深圳市再生水利用策略探讨与研究

张晓菊

(深圳市规划国土发展研究中心,广东 深圳 518040)

再生水主要指污水或雨水经适当处理后,达到一定的水质标准,可在一定范围内重复使用的非饮用水,通常可用于城市杂用水、工业用水、景观环境用手、补充河道等方面。再生水系统主要包括再生水厂、分散式再生水利用设施、再生水管网和泵站。

再生水作为城市的“第二水源”,是非常规水资源的1个重要组成部分。由于水量大、水质稳定、而且受季节和气候影响小等优点,再生水利用具有可观的社会效益、环境效益和经济效益,成为新兴供水产业,是贯彻循环经济、节能减排科学理念的主要途径之一,对于水资源的可持续利用意义重大[1-5]。2021年国家发改委等十部委将再生水纳入城市供水体系,放开再生水政府定价,成为城市再生水利用率的进一步的发展和提高的一个重要依据。进一步推进再生水利用工作是国家对深圳的要求,更是深圳作为1个水资源严重短缺的城市,解决水资源不足、保障城市发展的一项重要战略。

深圳自20世纪90年代起便开始实行开源节流的节水策略,大力推进再生水利用工作,再生水利用率已从2008年的23%提升到2021年的73%。在“十三五”期间,深圳市实现了全市水质净化厂与再生水厂的一体化统筹建设。同时,深圳还积极鼓励工业企业利用再生水,挖掘使用潜力,包括推动横岗再生水厂周边工业用户和东部环保电厂提高再生水利用率,积极协调推进机场集团、码头等用水大户进行再生水利用工作等。

本研究从深圳实际出发,分析再生水利用各环节的现有问题,通过优化再生水布局、确定重点方向和使用对象、提升再生水系统和完善运营、价格和激励机制等方面进行探讨和研究,科学、有效地提出再生水利用的策略和保障措施,并以光明区为典型试点区域,依据区域特色提出再生水配置试点的要求和配置方式,进行多用途、多方式的再生水综合利用示范,以期推动深圳市再生水回用事业的健康有序发展。

1 深圳市再生水利用现状

1.1 深圳市再生水规划与需求

充分发挥特区立法优势,深圳市先后出台相关政策文件6部,为再生水长效保障机制的探索奠定了基础。2008年,出台《深圳市建设项目用水节水管理办法》,鼓励通过集中式市政管道供水的再生水利用方式。2010年,出台《深圳市人民政府关于加强雨水和再生水资源开发利用工作的意见》《深圳市实行最严格水资源管理制度的意见》等地方性规章及政策文件,并颁布实施SZJG 32—2010《再生水、雨水利用水质规范》。2011年7月,市政府审议通过了《深圳市再生水布局规划(2008—2020年)》。2014年,发布《深圳市再生水利用管理办法》,明确采用市场化的方式开展再生水利用的运营工作。

近几年,深圳市用水总量已接近广东省下达的2030年21.13亿m3的红线控制指标。根据预测,全市2035年城市需水量将达到30亿m3,供水缺口约4.7亿m3。《深圳市建设中国特色社会主义先行示范区节水典范城市工作方案(2020—2025年)》提出“到2025年推动1亿m3以上的非常规水源利用设施建设。”现状再生水利用率为73%,约2%用于绿化浇洒、道路冲洗、工业冷却用水等方面,替代自来水的比例较低。城市的高度发展,导致地下空间非常紧张,各类设施管线密布及市政道路开挖限制要求,导致新敷设再生水管网的难度大,干扰了再生水的合理运输。现状全市每年可产生大约10.9亿m3准Ⅳ类的污水资源,优质水资源未得到有效利用,仍有很大提升空间。如何通过“市级建机制、区级推落实;区域有特色,项目有亮点;目标可达到、方案可实施”等方式,采用再生水集中利用、区域循环利用、就地分散处理利用相结合的多种方式优化再生水布局方案,合理布局再生水管网、泵站等设施,是非常紧迫的事情。

