聶梅生(建設(shè)部科學(xué)技術(shù)委員會，北京100835)

　　摘　要：根據(jù)對美國污水回用技術(shù)的調(diào)研，闡述了人類對水的理念所發(fā)生的根本性變化。詳細(xì)介紹了美國在污水處理與實現(xiàn)資源化方面所實施的管理體制、技術(shù)路線和采取的綜合措施，并結(jié)合國情提出了相關(guān)的切實可行的建議。
　　關(guān)鍵詞：污水回用；美國；調(diào)研分析
　　中圖分類號：X508
　　文獻標(biāo)識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2001)09-0023-03

　　上一個世紀(jì)末期，美國在水領(lǐng)域的總體戰(zhàn)略目標(biāo)發(fā)生了調(diào)整，由單純的水污染控制轉(zhuǎn)變?yōu)槿轿坏乃h(huán)境可持續(xù)發(fā)展(Water Pollution Control→Watersheds)?！癢atersheds”的含義是：由可劃分的水系、排放系統(tǒng)、以及接收水體所界定的地區(qū)或范圍，可權(quán)且稱之為“水區(qū)”。“水區(qū)”提出的背景是基于美國經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。正如“美國水區(qū)新概念”一書中所說：“這個國家在上一個世紀(jì)將水和水生環(huán)境作為一種物品或商品來對待，所以我們花掉了數(shù)萬億美元修建控制水的設(shè)施，如：修堤、建壩、挖運河、調(diào)水等，這明確地反映了國家致力于經(jīng)濟發(fā)展和對自然過程的控制?！?/B>在這個時期，人與自然之間處于對立地位，為了經(jīng)濟的發(fā)展，對地球上億萬年來所形成的自然生態(tài)現(xiàn)象進行控制，以便在幾年之內(nèi)取得效益。但是，如果在這個過程中破壞了生態(tài)，大自然對人類的報復(fù)是等不到億萬年的，往往在幾十年后就受到報復(fù)。因此，在全面總結(jié)和檢討了以往的經(jīng)驗、教訓(xùn)之后，“在上一個世紀(jì)的后二十年，提出了把恢復(fù)和修復(fù)國家水體的物理、化學(xué)和生物的自然完整性作為新的目標(biāo)”?！八畢^(qū)”這一概念就是為了完成這個新目標(biāo)而提出的。水區(qū)的管理方式基于綜合協(xié)調(diào)人和自然之間的關(guān)系，以保證經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境質(zhì)量，這是一種將生態(tài)、經(jīng)濟、社會、以及公眾參與綜合起來的新的管理模式。隨著戰(zhàn)略目標(biāo)的調(diào)整，帶來了美國水的管理體制和技術(shù)路線兩方面的變化。

1　管理體制

　　美國各州在水的管理體制上有所不同，并且州政府的權(quán)力很大，各州的體制有其歷史沿革。在加州與水回用有關(guān)的聯(lián)邦、地方機構(gòu)有：
　?、倜绹Y源再利用局(U.S.Bureau of Reclamation)：負(fù)責(zé)按照聯(lián)邦第16號水回用基金計劃，為項目提供25%的設(shè)計和建設(shè)費用(1996年以后每項不超過2 000萬美元)，以及50%的地方回用項目的規(guī)劃費，并與地方政府共同支持有關(guān)回用設(shè)施的研究以及建設(shè)的前期工作。
　　②美國環(huán)境保護局(U.S.EPA)：負(fù)責(zé)制定法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。
　?、奂又菟Y源控制委員會(State Water Resources Control Board)：負(fù)責(zé)與九個地方水質(zhì)量控制委員會一起管制州地面水和地下水水質(zhì)；分配地面水水權(quán)；管理“周轉(zhuǎn)基金貸款計劃”和“水回用貸款計劃”，為污水回用設(shè)施提供低息貸款及資助。
　?、芗又菟Y源部(California Department of Water Resources)：負(fù)責(zé)為地方的水回用計劃和示范工程提供技術(shù)和資金來源。
　?、菁又菪l(wèi)生服務(wù)部(California Department of Health Service)：負(fù)責(zé)制定回用水處理和使用標(biāo)準(zhǔn)。
　?、蕹鞘泻偷胤剿墓芾頇C構(gòu)有的以水區(qū)劃分，如：大洛杉機分為若干個水區(qū)(Water District)，其中西部盆地水區(qū)包括了17個市5個區(qū)；南內(nèi)華達水局(Southern Nevada Water Authority)等。
　　由以上的機構(gòu)設(shè)置可以看出：美國聯(lián)邦政府已經(jīng)設(shè)有專門的管理資源再利用機構(gòu)；聯(lián)邦政府和地方政府都有水回用的專項貸款和基金；各個管水的機構(gòu)各負(fù)其責(zé)；“水區(qū)”不以各級政府的行政管轄范圍劃分，而是以水的涵蓋范圍及有利于水的大循環(huán)和優(yōu)化管理而界定，范圍可大、可小。地方水區(qū)管理的核心是綜合管理，這是一個廣義的概念，包括政策制定、供排水廠管理、以及對水及與水有關(guān)的資源的控制和綜合管理。

