银川市市区再生水利用潜力测算与配置研究

2018-04-13陈耀文周志轩

中国农村水利水电 2018年3期

田　巍，陈耀文，周志轩

(宁夏回族自治区水利科学研究院，银川 750021)

0　前　言

再生水是城市污水经处理后达到国家相关标准，能在一定范围内使用的非饮用水，使用范围包括城市河湖景观环境、市政杂用、地下水源补给、农业灌溉、工业以及居民日常生活用水等方面，已经成为城市一种可靠的替代水源[1]。我国再生水利用研究和实践整体上起步较晚，直到20世纪80年代末得到广泛关注，“十五”、“十一五”期间发展较快[2]，2002年以来陆续出台了再生水利用分类、再生水利用水质、再生水水质等国家标准。北京、西安、包头、昆明及深圳等城市已经出台了再生水利用管理办法，其中北京市将再生水纳入水资源统一配置，实行地表水、地下水、再生水等联合调度、总量控制，再生水利用率已超过60%，利用总量占全市总供应量的25%左右[3]。再生水的研究方向围绕再生水管理[4-5]、利用模式[6]、水资源配置[7]、健康风险评价[8]、再生水补给河湖水质改善[9]及价格制定[10]等方面已经取得一定进展，但各地再生水利用存在的问题依旧突出，尤其在经济欠发达地区，再生水利用率提升缓慢。宁夏再生水利用起步较晚，尚没有出台再生水利用的相关管理办法，银川市从2002年银川第一座污水处理厂建成运行[11]，到目前为止，银川市市区已建成污水处理厂8座，但再生水回用率却不足10%。银川市水资源紧缺，再生水有较大利用空间，本文根据银川市市区再生水利用潜力，制定银川市2020年再生水科学配置模式，为提升银川市再生水利用率、构建节水型社会提供依据。

1　银川市市区再生水利用现状

1.1　城市污水处理厂

银川三区现有污水处理厂8座，其中第一、第二、第三和第四污水处理厂运行时间均已在七年以上，第一和第四污水处理厂处于满负荷运行；第五污水处理厂、第六污水处理厂分别于2011年、2013年建成并投入使用；第七污水处理厂于2014年开始建设，一期工程于2016年11月调试运行，第九污水处理厂于2017年1月基本建成，即将投入运行。截至目前，银川三区设计污水处理规模达到52.5 万m3/d，实际处理污水量41.9 万m3/d，每年365 d不间断运行，总处理污水量达到1.53 亿m3/a。各污水处理厂正在进行提标改造，到2017年底将全部达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A出水标准，污水基本实现全收集、全处理。各污水处理厂现状情况见表1。

表1　银川市污水处理厂统计表Tab.1 Yinchuan sewage treatment plant statistics

1.2　污水再生利用设施

银川三区现有污水处理再生利用的再生水厂共3座，均位于各污水处理厂的厂区内，设计再生水生产能力10.2 万m3/d。其中，银川市第一、三、五再生水厂的生产能力分别为2.2、3、5 万m3/d。设计利用方向主要为热电厂冷却用水、绿化用水、景观用水等。再生水厂具体情况见表2。再生水厂目前实际供水量1 500 万m3/a左右，供水方向主要为热电厂冷却用水、城市绿化和道路浇洒用水，目前还没有利用再生水补水的湖泊。

表2　银川市已建再生水厂统计表Tab.2 Yinchuan reclaimed water plant statistics

1.3　再生水利用存在的问题

(1)再生水利用设施不齐全，供水管网覆盖区域小。银川市目前仅在第一、第三、第五污水处理厂服务区域内敷设了部分再生水管道，管道总长64 km，管网覆盖面小，供水范围有限。再生水利用设施和管网系统没有纳入城市基础设施的一部分进行严格要求、统一规划和建设，也没有建立完整的、系统的管理体系；现状大多数道路在建设时未考虑安排再生水管网位置，限制了再生水的大量回用。

