3的再生水，有47%回用於城市綠地或農業灌溉;佛羅裡達州有超過40%的再生水用於景觀灌溉。
日本2010年再生水不同用途回用比例為景觀用水和河道補給佔54%，融雪用水佔21.8%、農業灌溉用水佔8.6%、服務業用水佔8%、衝廁用水佔3.8%、工業用水和綠化佔0.8%、市政用水佔0.4%。日本對再生水的利用方式主要為景觀河道，20世紀80年代，日本便通過補水復活了150餘條無固定水源小河的景觀功能。
以色列的再生水主要應用於農業灌溉、地下水回灌和河道補給，所佔比例分別達到46%、33.3%、20%。三項之和已超過99%。
新加坡再生水主要應用於高精工業、製藥業和冷卻系統用水，部分再生水經處理後通過與給水水源混合，間接用於飲用。
我國已在景觀環境、工業、農林、地下水回灌等多領域進行再生水的利用研究。其中，將再生水用於景觀環境，主要是用於河湖補水，「十二五」期間，天津生態城的靜湖補水構建了一整套體系方案，到目前為止水質保持良好，但是也有一些湖泊補充再生水後出現嚴重的水華現象，因此不同河湖水質對應的再生水補水標準，仍需進一步研究。農林用水主要指農林灌溉用水，但是由於我國城鎮汙水成分複雜，常含威脅人體健康的有毒有害物質，從而限制了再生水用於農田灌溉的發展，目前，隨著汙水廠提標改造的進行，許多大型化工、印染等工業廢水已禁止作為汙水來源。將再生水回灌地下水對水質有較高的要求，為防止地下水汙染，回灌前必須去除有毒有害物質，目前我國對再生水回灌地下水的技術研究仍處於起步階段。再生水的城市雜用主要用於衝廁、道路清掃、城市綠化、車輛衝洗、建築施工和消防用水，城市雜用水與人體有最為直接的接觸，目前延用的城市雜用水質標準，並未涉及病毒微生物等毒性指標，尚需進一步完善。
此外，我國2013年頒布的《城鎮排水與汙水處理條例》明確規定，工業生產、城市綠化、道路清掃、車輛衝洗、建築施工以及生態景觀等，應當優先使用再生水。
2 海水淡化水
海水淡化，是指利用海水脫鹽技術生產淡水，以增加水資源總量。
以色列70%的飲用水來自海水淡化水;美國的海水利用主要用於市政，佔89.5%;沙烏地阿拉伯是目前全球最大的海水淡化生產國，2010年產量達到11億m3，世界海水淡化的產量大約是5000萬m3/d。其中，中東地區佔55%，美國佔15%，歐洲佔9%，亞洲佔8%，中國海水淡化產水量不足20萬m3/d，不到世界總量的3‰。
我國海水淡化受政策、技術和價格等因素影響，發展速度相對其他國家緩慢，自「十五」期間把海水淡化列為示範項目以來，已先後在天津市、大連市、青島市和浙江省建設了一批海水淡化項目。直至「十一五」期間海水淡化產業才開始擴大。根據2019年《中國水資源公報》統計，我國海水淡化水量目前為1.0億m3。
目前海水淡化的方法有幾十種之多，但根據淡化原理可劃分為蒸餾法、膜法、電滲析法和冷凍法4種類型，每種類型又可細分為不同處理方法，其中應用最多、也最為普遍的處理方法是多級閃蒸（MSF）和反滲透（RO）。能耗是影響海水淡化成本的直接因素。隨著膜技術的大量推廣，海水淡化的能耗指標降低了90%左右，其成本隨之大為降低。國外大部分海水淡化廠採取水電聯產的方式，從而降低成本，這也是目前大型海淡工程的主要建設模式。目前，我國海水淡化成本已經降到4～7元/m3。如果進一步開展海水綜合利用，如把淡化後的濃鹽水用來製鹽或提取化學物質，則海水淡化成本還可大大降低。
3 雨洪水
隨著經濟的快速發展，我國許多綠色地塊變成了高樓大廈、硬質路面，面對汛期時的暴雨襲擊，缺乏相應的排澇能力，很多城市相繼出現馬路上「划船」的現象，城市低洼處更是存在被淹的風險，居民的人身、財產受到侵害，同時，用電設施也會成為一大隱患。雨洪水水質較好，若僅強調疏、排，則造成了水資源的浪費。近幾年隨著海綿城市的建設，很多地區遵循「滲」、「滯」、「蓄」、「淨」、「用」、「排」六字方針，將雨洪水從災害化向資源化轉變，最大可能的滿足用水需求，實現社會經濟和環境改善的雙重目標。
發達國家對雨水利用的重視始於20世紀60年代，通過技術研究和制定相關法律、法規，逐步實現城市雨水資源化。目前，發達國家已建立了完善的屋頂蓄水系統和由入滲池、井、草地、透水地面等組成的地表回灌系統，將收集的雨水回用於衝廁、洗車、澆灑庭院、洗衣和回灌地下等，雨水資源化技術及程度較高。在愛爾蘭，國民94%的水源供應可由GW和DRWH系統處理的雨水替代。英國的SuDS和澳大利亞的WSUD在本國雨水資源化利用與管理實施中也起到了較好的成效。
我國城市雨水資源化研究與利用嚴格來說，始於20世紀80年代，為解決西北地區乾旱缺水的問題，我國開始實施雨水利用工程，如甘肅省的「121」工程和集雨節灌工程、寧夏回族自治區的水窖節灌工程等，雨水集蓄利用形成了一定的規模。20世紀90年代，水資源緊缺和生態問題隨著城市化發展越發顯現，北京、上海、哈爾濱、大連、西安等城市也加入了雨水集蓄利用的行列，並且在雨水資源化利用的研究和示範應用方面積累了一定經驗。針對雨洪的季節性和區域性差異，完善區域本底情況調研，結合海綿城市建設，進一步合理規劃雨洪水資源利用，完善相關協調製度。目前，根據《中國水資源公報》統計，2019年我國集雨工程水量10.9億m3。
4 結語
伴隨著經濟的不斷發展和人民對美好生活的嚮往，在常規水資源日漸珍貴的今天，對非常規水資源合理開發利用、制定相應標準、建立相關協調機制的需求更加凸顯，已成必然之舉。同時健全非常規水資源利用相關的法律法規和水價體系，並向社會進行普及推廣，可為水資源的最大化利用提供有效保障。
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