2　水權(quán)和水市場概念

2.1　水權(quán)
　　美國的水權(quán)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，不僅各州不同，而且在歷史上也發(fā)生過很多變化。以密西西比河為界，東部地區(qū)沒有明確的水權(quán)，西部地區(qū)現(xiàn)存的水權(quán)基本上有兩種：
　?、偎吔鐧?quán)：持有土地者同時持有該土地界限內(nèi)的地上、地下水權(quán)。持有者有權(quán)用水，但無權(quán)將水送到所處的土地以外。這種水權(quán)是基于美國土地的私有制度。
　?、趦?yōu)先者權(quán)：誰第一個開發(fā)使用，誰第一個有權(quán)。這種水權(quán)是始于西部礦產(chǎn)開發(fā)時，同時開發(fā)了采礦用水。
　　以上兩種水權(quán)同時存在，并且至今互相沖突，具有美國在土地、礦產(chǎn)方面強烈的私有制特色。進入21世紀(jì)之后，美國更加強調(diào)公眾對水資源的權(quán)益(Water right for all)，以及對政府合理利用水資源的信任權(quán)。
2.2　水市場
　　水市場是指將水或水權(quán)在持有者之間進行轉(zhuǎn)移或出售交易。
　　早在20世紀(jì)70年代末期，水可以像糧食一樣進行成品交易的想法就出現(xiàn)了，但直到1991年以前，仍不能采用輸送水的方式進行交易。1987年—1991年，加州遇上了大旱，1991年州政府創(chuàng)立了“旱災(zāi)水銀行”(Drought Water Bank)，當(dāng)時該銀行就像交易的中介人一樣從農(nóng)業(yè)用戶手中盡可能地購買地面水，然后再出售給缺水的城市用戶等。目前，聯(lián)邦政府和州政府已取消了對輸水交易的某些限制性條款，加州的圣地亞哥水局正在由IID灌區(qū)購水2.47×10⁸m³/a,以滿足城市用水,這將成為加州歷史上最大的一次由農(nóng)用水出售給城市用水的項目。水交易的動力在于各類用水之間的價差。將農(nóng)用節(jié)余的水出售給缺水的城市，將會給農(nóng)民增加收入，但其負(fù)面的影響也不可忽視，如農(nóng)村人口流入城市、降低就業(yè)機會、增加城市發(fā)展的壓力等。更應(yīng)提出的實例是：加州歐文斯谷將其地面水和地下水售給了400 km以外的洛杉機市，以滿足該市人口膨脹的需要。但在此之后，歐文斯谷的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟幾乎消亡了。

