龍騰銳 　何 強
重慶建筑大學

　　1. 節(jié)水概論

　　隨著社會和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，環(huán)境和資源問題日益突出，水便是其中的主要問題之一。1997年聯(lián)合國水資源會議曾鄭重向全世界發(fā)出警告：“水，不久將成為繼石油危機之后的下一個社會危機”。我國是一個缺水的國家，人均水資源擁有量僅為2150m³/a （按13億人計），不到世界人均水平的四分之一，排在世界第109位。特別是“三北”（東北、華北和西北）地區(qū)和經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)，水的供需矛盾已十分突出。有關資料表明，我國每年因缺水而影響工業(yè)產(chǎn)值已達2300多億元。預計到本世紀末，全國年總需水量將達到700億m³，而缺水量也將達到70億m³，水資源短缺已成為制約我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要因素。
　　1.1 節(jié)水的內(nèi)涵
　　英文表達節(jié)水的概念有兩個，即“Saving Water”和“Water Conservation”。但兩個的意義有所不同。前者指較為具體的節(jié)約用水，后者的含義比較廣泛，不同的學者或研究機構有不同的理解，但都傾向于采用經(jīng)濟的、社會的和技術的手段，以滿足社會利益為目標，提高水資源的利用效率，保持水資源的可持續(xù)利用。我國《節(jié)水型城市目標導則》（1997）中對節(jié)水作了如下定義：“節(jié)約用水指通過行政、技術、經(jīng)濟等管理手段加強用水管理，調(diào)整用水結構，改進用水工藝，實行計劃用水，杜絕用水浪費，運用先進的科學技術建立科學的用水體系，有效地使用水資源，保護水資源，適應城市經(jīng)濟和城市建設持續(xù)發(fā)展的需要”。這里，節(jié)約用水的含義已經(jīng)超越了節(jié)省用水量的意義，它內(nèi)容更廣泛，還包括有關水資源立法、水價、管理體制等一系列行政管理措施。
　　1.2 節(jié)水的意義
　　節(jié)水是一個全球性的問題，即使是水資源相對豐富的國家，如美國，也經(jīng)常發(fā)生供水不足問題，自本世紀30年代至90年代，美國用水人口增加了一倍，而水資源產(chǎn)量卻沒有增加，1990年前后，約22%的大型系統(tǒng)出現(xiàn)了供水短缺。供水不足帶來的損失是巨大的，世界有些城市為了滿足干旱期間的城市用水，不得不關閉城市周圍的農(nóng)場，工業(yè)生產(chǎn)也受到影響。例如美國加利福尼亞的一次干旱中，僅一個縣的損失就數(shù)億美元。目前我國每年因缺水造成了工業(yè)產(chǎn)值的損失外，農(nóng)業(yè)損失更是不計其數(shù)。另外，全球范圍內(nèi)的氣候異常及水體污染，特別是人為造成的水污染，更加劇了本已十分緊缺的水資源。在這種情況下，節(jié)水具有非常重要的意義：
　?。?）可以減少當前和未來的用水量，維持水資源的可持續(xù)利用；
　?。?）節(jié)約當前給水系統(tǒng)的運行和維護費用，減少水廠的建設數(shù)量，或降低水廠建設的投資；
　?。?）減少污水處理廠的建設數(shù)量或延緩污水處理構筑物的擴建，使現(xiàn)有系統(tǒng)可以接納更多用戶的污水，從而減少受納水體的污染，節(jié)約建設資金和運行費用；
　?。?）增強對干旱的預防能力，短期節(jié)水措施可以帶來立竿見影的效果，而長期節(jié)水則因大大降低了水資源的消耗量而能夠提高正常時期的干旱防備能力；
　?。?）具有社會意義，通過用水審計及其它措施，可以調(diào)整地區(qū)間的用水差異，避免用水不公及其它與用水相關的社會問題；
　?。?）具有明顯的環(huán)境效益，除了對野生生物、濕地和環(huán)境美化等方面的效益外，還有維護河流生態(tài)平衡、避免地下水過度開采而帶來地下水污染等方面的效益。