1.2 再生水处理标准及工艺

再生水利用是指利用水质净化厂出水,用于河道生态补水、城市杂用(绿化浇洒、道路浇洒用水等)、景观环境和工业用水(工业生产、冷却用水、锅炉用水、冲洗用水),对于冲厕和空调冷却用水方面的由于安全问题,利用相对有限,见表1。再生水通常采用B级别工艺,三级处理和消毒工艺(基于水质净化厂,地表水准IV类);高品质再生水是指利用水质净化厂的出水进一步深度处理,采用A级工艺,高级处理和消毒工艺(纳滤+反渗透)的再生水,常用于液晶面板、电子级水、火力发电锅炉补给水等高品质用户[6]。

表1 深圳市再生水使用分类

1.3 深圳市现状再生水回用工程

深圳市已建再生水管网总长度约509 km,其中河道再生水补水管道292 km;随道路建设、试点建设的市政杂用及工业再生水管网217 km,主要分布在前海合作区、南山区及龙岗中心城。全市现状水质净化厂39座,设计处理能力649.5万m3/d;其中准IV类27座;准Ⅴ类7座;一级A标准5座,见图1;泵站39座,其中厂内加压泵站23座,中途泵站16座。全市共规划集中式大型水质净化厂36座,分散式小型净化厂(规模小于等于5万m3/d)7座,见图2。2021年,全市污水处理量19.88亿m3,再生水利用量14.51亿m3,按住建部统计口径,再生水利用率达到73%。

图1 深圳市现状水质净化厂布局

图2 深圳市水质净化厂布局规划示意

1.4 再生水回用对象

深圳市先后获得了“节水型城市”“国家生态园林城市”“国家卫生城市”等优秀称号,这些称号对再生水利用也提出了明确的指标要求,见表2。

表2 城市类型对再生水使用要求 %

深圳市再生水主要用于居民生活及城市公共用水为主要用水类别,占比增长较快,工业用水占比保持基本稳定。工业用水主要分集中在宝安、龙岗、龙华、光明4个区。城市公共用水主要集中在宝安、南山、福田、龙岗4个区。全市建有255处非常规水源取水点,提供绿化浇洒、车载取水。再生水使用分类中,工业用水总计396万m3,市政杂用总计1 375万m3。全市约2%用于绿化浇洒、道路冲洗、工业冷却用水等方面,替代自来水的比例相对较低。

结合水质净化厂提标改造工程的开展,实现了全市水质净化厂与再生水厂的一体化统筹建设。再生水主要用途以河道补水为主,少量作为城市杂用。已经实施了罗芳污水处理厂再生水补充东湖水库排洪渠、西丽再生水厂出水补充大沙河工程、滨河污水处理厂再生水补充福田河和新洲河等工程,效果良好。除了再生水厂,也存在分散式再生水利用设施,例如南山商业文化中心区再生水利用项目,主要用于冲厕、绿化、道路清洗等,处理水量约为3 500 m3/d。

1.5 现状再生水投资运营机制

深圳市再生水厂(再生水回用设施)目前均采取特许经营模式。现状再生水管网绝大部分由政府投资建设,少数由企业投资建设,例如上洋水质净化厂供给华电国际的再生水管由华电国际自行投资建设。

分散式再生水利用项目由其产权人自行管理和维护,政府投资建设的集中式再生水利用项目通过招标投标、委托等方式确定符合条件的经营者。现状再生水厂(水质净化厂再生水设施)均作为水质净化厂的一部分进行运营,并未进行独立运营。现状再生水管网大部分由区水务部门负责维护,也有少数由企业进行维护的情况,例如上洋水质净化厂供给华电国际的再生水管网由华电国际负责维护。各区域的现状再生水管网和用户服务尚未有明确的运营主体。

其他城市针对再生水的投资方式,也各有不同,见表3。

表3 其他城市再生水投资方式总结[7-9]