(2)再生水水价体系不完善。水资源开发利用市场机制还不完善，科学合理的水价体系尚未形成，现有的黄河水、自来水、再生水等水资源的价格整体偏低，不同类别差额水价对水资源利用结构影响很小，再生水价格优势难以体现[4]，无法调动再生水利用的积极性。

(3)再生水利用缺乏有效的激励机制及政策支持。目前对于发展污水再生回用产业缺乏政府优惠政策的大力支持，以解决污水处理企业资金紧缺等问题。对于已接通再生水的区域，应当限制自来水和黄河水的使用，满足条件的用水都应优先采用再生水。目前银川市因缺乏促进污水再生利用的鼓励政策和必要的惩罚手段，导致的结果一方面是城市用水紧张，另一方面城市杂用、景观用水和工业用水仍在大量使用优质水资源。

2　银川市再生水利用潜力

银川市市区再生水的再生水利用潜力非常可观，利用方向为城市杂用水、工业用水和景观环境用水等方面。

2.1　城市杂用水利用潜力

(1)绿地灌溉。到2016年底银川市建成区绿地面积为6 817 hm2，绿地覆盖率为40.91%。用水定额根据《自治区人民政府办公厅关于印发宁夏回族自治区有关行业用水定额的通知》(宁政办发〔2014〕182号)，北部引黄灌区绿化用水240 L/(m2·a)。再生水使用比例按照60%计算，则计算绿地灌溉需再生水量为982 万m3，详见表3。

表3　银川市绿地灌溉需水量计算表Tab.3 Water requirement table for greenbelt irrigation

(2)道路浇洒。根据《银川市中心城区给水工程专项规划》，规划至2020年，道路广场用地面积为2 476 hm2。用水定额依据宁政办发〔2014〕182号文，浇洒道路和场地用水定额为0.6 L/(m2·d)。道路浇洒天数按照210 d计，主要集中在4-10月。再生水使用比例按照80%计算。则计算道路浇洒需再生水量为250 万m3，详见表4。

表4　银川市道路浇洒需水量计算表Tab.4 Water requirement of road sprinkling

(3)车辆清洗。根据银川市统计公报，2016年银川市机动车保有量达到51.5万辆。按照年增速10%预计，2020年银川市机动车保有量约75.4万辆。用水定额根据宁政办发〔2014〕182号文，采用高压冲水枪冲洗，轿车为40 L/(辆·次)，中型车60 L/(辆·次)，大型车80 L/(辆·次)。银川市目前洗车行业主要采用高压冲水枪冲洗，按照每辆车每年清洗15次，每次用水50 L/(辆·次)，再生水使用比例为80%，则预测再生水利用量为45 万m3，详见表5。

表5　银川市车辆清洗需水量计算表Tab.5 Water requirement table for vehicle cleaning

(4)冲厕需水量。根据《银川市“十三五”人口发展规划》拟定人口发展目标，合理控制银川市中心城区人口规模。2015年，银川市中心城区常住人口总数已经达到138.85万。2020年中心区常住人口总数力争控制在158.85万以内。冲厕用水定额参照城市居民生活用水量标准(GB/T 50331-2002)，取35 L/(d·人)。考虑到目前住宅楼均没有再生水入户，再生水只能在公共场所、学校、商业区等地区利用，再生水使用比例为20%，则冲厕再生水需水量为405 万m3。

2.2　工业再生水利用潜力

银川市城区工业用地1 619 hm2，集中在西夏区南部、西夏区西南部及金凤区南部。目前电力企业冷却用水多为自来水循环用水，极少部分使用再生水，主要原因为再生水管线铺设费用高，企业不愿承担。目前利用再生水的企业主要为西夏区热电厂循环冷却水，采用第三再生水厂的出水。根据银川市市区内工业发展情况，银川市工业可利用再生水量为3 898 万m3，详见表6。