3　技術(shù)路線

　　在污水處理的技術(shù)路線上，關(guān)鍵性的轉(zhuǎn)變是由單項技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)集成。以往是以達標(biāo)排放為目的，針對某些污染物去除而設(shè)計工藝流程，現(xiàn)在要調(diào)整到以水的綜合利用為目的，將現(xiàn)有的技術(shù)進行綜合、集成，以滿足所設(shè)定的水資源化目標(biāo)。
　　從污水處理用詞的演變可以看出其技術(shù)發(fā)展的方向：由傳統(tǒng)意義上的“污水處理”(Wastewater Treatment)轉(zhuǎn)變?yōu)椤八赜谩?Water Reuse)，對“水回用”的一般理解是經(jīng)處理后的水重復(fù)使用，是指小范圍內(nèi)的循環(huán)；由“水回用”發(fā)展到“水再利用”(Water Reclamation)就進一步具有開發(fā)和資源化的含義，目前在美國已被廣泛采用；最近，加州又在有關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中用“水循環(huán)”(Water Recycling)代替了“水再利用”，“水循環(huán)”的概念更加符合水在自然界中的大循環(huán)，經(jīng)處理后的水可用于工業(yè)、市政、農(nóng)業(yè)、以及地面、地下等多種用途。以上概念的演變體現(xiàn)了戰(zhàn)略目標(biāo)的調(diào)整，這將必然促使技術(shù)路線和工藝流程的升級換代，具體體現(xiàn)在以下幾方面。
3.1　城市二級污水處理廠升級換代
　　二級污水處理廠普遍增加了三級處理工藝流程，以便于實現(xiàn)再利用目的。在生化處理二沉池之后增加過濾、消毒已是普遍的要求，原有的大型二級污水處理廠幾乎都計劃增加后處理工藝(多層濾料濾池之后加氯或用紫外線消毒)。如：洛杉機的Hiparen Treatment Plant、丹佛市的Central Treatment Plant等，原處理能力都在70×104 m3/d以上，目前都在進行后續(xù)三級處理的改造，三級處理后的水用于市政綠化、高爾夫球場、洗車、污水處理廠內(nèi)工藝用水等。
3.2　污水三級處理后增加深度處理
　　經(jīng)上述三級處理后的出水，采用微濾膜過濾和反滲透膜處理的方法是目前較為成熟并已進入應(yīng)用階段的工藝技術(shù)。處理后的出水水質(zhì)可達到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，目前多用于補充作為飲用水水源的地面水或地下水。
3.3　建立“水銀行”(Water Bank)概念
　　將豐水期剩余的自來水，以及經(jīng)深度處理后的達標(biāo)水回注到地下含水層儲存，當(dāng)干旱或需要用水時，從“水銀行”中調(diào)出所需的地下水以滿足供水需求。在地下水缺乏地區(qū)提出了這樣的口號：“從地下取出一滴水，就要注回一滴水(Drop of water out，drop of water in)”。凡是有可用的干河床，都要利用作為深度處理場所，以便于將處理后的水回灌地下。利用這種土地處理的方法，其出水水質(zhì)與采用膜技術(shù)的效果相當(dāng)。
　　與地面水庫相比，地下水銀行具有以下優(yōu)點：
　　①不存在因建水庫或大壩而造成對環(huán)境的影響。
　?、诓恍枰藿ㄩL距離的輸水系統(tǒng)。
　?、壅舭l(fā)量遠比地面水庫少。
　　水銀行已在美國一些水區(qū)中使用，包括Kern水銀行項目。
3.4　城市污水的集中處理與分散處理
　　1985年以前，美國建污水處理廠的資金是由聯(lián)邦政府投入85%(共計800億美元)、地方政府投入15%來解決，要求至少達到二級污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)，1985年以后改為發(fā)行債券。由于有資金的保證，城市二級污水處理廠(集中處理)已得到100%的普及。
　　城市污水分散處理的提出和發(fā)展有以下原因：
　?、俜稚⑻幚?，就地回用。由于回用對象不同，對水質(zhì)的要求和處理工藝也不同，就地回用又可以節(jié)約輸水管線，因此回用水廠的規(guī)模一般都在幾萬m3/d的水平上，最大的要算丹佛市，擬在2004年建成17×104 m3/d的污水回用廠。
　?、谠谝呀思形鬯幚韽S的情況下，新廠可采用將污水與污泥分開處理的方案，污水就近收集、處理、回用，污泥輸送到集中污水處理廠處理。污泥的集中處理有利于實現(xiàn)處理設(shè)施的規(guī)模效應(yīng)，節(jié)約投資，回收能源。丹佛市的Sand Creek Wastewater Reuse Facility(2×10⁴m³/d)就是采用了這種方式。
　?、垭S著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是膜技術(shù)的發(fā)展，污水處理設(shè)施實現(xiàn)了裝置化、小型化，使污水分散處理和回用得以實現(xiàn)。
　?、芪鬯幚黼x不開能源，隨著世界性的能源短缺和大氣污染的加劇，新能源的使用已經(jīng)是刻不容緩，而太陽能、燃料電池等都適合于分散使用(例如在居民住宅小區(qū)中使用)，這就使污水處理隨之走向分散化。
　　城市污水的分散處理和建立回用水廠，將引起城市水規(guī)劃方面的改變，應(yīng)予以重視。