　　2. 國外節(jié)水技術概況

　　無論是美國、歐洲一些相對豐水的國家，還是阿拉伯海灣地區(qū)等貧水國家，節(jié)水作為水資源管理的一項重要活動和內(nèi)容，已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的實施，并形成了一些成熟的節(jié)水方法和技術，主要包括工業(yè)節(jié)水、生活用水節(jié)水、供水系統(tǒng)節(jié)水和其他節(jié)水技術。
　　美國是世界上節(jié)水研究最多的國家。早些時候，節(jié)水就已經(jīng)成為干旱和意外缺水的應急措施。到了七十年代，受電力部門節(jié)約用電的影響，節(jié)水在硬件設備和公眾教育等方面都得到了大大的發(fā)展，并成為基本的水管理措施。進入八十年代后，雖然還沒有建立起專門的節(jié)水機構或立法機構，但各州已紛紛開展了節(jié)水運動。1990年，美國召開了由各州主要供水公司參加的“CONSERV90”節(jié)水會議，成為首次全國性的節(jié)水會議和美國節(jié)水史上的里程碑，這次會議對有關節(jié)水的諸多問題，包括物理的、經(jīng)濟的、政治的、政策的等均進行了研究和討論，由此節(jié)水成為了供水管理的一個可行的和永久性的組成部分。目前，各州普遍將節(jié)水和用水量管理視為水資源總體規(guī)劃（Integrated Water Resources Planning）的一個部分。
　　歐洲國家大范圍地實行節(jié)水要晚一些，例如英國比美國晚5～10年左右，英國在1988年建立了“節(jié)水者”公司（Company of Water Conservators），旨在促進節(jié)水和環(huán)境管理的發(fā)展，滿足公眾需求。但直到1996年，才正式規(guī)定將節(jié)水納入供水規(guī)劃中。之后，英國全國各地的公共供水公司紛紛對其用水量和給水規(guī)劃進行評估，節(jié)水工作全面展開。
　　阿拉伯海灣地區(qū)的國家是眾所周知的缺水國家，自1978年以來，海灣合作委員會（GCC）的成員國采用了諸如廢水回用和海水脫鹽等昂貴的替代技術，以滿足不斷增長的需水量，沙特、科威特、卡塔爾和巴林等國由于長期、過量取用地下水，已導致了地下水源過分開采和水質(zhì)變壞等問題。飽受缺水之苦的這些阿拉伯海灣國家都一致在尋求以節(jié)約用水為原則來指導給水規(guī)劃和管理的途徑。目前節(jié)水已涉及到農(nóng)業(yè)、生活和工業(yè)等領域。

　　實例一：Delaware河流流域節(jié)水實踐
　　Delaware河流流域是美國一個包括了四個州的較大流域。長期以來，流域取水主要用于發(fā)電，其次是居民生活用水、工業(yè)用水、高爾夫球場澆灌、畜牧場用水及造雪等。通常取水量為13.3m³/s，6月份高峰取水量達到26.5m³/s。面對這樣大的供水量，Delaware河流流域內(nèi)設立了一個專職部門，即Delaware河流流域委員會--- DRBC（Delaware River Basin Commission），總體負責協(xié)調(diào)和解決區(qū)域性水資源矛盾問題。自80年代起，節(jié)水已成為DRBC在四個州的河流流域供水管理策略的一個有機組成部分。1983年4月，DRBC建立了一個節(jié)水咨詢委員會––––WCAC（Water Conservation Advisory Committee），要求它在以下三方面為DRBC提供咨詢：
　?。?）流域內(nèi)四個州制定的“意外干旱形勢對策”的理由；
　?。?）干旱期間降低用水量的可能方案；
　?。?）控制每天用水量的長期節(jié)水方案。
　　WCAC的成員不僅有來自供水公司的代表，而且包括了其他代表各方面利益的代表。1983至1985年間，WCAC對DRBC所分配的兩項干旱任務予以關注，對干旱防備計劃進行了考察，干旱防備計劃包括鑒別基本用水量、干旱期間應急用水規(guī)定、大宗用戶干旱應急準備和要求、提議的或現(xiàn)存的可以采取節(jié)水措施的法律機構及公眾信息服務等。WCAC的資料表明，1985年高峰用水期間，僅非基本用水一項就達到了15%的節(jié)水效果。1985年后，WCAC的工作重點轉到了第三項，即推薦一個長期節(jié)水計劃以控制每日用水量。長期節(jié)水措施包括立法和教育。DRBC已制訂了6項節(jié)水法規(guī)：水源計量（Source Metering）、服務計量（Service Metering）、漏水檢測及其修復（Leakage Detection and Repair）、室內(nèi)給排水設備節(jié)水性能（Performance of Plumbing）、節(jié)水計劃（Conservation Planning）和水價結構（Rate Structures）等，預計到2020年，整個河流流域可以節(jié)水15.55～26.8萬m³/d。1988年節(jié)約供水和污水處理費用2.5～4億美元。

