再生水集中和分散處理與供水模式的歷史進程

2020-12-06 中國水網

汙水再生處理與供水模式可以分為集中模式和分散模式。集中和分散兩種模式各有利弊，科學合理的方案是集中與分散相結合，因地制宜，互為補充。

本文以再生水系統發展比較成熟的美國和日本為例，對比分析了再生水集中和分散處理模式的發展進程和特點。同時，結合北京市小區分散式處理系統的發展過程，對我國特別是北京市分散模式的現狀進行了總結，從建設、設計、運行和管理等方面指出了目前北京市住宅小區中水處理存在的主要問題。

目前國際上特別是在城市和人口密集的地區，主要採用集中模式。當集中收集系統難以實施或者有特定需求的情況下才會選擇分散模式。分散模式通常在城鄉結合部、農村和偏遠區域使用。然而，分散模式面臨的挑戰是分散設施的可靠性，包括運行維護可靠性差、缺少替代系統、水質和水量變化大等問題。

國際上再生水系統發展比較成熟的國家有美國、日本、歐洲部分國家、以色列、新加坡等。美國、歐洲等國家主要致力於城市汙水處理廠出水經深度處理後回用於工業、農業等，多發展城市集中式系統，而分散式建築中水和小區中水則相對較少。日本則根據本國情況，在發展集中模式的同時也大力發展了建築物中水系統，回用作為大型建築雜用水，是國際上相對來說分散模式應用比較好的國家。

1、美國汙水集中式和分散式處理模式的歷史進程

19世紀80年代中期

美國真正意義上的汙水處理廠始建於19世紀80年代中期，由地方政府負責建設經營;

20世紀初期

地方政府採取與私營公司籤訂長期合同的方式共同經營;

1958年

開始研究三級處理，當時己擁有10萬m3/d以上處理能力的三級處理廠數座;

20世紀70年代

新廠建設和舊廠改、擴建的高峰期;

1984年

國己擁有不同規模的城市汙水處理廠2 300多座，其中一級處理廠約佔14%，二級處理廠約佔81%，三級處理廠約佔5%;

1987年

美國開始實施《清潔水法》;

1972~1990年

聯邦政府將超過620億美元的汙水處理投資用於集中式汙水處理設施的建設和升級改造;

到2010年

美國約有16583座汙水處理廠。

2000年，美國環保署(EPA)對其投資所建的一批汙水處理廠進行過調查，發現有50%的汙水處理廠出水水質達不到標準，這主要是由於設計和操作兩個因素造成的。

自1920年亞利桑那州修建了第一個分質供水系統，用於澆灌綠地、衝廁、洗車、冷卻水和建築以來，美國的城市汙水再生利用已經從試驗研究階段進入生產應用階段。美國再生水利用的範圍涉及農業、工業、地下水回灌和娛樂等方面，其比例大致為：62%用於各種灌溉和景觀，31.5%用於工業，5%用於地下回灌，1.5%用於娛樂和漁業等。美國再生水利用的突出特點是集中處理回用，很少直接用於城市生活雜用。再生水利用工程主要分布於水資源短缺、地下水嚴重超採的西南部和中南部的加利福尼亞、亞利桑那、德克薩斯和佛羅裡達等州。

美國的分散式汙水處理源於19世紀中葉使用的就地汙水處理系統(OWTSs)，當時在美國將近有1800萬套住宅(約佔住宅總數的25%)。

20世紀70年代開始，對不同類型的分散式處理系統進行了試驗，80年代在數百個小型社區同時建設集中和分散式處理設施。從90年代起，由於集中式汙水處理對分散在城市區域外圍的住宅來說成本太高，聯邦政府開始尋找可替代集中式汙水處理系統的方法，鼓勵各州、地方政府根據具體的土壤、地質條件嘗試使用各種類型的分散式處理系統。到1990年，約有2 500萬個家庭使用就地處理系統。2008年，在美國估計在全部1.15億套住宅中，接近23%的住戶使用了就地處理系統。

不同地區就地處理系統普及率不盡相同，例如在佛蒙特州達55%，而在加利福尼亞州則只有10%。據估計美國國土面積中僅有32%的土壤適合作為就地處理系統的過濾系統，因此有許多就地處理系統實際建在了不適合土壤吸收的地區，而失效的就地處理系統往往成為許多流域或地下水源中汙染物的主要來源，如在切薩皮克海灣項目中發現，進入就地處理系統中的氮有55%~85%都滲入地下水。

一份全國範圍內的調查報告顯示，僅1993年的系統失效案例就高達90632個。美國普查局1997年的調查顯示，在3個月的調查期內估計有403000個住宅化糞池曾有過失效的記錄，其中31000個發生過4次或以上的失效記錄。就地汙水處理系統失效的主要原因被歸結為：不適宜的選址、不合適的設計、不恰當的安裝、不規範的操作/維護，而且缺乏強有力的法規支持。

為了能更好地解決目前分散式汙水處理中遇到的問題和挑戰，並作出長遠規劃，USEPA委託美國水環境研究基金會於2007年舉辦了美國「分散式汙水處理與利用需求」中長期發展戰略規劃研討會。研討會的主要目的是為美國今後在分散式汙水處理與利用需求方面制定中長期(目標至2025年)研發計劃，並就所需國家研發經費投入與去向等議題規劃並圈定研發範圍。

美國汙水經分散式汙水處理系統處理之後，一般就地利用，改善周圍的水環境，或用於景觀用水。2008年美國東北大學Novotny教授提出的有關城市分散式水系統的新概念正受到許多城市規劃者與決策者的關注，這一概念強調以完整的城市水系統、景觀、基礎設施和給水處理、汙水處理與回用及水量分配一體化，具有典型的分散式特徵。分散式汙水處理與再利用這一議題成為了目前國內外的研究熱點，美國居民分散式處理之後，再利用的途徑較少，但針對於酒店等處理量較大的分散式系統，汙水再利用的情況我們了解的較少。

2、日本再生水利用模式的歷史進程和模式

日本為海洋環繞的島國，雨量充沛，水資源相對豐富，人均水資源擁有量為3300 m³。20世紀50年代中期起，隨著日本經濟進入高速發展期，生活用水和工業用水需求量日益增加，造成日本部分地區特別是一些大中城市頻發嚴重的缺水、斷水現象，迫使日本各地大力修建水庫和人工引水渠，開展大規模的水資源開發，但由此也引發公眾對生態破壞的擔憂，新建水庫選址變得越來越難。60年代起，日本國內開始出現汙水再生利用。80年代起，日本政府開始在水資源短缺地區推廣再生水利用，同時在當時的通產省下設專門從事汙水再生利用技術開發和推廣的機構「財團法人造水促進中心」。1994年，日本列島降雨量少，引發乾旱，九州北部到關東地區出現嚴重的缺水現象。以此為契機，再生水利用再次得到重視，以一些缺水城市(東京、橫濱、福岡、北九州等)為中心，先後開展了汙水再生利用工作，再生水利用設施數量也隨之增加。

編輯：李丹

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