4　回用水標(biāo)準(zhǔn)

　　美國的回用水標(biāo)準(zhǔn)是各州不一的，并且針對不同的回用對象所制定的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，但標(biāo)準(zhǔn)都很嚴(yán)格。加州執(zhí)行的是22號條例(Title 22)，克羅拉多州執(zhí)行的是84號規(guī)范(Regulation#84)，這些文件都詳細(xì)地規(guī)定了不同回用對象的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)冷卻、市政景觀等。
　　克羅拉多州回用水質(zhì)的部分指標(biāo)為：
　　大腸桿菌＜126個/100 mL；濁度＜3 NTU；磷＜0.6 mg/L(回用于工業(yè)冷卻水)；氨氮為不可檢出(回用于工業(yè)冷卻水)。

5　幾點建議

　?、俳⒊鞘杏盟木C合規(guī)劃概念，在城市范圍內(nèi)對水源、供水、污水處理、水回用、工業(yè)用水等進行統(tǒng)籌規(guī)劃，制定城市可持續(xù)發(fā)展的用水規(guī)劃，并設(shè)立城市水規(guī)劃審批制度。建議成立城市水規(guī)劃研究設(shè)計機構(gòu)。
　　②建立國家專項節(jié)水基金，發(fā)行債券，支持、鼓勵建設(shè)節(jié)水和水回用設(shè)施。
　　③城市污水處理廠的建設(shè)必須與回用一并考慮，除了滿足排放標(biāo)準(zhǔn)外，在工藝流程中要考慮回用的水質(zhì)要求，以免造成短期內(nèi)的改擴建。
　?、苋彼貐^(qū)新建的住宅小區(qū)應(yīng)考慮強制性的節(jié)水措施，否則不予批準(zhǔn)設(shè)計方案。我國城市每年新建住宅約5×10⁸ m2，按現(xiàn)在的用水標(biāo)準(zhǔn)大約需要275×10⁴m³/d，或約10×10⁸m³/a。美國拉斯維加斯市的給水節(jié)水率規(guī)劃指標(biāo)為25%(目前達到了16%)，污水回用率為8%。如果我國新建住宅小區(qū)能綜合考慮給水節(jié)水和污水回用措施，節(jié)水30%的目標(biāo)是可以實現(xiàn)的，這樣僅全國新建住宅小區(qū)每年可節(jié)水約3×10⁸m³，三年之后，全國僅新建住宅區(qū)內(nèi)，即可達到年節(jié)水量約10×10⁸m³。
　　⑤制定城市節(jié)水和水回用的技術(shù)指標(biāo)體系，定期發(fā)布適用集成的技術(shù)措施，制訂適度超前的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，為技術(shù)發(fā)展留下空間。
　?、拊谌珖?～10個不同回用類型的示范工程，如市政景觀、工業(yè)冷卻、住宅小區(qū)中水、地下水回灌等。通過示范引路、總結(jié)經(jīng)驗，推向全國。

　　電　話：(010)68393411
　　收稿日期：2001-07-08