2 深圳市再生水利用问题及策略

2.1 现状问题

再生水利用现状存在的问题,主要包括4个方面。

a)厂网建设不配套,城市开发强度大,地下设施管线密布,市政再生水管网建设难度大,建设滞后。现状再生水管网绝大部分由政府投资建设,少数由企业投资建设。地下空间非常紧张,各类设施管线密布及市政道路开挖限制要求,新敷设再生水管网的难度大,再生水水质管理薄弱[10-13]。

b)再生水利用普遍存在着使用对象的积极性不高、基础设施建设薄弱,河道生态补水管道缺乏规划统筹等现象。

c)再生水定价与投资回报机制尚未建立。再生水“定价-补贴-奖励-使用”机制未完善,再生水使用成本与自来水相比不存在优势,使用风险比自来水高,导致用水大户再生水回用量比较少,难以形成再生水规模化使用。

d)再生水的用水管理、投融资、运营、激励等配套政策尚不健全,政策引导的合力尚待形成[14-16]。

2.2 再生水利用策略

2.2.1优化再生水布局

解决再生水系统现状问题,匹配城市发展需求,按照供水安全优先、水量水质协同互补、供水系统经济高效、协同配置全局统筹的原则,依据重点发展区、分类型、分水质提供再生水的方向去完善再生水系统布局方案,明确 “谁来供、谁来用、怎么用、用多少、怎么送”,保障新增合理用水需求,缓解水资源供需矛盾。

关键措施主要包括结合制造业用水大户多的特点,合理布局高品质再生水厂,提高再生水供应比例;结合河道补水需求大的特点,提高景观补水比例并将河道作为再生水转输通道;鉴于湿地的调蓄和净化功能,将湿地作为再生水调蓄的节点等。

2.2.2确定重点对象

a)重点对象分析。通过用水量分析、用水结构分析、用水大户情况梳理、潜在用户调研等方式,挖潜将来使用再生水的各类潜在用户。通过对比2000、2021年的全市各类用水量,居民生活及城市公共用水占比增长较快,工业用水占比保持基本稳定,见表4。深圳市年用水量50万m3以上用户数量仅占全市的3.72%,但用水总量占到22.40%。除居住小区、城中村外,计算机、通信和其他电子设备制造业,电力、热力生产和供应业,娱乐业,商务服务业,汽车制造业,航空运输业和学校这7个行业,101个用户,占年用水量50万m3以上用户总用水量的78.8%,成为再生水利用的重点对象。

表4 用水量主要类别

b)工业企业。针对工业企业,进一步挖潜5类用户:①厂内已有再生水回用系统型;②对于用水量客观,但是对水质要求比较高的电子设备制造业,例如液晶面板等计算机行业,采用高品质用水作为试点进行推广,多采用以微滤、超滤或膜生物过滤为核心的再生水处理设施;③对于有部分生产、冷却、锅炉、冲洗用水且用水量可观的企业进行大力推广[16];④针对用水量大,水质要求不高的电厂企业,要做再生水回用的强制要求;⑤针对食品、制药等企业,其污水回用主要用于厂内绿化。

c)先进制造园区。在宝安、龙岗等区合理划定18个先进制造业园区,见图3,总规划用地面积约300 km2,按照启动区、拓展区、储备区有计划释放工业用地面积约60 km2,也是再生水利用需求集中区域。

图3 深圳市先进制造园区分布

d)城市更新和整备区。结合成片开发区、城市整备更新区和工业园区,可推进污水处理再生水回用的小区域微循环,做到现污水“收集零转输、设施零占地、回用零排放、防护零距离”,并实现远期污水源头削减率10%的目标。

e)河道生态补水。在深圳茅洲河、坪山河,再生水成为河道生态基流的关键;在光明区,该区率先在全市实现了再生水用于市政浇洒,每年可节约自来水约300万m3,占全区供水量的3%左右。

进一步分析城市杂用水和工业用水在未来的再生水替代自来水的比例,见表5,预期在2025年再生水利用率80%以上;再生水替代自来水的供应能力达到1.0亿m3;2030年再生水替代自来水的供应能力达到1.5亿m3,将再生水纳入水资源统一配置。

表5 未来新增用户再生水替代自来水比例

2.2.3提升再生水系统

深圳市再生水利用措施采用分步走的策略,结合深圳市河流水系的分布,合理布局城市水质净化厂的用地规模,包含规模建设用地、污水资源化用地、污泥深度脱水用地、提升泵站及初雨处理用地等。

