美國橙郡約有300萬居民，約75%的飲用水水源來自于橙郡地下水盆地（OrangeCountyGroundBasin）。地下水盆地每年都需要來自于SantaAna河等周邊水系及降雨的補(bǔ)給才能維持穩(wěn)定的供水能力。自20世紀(jì)90年代，加州已經(jīng)開始經(jīng)歷干旱，當(dāng)時(shí)有專家預(yù)測加州每十年就可能會(huì)遭遇三次嚴(yán)重旱情，橙郡地下水盆地面臨著無法得到有效補(bǔ)給的嚴(yán)重威脅。然而，橙郡當(dāng)?shù)氐挠盟枨髤s與日俱增，橙郡水管理局（OrangeCountyWaterDistrict,OCWD）的21世紀(jì)水廠急需擴(kuò)建。

除了干旱問題，橙郡還一直飽受海水入侵的困擾，橙郡衛(wèi)生管理局（OrangeCountySanitationDistrict，OCSD）當(dāng)時(shí)打算投資2億美元建造一個(gè)入海河口來應(yīng)對(duì)海水入侵。橙郡水管理局的21世紀(jì)水廠在將污水回用于海水入侵防治上有豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此，其決定與橙郡衛(wèi)生管理局合作，在21世紀(jì)水廠建立全新的地下水補(bǔ)給系統(tǒng)（GroundwaterReplenishmentSystem，GWRS），希望該系統(tǒng)不但能滿足橙郡北部和中部地區(qū)的用水需求，同時(shí)也能補(bǔ)給地下水，解決海水入侵問題，保護(hù)當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境。經(jīng)過十幾年的設(shè)計(jì)和建造，該地下水補(bǔ)給系統(tǒng)于2008年1月開始運(yùn)行，是目前世界上最大的回用水間接用于飲用水和用于生態(tài)補(bǔ)給的污水凈化項(xiàng)目。

圖：橙郡地下水補(bǔ)給系統(tǒng)GWRS

地下水補(bǔ)給系統(tǒng)

2.1三段深度凈化工藝

GWRS地下水補(bǔ)給系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過二級(jí)處理的污水采用了微濾、反滲透和紫外線-過氧化氫的三段深度處理工藝進(jìn)行深度處理，再將其回注到地下含水層中，之后再進(jìn)一步被用于周邊地區(qū)居民的飲用水供應(yīng)。

圖：GWRS深度處理系統(tǒng)工藝流程圖

三段深度凈化工藝保證了GWRS生產(chǎn)的再生凈化水在主要污染物、消毒副產(chǎn)物、藥品、激素等指標(biāo)上達(dá)到甚至優(yōu)于聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)。二級(jí)處理出水在進(jìn)入GWRS系統(tǒng)前會(huì)先經(jīng)過過濾器和次氯酸鈉的處理，以減少其中的生物附著物堵塞和污染微濾膜。GWRS凈化水水質(zhì)非常好，這一系統(tǒng)每天可以生產(chǎn)37.9萬立方米高品質(zhì)凈化水，和其他水源一起為橙郡的地下水補(bǔ)給，同時(shí)滿足橙郡北部和中部85萬居民的用水需求。

2.2海水入侵屏障

除了三段深度處理工藝單元，工程還設(shè)有一條連接各個(gè)流域補(bǔ)給處理設(shè)備的管線以及一道防止海水入侵的屏障。地下水補(bǔ)給系統(tǒng)在防止海水入侵方面發(fā)揮了重要作用。隨著河流湖泊中越來越多的水被使用，海水入侵的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。地下水補(bǔ)給系統(tǒng)每天生產(chǎn)的37.9萬立方米水中有13.2萬立方米被注入了沿海的壁壘井成為了防止海水入侵的屏障。

圖：GWRS將部分凈化水注入沿海的壁壘井，形成了一道防止海水入侵的屏障

2.3投資收益

橙郡地下水補(bǔ)給系統(tǒng)項(xiàng)目總投資約為4.81億美元，其中約9.28千萬美元都是來自于地方、加州和聯(lián)邦政府的補(bǔ)貼，另外3.88億美元由OSCD和OCWD共同出資。項(xiàng)目每年的總運(yùn)行費(fèi)用約為4千萬美元，其中能源成本占1.5千萬美元，化學(xué)藥劑占6百萬美元，膜和紫外線燈等設(shè)備替換占5百萬美元，運(yùn)行和管理人員成本占9百萬美元。