表6　银川市工业用水潜力表Tab.6 Industrial water potential table

2.3　景观环境再生水利用潜力

银川市城区内的湖泊主要有阅海、北塔湖、艾依河城区段、宝湖、七子连湖、文昌双湖等，城区内湖泊水系水域面积约1 800 hm2左右，平均水深1.5～2 m[12,13]，执行水质标准为地表水Ⅳ类标准(《地表水环境质量标准》GB3838-2002)。目前湖泊水质情况多数不达标，艾依河水质一直处于劣Ⅴ类，宝湖前几年处于劣Ⅴ类，经过治理2016年达到Ⅳ类。根据统计，银川市城区内湖泊河道年补给水量为5 000 万m3左右。到2020年，环境景观再生水补水比例按照30%计算，则需水1 500 万m3。

银川市再生水出厂水质提标后将全部达到一级A标准，符合《城市污水再生利用-景观环境用水水质》(GB/T18921-2002)，但是规定的再生水景观水质标准与地表水景观水质标准之间有较大差距，再生水中氨氮、总磷和总氮水质标准值是地表水景观水体Ⅳ类标准(《地表水环境质量标准》GB3838-2002)的3.3倍、5倍和10倍。并且城市河湖水体补给单一、流动性差且自净能力较弱，使再生水补给水源成为城市河湖水体的潜在污染源。本底值较高的再生水向河湖中带入CODCr、SS、和氮磷等污染物，不仅造成河湖水体浑浊，而且使河湖水体中营养盐浓度增加，达到导致富营养化的物质条件[14]。银川市再生水需进一步净化处理后方可补给湖泊，否则会造成湖泊水质及生态环境恶化。

2.4　再生水总利用潜力

根据上面计算，2020年银川市市区再生水利用潜力总量为7 080 万m3，其中城市杂用水利用潜力为1 682 万m3、工业利用潜力为3 898 万m3、景观环境利用潜力为1 500 万m3。见表7。

表7　银川市2020年再生水利用潜力预测表Tab.7 Recycled water utilization potential forecast table

3　再生水利用方案

根据《宁夏城镇污水处理及再生利用设施建设“十三五”规划》(下称《规划》)，到2020年底，城市和县城再生水利用率进一步提高，城市再生水利用率达到25%以上。根据《规划》，“十三五”期间银川市第一再生水厂将生产能力由2.2 万m3/d扩大至5.7 万m3/d，银川市再生水生产规模达到18.7 万m3/d，占污水处理能力的35.6%。因此，银川市到2020年，再生水利用潜力若按照再生水利用率达到25%计算，为4 790 万m3；按照再生水处理厂满负荷运行，利用潜力为6 825 万m3；按照污水处理量的50%估算，利用潜力为9 580 万m3。本文按照这3个利用潜力，设置高中低3个配置方案。

在再生水利用配置中，因城市杂用水计算时已经考虑到再生水利用比例，且银川市市区正在建设再生水供水主管道，因此优先城市杂用水；其次工业用水量和用水时间比较稳定，考虑工业用水；因再生水用于景观生态时，需对水质进行处理，最后考虑生态用水。在高配置方案中，可适当扩大城市杂用水的再生水利用比例，将景观生态再生水利用比例提高到70%。配置方案详见表8。

表8　银川市再生水配置方案　万m3Tab.8 Yinchuan reclaimed water configuration program

4　建　议

(1)拓宽资金投入渠道，科学规划，加强再生水供水管网的建设。对新建、扩建建筑工程项目须统筹规划，设置强制性规定，保障再生水管网设施建设。新建或改造再生水厂时，合理布局，把潜在的再生水利用大户作为考量的重要因素。挖掘本地优势，充分利用其他传输渠道替代。

(2)完善再生水水价体系，制定激励政策。建立合理的再生水水价体系，提高工业与特殊行业取用新鲜水的成本，合理拉大再生水与工业和特殊行业用水的价格差距，提升再生水的价格优势。制定再生水使用强制性规定，逐步拓宽强制利用再生水的行业范围，同时细化规定再生水利用的比例。制定针对再生水生产企业和用户的优惠政策。

(3)加强规范水资源管理。一方面，提升水资源取用的监督能力和管理水平，严格惩罚标准，坚决打击违规盗取水、供水行为，促进高耗水行业的公平竞争，拓展再生水利用的空间。另一方面，严格污水排放管理，不断提升污水排放标准，提高污水排放成本。