针对再生水回用类型进行再生水的分级进行再生水厂水质进行控制。再生水同时用于多种用途时,水质按最高水质标准要求确定,也可按用水量最大用户的水质标准要求确定。

聚焦现状已明确的再生水潜在工业用户,以需定供,敷设再生水专用管道;兼顾周边的市政杂用水,推动已建管网周边的用户使用再生水;针对未联通的再生水管网,分析基础条件,提出联通方案。

2.2.4完善再生水运营、价格和激励机制

再生水供应企业进行再生水设施(独立建设的厂站、泵站、管网)的资建设和运营;与道路同步建设的再生水厂配套管网,按道路投资主体进行投资,完工后及时移交供应企业;辖区内已建的再生水设施与管网,委托供应企业运营。

对于提供公共生态环境服务功能的河湖湿地生态补水、景观环境用水、市政杂用水使用再生水的情况,区政府应采用购买服务的方式付费,补偿供应企业运营成本,参考北京、青岛的再生水价格[7-9],每立方米价格不超过自来水综合价格的40%;其他用水由再生水供应企业和用户按照优质优价、多用优价的原则,在再生水价格构成的基础上自主协商定价。

再生水系统目前属于政府推动的循环经济、节约资源、减少污染类的环保项目,其现阶段基础投资应由政府主导投资为主;但政府可制定政策,吸引社会资本参与再生水设施及管网的运营工作[13]。

通过合理确定再生水价格、制定优惠政策使再生水企业能实现“保本微利”,吸引社会资金和技术力量参与再生水系统运营工作,使城市污水再生回用项目建设和运行进入良性的循环[15-16]。

3 再生水利用配置试点

3.1 试点区域介绍

光明区位于深圳市西北部,是深圳市最年轻的行政区,辖区总面积156.1 km2,其中生态控制线内面积占土地总面积的53%,基本农田面积占深圳市的44%,拥有山水林田湖等生态景观资源,见图4。

图4 光明近期再生水利用试点分布

光明区再生水利用主要是通过光明水质净化厂和公明水质净化厂的尾水对河道进行补水。光明水质净化厂现状规模为30万m3/d,公明水质净化厂现状规模为10万m3/d,已建再生水管道30 km,主要为茅洲河干流及其部分支流的河道补水管,城市杂用及工业再生水管网系统尚未建成。光明区现状工业用地占建设用地面积的45.4%,主要包括光明高新科技园区、公明传统产业制造基地及同富裕工业区等工业园区,是再生水利用的重要方面。近期推进的再生水利用的潜在用户包括:高品质再生水企业(TCL华兴光电技术有限公司、星光电半导体工业园)、超大用户(光明燃机电厂)、工业用户、公共建筑和公园。

3.2 效果预测分析

通过对光明区现状用水量和用水结构分析、用水大户实际用水量情况梳理、潜在用户调研等方式,预测近期再生水需水量约1 300万m3/a;通过对工业片区的再生水需求的挖潜,中期已开展再生水利用的公建、特大用户和高品质再生水用户再生水需水量3 100 m3/a,形成了系统、安全、环保、经济的再生水利用格局。

光明试点提供了多用途、多方式的再生水综合利用示范。例如公明净化厂的用水对象包括工业冷却的光明燃机电厂、市政杂用的光明环境园、12条河道的生态补水;光明水质净化厂的用水对象包括工业冷却的光明能源生态园,市政杂用的科学城智慧公园、茅洲河中游、东坑水的生态补水等内容,可实施性强,有代表性,为非常规水源应用决策提供有效支撑,为强化水资源刚性约束,提高流域水资源节约集约能力提供支撑。

4 结论

对深圳市再生水利用情况进行了总体梳理,包括再生水处理标准、回用对象和运营机制等方面。通过分析深圳市再生水利用的现状问题,提出优化再生水布局、确定重点对象、提升再生水重点对象和完善管理运行方案和机制的不同策略,并以试点区域的再生水利用推动再生水在深圳的应用和实践,以期推进再生水系统事业健康有序地发展,并为类似城市提供有效参考。