　　實例二：Kansas州Wichita的節(jié)水實踐

　　節(jié)水和需水量管理是Wichita城市水資源計劃的一個有機組成部分。城市節(jié)水項目已經(jīng)幫助該市延緩了供水量的增加，并減少了新的水源開發(fā)，節(jié)省了本地區(qū)現(xiàn)有的水資源。節(jié)水活動包括公眾宣傳教育、公布景觀澆水條例（以降低澆水量）、公布更新室內(nèi)用水設備條例（以減少生活用水量）、鼓勵工業(yè)冷卻水的回用、加強漏水檢測和修復等。同時實施新的水價體系，即逐級上升的水價結構體系（Inverted water rates structure），用水量每提高一級，單位水費也隨之提高一級。該市的節(jié)水措施預期可以節(jié)約平均日綜合用水量的13%
　　2.1 國外工業(yè)節(jié)水技術
　　城市工業(yè)用水在城市用水中占有較大比例，有時甚至高達70％。因此工業(yè)節(jié)水對于城市節(jié)水具有重大意義。國外發(fā)達國家城市工業(yè)節(jié)水主要在于循環(huán)水和冷卻水。
　　2.1.1 循環(huán)用水
　　循環(huán)用水在美國工業(yè)中得到了廣泛應用，據(jù)報道，加利福尼亞的San Jose在1988和1989年有15個工業(yè)行業(yè)，包括食品工業(yè)、金屬精加工、紙張再處理、電子工業(yè)等，采用循環(huán)用水，總節(jié)水量達56萬m³/a，總經(jīng)濟效益為200萬美元。在這些循環(huán)用水工藝中，有些將工藝過程中的用水回收循環(huán)利用，有些則在排放下水道前經(jīng)預處理后回收利用。事實證明，一個工廠之內(nèi)的循環(huán)用水，允許有較大的水質(zhì)波動范圍（回用于不同的生產(chǎn)工序），因此是首先應該考慮的節(jié)水措施。
　　2.1.2 冷卻塔回用水
　　國外很多公司通過改進冷卻塔給水系統(tǒng)而節(jié)約用水，也有一些大公司如Exel微電子公司、Intel公司等采用臭氧對空調(diào)用水或其它輕度污染水進行處理回用，明顯地減少了廢水排放量。另外，很多工廠通過改進生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設備達到節(jié)約生產(chǎn)用水的目的。
　　2.1.3 設備改進
　　很多工廠通過改進生產(chǎn)工藝的設備而減少用水量。許多公司采用反滲透生產(chǎn)去離子水時，通過采用新材料和改變運行參數(shù)大大減少了反滲透工藝中的流量。Dyna-Craft公司在電鍍部分安裝空氣刀（Air Knife），將電鍍的廢酸洗液吹回到工藝池中，從而減少了清洗水。
　　2.1.4 用水監(jiān)測和雇員教育
　　資料表明，國外十分重視用水量監(jiān)測，大部分工業(yè)監(jiān)測設備較為完善，確保了節(jié)水措施發(fā)揮作用，同時促進降低漏損和杜絕其它浪費用水。除此之外，國外極其重視對雇員進行節(jié)水教育，雇員是節(jié)水運動的主體，他們節(jié)水意識的提高對保證節(jié)水效果是極其重要的。
　　實例三：工業(yè)用水節(jié)水––––美國California的工業(yè)節(jié)水
　　在美國California，平均有18%的城市供水進入制造業(yè)，還有12%的供水進入商業(yè)和服務設施。由于節(jié)水對降低生產(chǎn)成本有潛在作用，許多工業(yè)廠家開始加強廠內(nèi)用水管理和減少用水量。1988～1989年間，California San Jose城有15家工業(yè)開展了節(jié)水。這些工業(yè)大致可分為四種類型：食品工業(yè)、金屬表面處理、紙張再處理、及電子制造等。這些公司節(jié)水總量達1.5億加侖/年，節(jié)水產(chǎn)生的經(jīng)濟效益達200萬美元/年。
　　2.2 國外生活用水節(jié)水及其它節(jié)水技術
　　城市生活用水在城市用水中占有較大份額，例如沙特阿拉伯占47%左右，具有較大的節(jié)水潛力，其節(jié)水技術也研究得最為成熟。目前國外城市生活用水節(jié)水主要注重以下幾個方面。
