可持续水资源利用模式探讨

杨文花

(中国核电工程有限公司，北京 100840)

水资源利用划分为消耗性利用和非消耗性利用两种模式。水资源的消耗性利用，即水资源利用后不可回收。如农田灌溉用水，利用后以蒸发、渗透、植物吸收等模式消耗掉;工业冷却蒸发过程中冷却水以水蒸气形式扩散到大气中;市政喷洒路面用水一部分渗透到地面以下，另一部分蒸发到空气中。消耗性利用水资源不可回收，造成其无法进行再利用。水资源的非消耗性利用，即水资源利用后可以进行再次收集。如生活冲厕、洗浴用水;工业收尘用水、冲洗用水、洗车用水等。非消耗水资源利用在水中引入了杂质，从而降低了水质，但通过收集、净化可以再次加以利用。

针对上述两种用水模式特点，笔者提出了提高水资源利用率的三个原则:(1)替代性原则，即在可能的情况下，用低品质水代替高品质水;(2)再生原则，即通过处理净化手段将低品质水提升为高品质水;(3)减量原则，即减少单位产品及服务耗水量，提升水资源利用效率。

1 水资源替代利用

市政、农业、工业中许多情景采用低品质水即可满足需求，对于这些情景应加以区分识别，减少这些环节高品质水的利用。

中水回用可以作为工业蒸发冷却水、农田灌溉用水、景观用水等，目前我国污水处理量已超过美国，年处理污水量接近黄河径流量，有效利用这一低品质水资源，将大幅降低我国水资源消耗。低品质水代替高品质水的另一典型案例是香港的海水冲厕系统，这一系统的有效运行减少了20%的市政水资源消耗;香港国际机场通过采用自来水－海水－中水三源供水系统，可以降低50%的水资源消耗［1］。水资源的替代性原则同样适用于以家庭或者小区为单位的小规模水资源利用情景。在澳大利亚的Melbourne，通过采用雨水收集系统为洗衣、冲厕、庭院绿化供水可以降低40%的家庭市政用水量［2］。某铁矿采用矿坑雨水作为工业和生活用水水源，雨水直接可以作为工业生产用水加以利用，经过生活水净化处理后可作为生活用水，完全替代了地下水或地表径流淡水消耗。

城市污水回用、雨水收集、海水利用等替代性水资源可以有效的降低淡水资源消耗量，是未来水资源发展的重要趋势。目前替代性水资源利用仍存在一下亟待解决的问题，如中水处理技术尚不成熟，系统可靠性及建设造价较高;大气污染造成雨水需要进一步处理后进行利用;海水只能在沿海地区利用，且大部分地区缺乏相关经验。

值得一提的是，以家庭或者小区分散式替代性水资源利用具有较大的优势，对于建设节水型社会具有重要的意义，应加强替代性水资源利用相关教育、宣传及相关技术产品研发，推广和普及家庭及小区水资源替代性利用。

2 水资源再生利用

再生原则即通过处理将利用过程中的低品质水提升为高品质水加以二次利用，通过多次利用提高水资源利用效率。

城市污水经过不同处理工艺可以提升为不同品质的清洁水资源加以利用，可以有效提高水资源利用率;工业生产过程中也有很多环节可以采用流程再生水加以利用，如收尘废水、洗车废水、冲洗用水、轴封用水等经过处理后可以回用于生产流程及非生产性应用。

城市污水回用为饮用水包括直接回用和间接回用两种方式，直接回用即通过多级处理工艺将污水逐级提升达到饮用水水质标准，间接回用即处理后的污水经过地下或者地表水库天然处理后再次进行处理后作为饮用水。纳米比亚Windhoek 上世纪六十年代后开始采用污水处理后直接作为饮用水，未见引起健康威胁，但污水处理后直接回用技术仍不成熟且不为大部分公众接受，应用前景不乐观［3］。美国加利福尼亚Fountain Valley 拥有世界上最大的污水间接回用于地下水项目，污水经过二级处理工艺、微滤、反渗透和紫外消毒工艺后注入地下含水层，提供该含水层20%的补充水，该含水层为200 万居民的水源［4］。

由于技术、公众接受度等原因，污水提升为饮用水品质目前还无法规模化利用，但作为对水质要求不高的应用情景具有广阔的前景。工业领域水质提升有较大应用前景，不仅可以提高工业水重复利用率，而且可以减少工业污水排放量，减少工业生产对水环境的扰动，具有重要的意义。

3 水资源减量利用

水资源利用减量化即降低单位产品及服务的消耗水量。

农业是水资源消耗大户，通过采用节水措施来减少其水资源消耗量，如种植低耗水量植物、激光土地平整技术、滴灌、根部灌溉等新技术可以大幅降低单位农产品耗水量;工业冷却水是典型的消耗型水资源利用，通过采用空气冷却等新型冷却模式可以有效的降低工业用水消耗量;新型节水厕所，如发酵型污水厕所为生活中水资源减量提供了新的途径，可以降低20%左右生活用水量。

降低水资源输送过程中的损失也是水资源减量利用需要考虑的重要问题之一。目前，城市给水管网漏失率约30%左右，采用先进的技术和管理模式，漏失率可以降低到10%以下，大幅降低淡水资源消耗。农业灌溉和工业生产同样可以采用新技术和引进先进的管理方法降低水资源输送损失。

4 水资源利用中的水质问题

水质问题主要涵盖三方面污染物的问题，即无机污染物、有机污染物和微生物污染物。不同的应用情景对污染物的限制差异较大，在水资源可持续管理过程中应该针对不同的需求情景进行分类管理，保证水质满足其对无机污染物、有机污染物和微生物污染物的要求。同时在此基础上实现基于不同水质需求的水资源梯级利用，最大程度提高水资源利用效率。

5 结论

针对水资源利用可划分为消耗性和非消耗性两种模式的特点，本文提出了提高水资源利用率的三种模式，即替代性原则、再生原则和减量原则。不同领域的应用案例表明，在农业、工业和市政领域水资源管理过程中实践三个原则对于实现水资源可持续管理具有重要的指导意义。

［1］R.W.K.Leung et al.，Water Sci.Technol.65，410(2012).

［2］S.Muthukumaran，K.Baskaran，N.Sexton，Resour.Conserv.Recycling 55，945(2011).

［3］P.L.du Pisani，Desalination 188，79(2006).

［4］H.L.Leverenz，G.Tchobanoglous，T.Asano，J.Water Reuse Desalination 1，2(2011).