南加州城市水務(wù)管理局（MetropolitanWaterDistrictofSouthernCalifornia）會(huì)購買項(xiàng)目生產(chǎn)的凈化水以供給南加州的其他城市和地區(qū)。橙郡地下水補(bǔ)給系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行為保障加州的水供應(yīng)和滿足居民用水需求做出了重要貢獻(xiàn)，南加州城市水務(wù)管理局也因此決定將連續(xù)12年為項(xiàng)目提供每年7.5百萬美元的補(bǔ)貼。

如果不考慮各種形式的補(bǔ)貼和各方的無償貢獻(xiàn)對(duì)項(xiàng)目成本的實(shí)際減免效果，GWRS生產(chǎn)的凈化水的成本約為0.69美元/立方米，如果將補(bǔ)貼和無償貢獻(xiàn)的減免效果考慮進(jìn)來，凈化水的成本僅約為0.43美元/立方米。但是，即使是0.69美元/立方米的成本價(jià)格，如果與從其他地區(qū)調(diào)水或海水淡化相比，GWRS凈化水仍然是更加低廉的供水選擇，而且其能更有效地應(yīng)對(duì)干旱，能更加可靠地保障地區(qū)供水安全。

社會(huì)影響

城市和用戶對(duì)水量、水質(zhì)和自然生態(tài)保護(hù)的需求促使了橙郡供水和地下水補(bǔ)給系統(tǒng)的形成和發(fā)展。地下水補(bǔ)給系統(tǒng)項(xiàng)目很好地體現(xiàn)了美國加州在對(duì)地下水補(bǔ)給和回用工程的監(jiān)控和運(yùn)行方面不斷更新的法規(guī)政策。在計(jì)劃擴(kuò)建之前，項(xiàng)目相關(guān)人員已經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)政策進(jìn)行了分析研究，以確保升級(jí)改造的相關(guān)需求能夠得以實(shí)現(xiàn)。例如，在地下水力停留時(shí)間和單元過程監(jiān)控方面要求的變化可能會(huì)影響地下水補(bǔ)給系統(tǒng)的運(yùn)行，因此需要持續(xù)地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，以確保其符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)要求。事實(shí)上，地下水補(bǔ)給系統(tǒng)出產(chǎn)凈化水的水質(zhì)已經(jīng)超過了加州和聯(lián)邦的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

在社會(huì)層面，橙郡水管理局為獲得公眾對(duì)水項(xiàng)目的支持作出了巨大努力。地下水補(bǔ)給系統(tǒng)項(xiàng)目在2010年接待了約4千名市民前來參觀，并為對(duì)項(xiàng)目感興趣的人們提供了講解。社區(qū)的大力支持是這些水項(xiàng)目能夠取得成功的關(guān)鍵因素之一。對(duì)水回用積極意義的公共宣傳早在地下水補(bǔ)給項(xiàng)目設(shè)計(jì)開始前的1997年就已經(jīng)開始。由10人組成的水務(wù)處董事會(huì)是通過市民選舉產(chǎn)生的，公眾因此可以在不同層面上參與到有關(guān)項(xiàng)目的決策當(dāng)中。

橙郡地下水補(bǔ)給系統(tǒng)項(xiàng)目在世界上得到了廣泛贊譽(yù)。因?yàn)樵诘叵滤芾恚赜孟冗M(jìn)技術(shù)應(yīng)用上以及公共政策和社區(qū)宣傳上的貢獻(xiàn)，該項(xiàng)目曾獲得了2014年李光耀水獎(jiǎng)（LeeKuanYewWaterPrize）、2009年由美國土木工程協(xié)會(huì)頒發(fā)的杰出土木工程成就獎(jiǎng)（OutstandingCivilEngineeringAchievementAward）、2008年的斯德哥爾摩工業(yè)水獎(jiǎng)（StockholmIndustryWaterAward）、2008年由水回用協(xié)會(huì)頒發(fā)的水循環(huán)機(jī)構(gòu)年度大獎(jiǎng)（WaterRecyclingAgencyoftheYearAward）等國際大獎(jiǎng)。

編輯：李艷茹