　　2.2.1 城市生活用水監(jiān)測和用水量估計
　　實行用水量監(jiān)測，是為了了解實際的用水量和用水方式，進而得知供水系統(tǒng)的運行狀況，為合理、公正地確定水價提供依據(jù)。用水量估計主要是通過調(diào)查和評估用水現(xiàn)狀，按照節(jié)水原則合理估計將來的生活用水量。
　　2.2.2 采用節(jié)水型家庭衛(wèi)生器具
　　節(jié)水型衛(wèi)生器具一般是低流量或超低流量的衛(wèi)生器具，研究表明，這種器具節(jié)水效果明顯，用以代替低用水效率的衛(wèi)生器具可平均節(jié)省32%的生活用水。節(jié)水型衛(wèi)生器具包括節(jié)水型便具、節(jié)水型洗滌器具、節(jié)水型淋浴器具等。
　　 2.2.3 家庭草坪澆灌節(jié)水技術
　　據(jù)統(tǒng)計，美國大約有50%的擁有草坪的居民過量澆水，因此具有較大的節(jié)水潛力。該技術通過改進澆水方式、建立不同季節(jié)的澆水規(guī)定、控制澆水時間、選擇抗旱草種等達到節(jié)水目的。1990年美國曾開發(fā)了一個試驗程序，以降雨量和草坪跟部深度為主要影響因素，控制澆水量，結果證明該程序是可信的。
　　2.2.4 水價結構和漏水控制
　　城市生活用水的水價結構反映了水的制造成本、銷售效益和其它效益。居民生活用水的水價是大多數(shù)公司首先關注的問題，因為其份額大且使用群體穩(wěn)定。節(jié)水型水價的研究在美國進行得很多。國外研究證明，漏水控制的節(jié)水效果也是相當明顯的，英國北愛爾蘭在未實行漏水控制之前，每幢建筑物平均漏水量為23-40L/h，在實行漏水控制后，平均漏水降至8～11L/h。
　　2.3 國外其它節(jié)水途徑
　　國外其它節(jié)水技術還包括供水廠節(jié)水、供水系統(tǒng)漏水控制、用水審計、雨水管理、廢水回用、節(jié)水經(jīng)濟激勵、立法、公眾宣傳、水資源一體化規(guī)劃等。
　　供水廠的自用水量一般為5%～10%，主要用于濾池和沉淀池沖洗以及廠區(qū)生活用水，當水廠規(guī)模大時，這部分排水量是相當大的。David A.Comwell等人對水廠廢水循環(huán)利用的可行性進行了研究，結果表明，通過適當處理，將生產(chǎn)過程中的廢水回用到某些位置是可行的，但要注意對 TOC的檢測。
　　漏水的位置主要在主干管、蓄水池、配水管、連接管、衛(wèi)生器具等，同時管網(wǎng)壓力也是一個重要因素，美國和英國都有專門培訓的技術人員對漏水進行管理和控制。
　　1989年，加利福尼亞Concord Constra Costa的供水管理區(qū)進行了用水審計，既包括檢漏等工程措施，也包括使用戶明白自己的用水量和節(jié)水量等綜合性內(nèi)容，該措施的節(jié)水效果估計為3.8萬m³/年。
　　實例四：正確選擇水表大小Boston（Massachusetts）節(jié)水實例
　　Boston水和廢水委員會––––BWSC（Boston Water and Sewer Commission）為Boston一百多萬人提供水和廢水服務。Boston是Massachusetts水資源管理局––––MWRA（Massachusetts Water Resources Authority）的最大用戶，其需水量達到該局總售水量的40%，因此Boston的用水給MWRA帶來相當大的壓力。雖然采取了多種節(jié)水措施，用水量連續(xù)下降，但未計量用水（Unaccounted-for Water）依然高得驚人。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，對于較老的一些城區(qū)，高達20%～30%的未計入水量已是相當普遍。1990年MWRA組成了一個“未計量用水任務行動組”，對未計量用水和不正確計量用水進行了綜合性考察，結果表明，水表的正確計量范圍、讀表、滑動、修復和更換等對用水影響甚大，其中最關鍵的是正確計量。為此，該行動小組專門成立了一個“水表計量范圍降低項目組”，通過減少400多個1.5英寸以上水表的尺寸，節(jié)水量達到43萬加侖/d。除了降低了未計量用水外，僅減小水表尺寸便可取得200萬美元/年的經(jīng)濟效益。

　　3. 國內(nèi)節(jié)水技術概況

　　國內(nèi)的節(jié)水運動始于八十年代初期，經(jīng)過近二十年的努力，取得了較大進展，城市節(jié)水累計達220多億m³。以北京市為例，北京市城市自來水需水量五十年代平均增長了28.98%，六十年代為4.29%，七十年代為6.74%，八十年代為3.1%，91至96年為5.8%，數(shù)據(jù)充分說明，八十年代開始的節(jié)水措施效果是明顯的。
　　3.1 國內(nèi)工業(yè)節(jié)水技術
　　鑒于大量工業(yè)廢水除少數(shù)污染很嚴重外，大部分經(jīng)簡單處理后可重復使用，因此工業(yè)節(jié)水也是國內(nèi)城市節(jié)水的重點。1990年我國城市工業(yè)萬元產(chǎn)值取水量為245 m³/萬元，1996年已降至198 m³/萬元，北京、天津、大連、青島等城市，工業(yè)萬元產(chǎn)值取水量已低于100 m³/萬元，但還有不少城市高達數(shù)百立方米，這表明我國工業(yè)節(jié)水工作盡管已取得了一定成就，但從整體來看，工業(yè)用水水平還比較低，同發(fā)達國家的20～30 m³/萬元相比差距很大。
　　在具體節(jié)水技術上，國內(nèi)主要注重重復用水技術，包括冷卻水的循環(huán)節(jié)水、一般循環(huán)水節(jié)水（指循序用水、閉路用水等）和工藝節(jié)水（包括冷卻工藝改革、無水少水工藝等）等，這些技術在火電、鋼鐵、石化、化工、印染、造紙等行業(yè)都有成功應用的例子。
　　寶鋼二期工程，按95%的循環(huán)重復利用率設計水廠規(guī)模為20萬m³/d，若采用直流供水系統(tǒng)，則設計規(guī)模需要380～400萬m³/d，節(jié)水效果十分明顯。石家莊市在紡織行業(yè)普遍采用溴化鋰制冷空調(diào)用水閉路循環(huán)系統(tǒng)，如棉紡二廠投資496萬元分兩期建成閉路循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)水406萬m³/年，水的重復利用率達到81.8%，直接經(jīng)濟效益37萬元/年。
　　蘭州煉油化工廠在煉油工藝中，用混合空氣冷卻代替水冷卻換熱設備，在常減壓、氣體精餾、丙烷脫瀝青等裝置上都安裝了干濕式聯(lián)合空氣冷卻器，通過可行性論證，對其他部分裝置的用水工藝也采取了上述措施，使生產(chǎn)裝置的空氣冷卻設備占44%，因而在不增加供水設備的情況下，節(jié)約循環(huán)水量4200m³/h，保證了新建擴建裝置的正常生產(chǎn)。
　　3.2 國內(nèi)生活用水節(jié)水及其它節(jié)水技術
　　國內(nèi)城市生活用水（大生活用水）一般占城市總用水量的30%左右，包括城市居民住宅用水（小生活用水）和公共用水兩部分。但隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市生活用水量將迅速增加，因此就節(jié)水而言，也大有潛力可挖。
　　目前國內(nèi)主要節(jié)水措施有：
　?。?）水表安裝與計量。城市生活用水的經(jīng)驗表明，有水表比無水表用水節(jié)約，而一戶一表用水比一單元裝總表節(jié)水。山西大同7個大型企業(yè)改包費制為計量收費制后，生活用水節(jié)約75.3%，每月節(jié)水87萬m³。
　?。?）采用節(jié)水型器具，包括節(jié)水型便具、節(jié)水型淋浴器具和洗滌器具等，但這些器具要真正做到既方便使用，又具節(jié)水效果，且能普及應用尚需時日。
　?。?）城市節(jié)水灌溉。隨著人民生活水平的提高，城市綠化面積不斷增加，城市灌溉用水量逐年增長。目前我國著重推廣噴灌、微噴灌和滴灌等新技術，比原來的地面灌節(jié)水30%～50%，同時節(jié)省了大量勞力。
　　國內(nèi)其它節(jié)水技術和措施還包括中水道技術、城市污水回用技術、海水利用、地下水利用與保護、調(diào)整水價、開展節(jié)水教育提高節(jié)水意識等。

　　4. 石家莊市節(jié)水技術建議

　　石家莊市是河北省省會所在地，其城市性質(zhì)為：重要的交通樞紐、工業(yè)門類較為齊全、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)達的沿海省會城市。目前已基本形成了以紡織、醫(yī)藥、電子、機械、化工、建材、食品等行業(yè)為主，門類比較齊全的工業(yè)體系，農(nóng)業(yè)裝備水平較高，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅速。規(guī)劃2000年全市總人口394.5萬，城市總用水量5.78億m³，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值632.6億元；規(guī)劃2010年全市總人口501萬，城市總用水量7.84億m³，工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值1559億元。
　　石家莊市的水資源有地表水資源和地下水資源，據(jù)石家莊市建委的研究，全市地表水可利用量是：平水年為4.13億m³，特旱年為3.26m³。地下水可采總量為9.26億m³。石家莊市規(guī)劃設計院的研究表明，該市可供城市利用的地表水資源為1.27億m³/a，地下水量為2.4~2.5億m³/a，據(jù)此推算，石家莊市的水資源量僅為3.7億m³/a，與2000和2010年的需水量相比，尚差2.08億m³和4.14億 m³。因此，石家莊市的缺水形勢相當嚴峻，節(jié)水極具現(xiàn)實意義。鑒于這種形勢，本研究建議：
　?。?）必須充分認識到該市缺水的嚴重性和危害性，水量短缺和水質(zhì)污染不但影響了人們的日常生活，而且已成為全市社會經(jīng)濟發(fā)展的制約因素。
　　（2）節(jié)水是個綜合性的問題，必須調(diào)動一切有效的行政手段和技術手段，如工程技術、立法法制、機構建設、經(jīng)濟刺激和社會手段等聯(lián)合應用。
　?。?）充分重視工業(yè)節(jié)水，石家莊是個工業(yè)相對發(fā)達的城市，但工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量1989年達313m³，規(guī)劃2000年為120m³/萬元，在北方水資源相近的城市中最高，因此具有很大的節(jié)水潛力。
　?。?）生活用水的節(jié)約也應該得到重視，石家莊市的人均生活用水量在河北省屬中偏高，90年達137L/（人.d），規(guī)劃2000年為200 L/（人.d），仍具節(jié)水潛力。同時必須加強節(jié)水宣傳和教育，特別要對在校學生進行節(jié)水觀念教育。
　　縱上所述，石家莊市水資源短缺形勢是十分嚴峻的，同時也可以看出其節(jié)水潛力很大，因此石家莊市作為節(jié)水示范城市進行試點很具代表性，也很有意義。分析城市的節(jié)水潛力，借鑒國內(nèi)外節(jié)水經(jīng)驗與技術，搞好我國示范城市的節(jié)水工作，對緩解我國水資源短缺必將產(chǎn)生深遠的影響。建議對具體節(jié)水項目進行立項和示范工程建設。