西北地区水资源再生利用研究

刘 颖，王伯铎，张秋菊，崔 晨，邓 鑫

(西北大学城市与环境学院，陕西 西安710127)

水资源严重紧缺是制约西北地区经济发展的主要因素之一，水资源高效利用是一项艰巨、复杂和长期的任务。跨流域调水、污水回用和雨水蓄用目前普遍受到重视，在一定程度上缓解了水资源供需矛盾，其中污水再生利用常被作为首选方案，原因主要在于污水就近可得，水量稳定，不发生与邻相争，不受气候影响。

根据《再生水水质标准》(SL368－2006)中的定义，再生水(Reclaimed Water)是指对经过或未经过污水处理厂处理的集纳雨水、工业排水、生活排水进行处理，达到规定水质标准，可以被再次利用的水。

1 西北地区水资源概况

1.1 水资源的特点及利用现状

西北干旱和半干旱地区主要指西北和内蒙古内陆河流域及西北黄河流域，其多年平均降水深201 mm，其中西北黄河区多年平均降水深422 mm，西北内陆区多年平均降水深145 mm，现状条件下能被利用的水资源量约为1634亿m3。据《中国水资源公报》统计，2000年西北地区总供水量约为871亿 m3，其中地表水716亿 m3，地下水153亿 m3，污水回用及雨水利用2亿 m3，分别占总供水量的82.2%、17.6%、0.2%;水资源利用率(供水量和水资源总量的比值)为53.3%。区内一些地区如甘肃河西走廊的开发利用率已达到92%，关中地区的开发利用率也达60%左右，一些地区的地下水已处于超采状况。

由于干旱缺水，西北地区的生态环境十分脆弱，加之人类活动的不合理干预、水资源的不合理利用，已经出现了如干早缺水、植被退化、土地沙化、河流干涸等严重的生态环境问题。根据2000年《中国水资源公报》统计，西北地区2000年总用水量约为870亿 m3，全区经济社会系统耗水总量为547亿 m3，占其水资源可利用消耗量的37%。

按照西北地区水资源配置的总要求(在保证生态环境建设必要用水和社会经济合理用水的同时，还要保持水资源的可持续利用，并留有适当余地)，在调整产业结构、改变用水方式并充分考虑节约用水和高效用水的前提下，结合近期供水规划实施情况并考虑到地下水的合理利用和污水处理回用措施的情况，可获得中等干旱年份(P=75%)西部地区水资源的供需发展趋势见表1。发展战略研究——西北地区水资源及其供需发展趋势分析

表1 西北地区水资源供需发展趋势分析

由此预计，西北地区经济社会系统的需水高峰在2030年前后并将达到950亿 m3，若实现水资源的供需平衡，则要求到2030年在2000年供水能力的基础上增加至少80亿 m3的供水量。因此，西北地区应走节水、高效用水、加强再生水利用等可持续用水道路。

西北地区城市生态环境需水量占经济社会系统用水的比重较大，但对水质要求不高，城市污水二级(二级强化)处理或增加一些简单的深度处理工艺(直接过滤和消毒)即可满足城市生态环境用水的水质要求。国内外在再生水应用于城市生态景观方面也有许多成功的经验可以借鉴，如日本的“清流复活”工程，将再生水注入干枯的河流水体，不仅美化了城市，还达到了景观修复和资源化利用的综合效能;北京市目前再生水的景观回用量已达30×104m3/d，高碑店湖、昆玉河等已由过去的臭水沟变成市民观赏、休闲的景观湖泊、河道，大幅提高了北京的总体水环境质量。若能按建设部规划要求，到2030年城市污水的二级处理量和回用量将分别达到28亿 m3和8.5亿 m3，则处理的再生水水量完全可满足城市生态环境需水量，所以在西北地区城市进行污水的再生利用过程中应优先考虑将再生水用于城市生态环境建设方面，这样既可缓解经济社会用水的紧张局面，又减少了污水向水环境中的排放总量，降低水环境污染［1］。

1.2 水资源利用中存在的主要问题［2］

1.2.1 农田用水的高定额与低效率并存

长期以来，西北地区因受水资源“取之不尽、用之不竭”错误观念和传统农业用水方式的影响，农田多采用大水漫灌的方式。农田用水占水资源总量70%以上，需1 200 m3/hm2，而节水农业的标准为300 m3/hm2。西北地区农业用水效率也较低，农业灌水利用系数只有0.3～0.5，主要原因是渠道渗漏和灌溉技术管理不善，致使输水和灌水过程中水资源的大量损失［3］，农业灌溉用水的损耗率高达60%～70%。

1.2.3 水资源污染严重，利用价值低

西北地区工业化过程造成城市环境污染，地表水资源污染状况尤为严峻。陕西省环保厅对渭河、无定河、延河等40个监测断面测定结果表明，Ⅳ类以上的断面占85%，其中超Ⅴ类水的监测断面竟达37.5%。所测流域中，渭河的污染状况最为严重［4］。

1.2.3 地下水过度开采，生态环境恶化加剧

经济不断发展和人口增加使农业、工业、生活用水量增加，导致水资源短缺矛盾加剧。由于地表水污染和严重不足，西北一些地区不断加大对地下水开采力度，致使地下水超采严重。陕西关中地区地下水超采面积达到2 590 km2，其中严重超采面积达656 km2。

1.2.4 水源地保护度低，生态退化严重

西北地区经济发展落后，水源地带或主要河流的上游地区由于疏于管理毁林开荒，滥砍滥伐，造成森林涵养水源功能降低，水土流失加剧，引发生态环境恶化及中下游地区洪涝灾害。如秦岭林区强度择伐和间伐导致森林涵蓄能力退化、水土流失加剧。据统计，1990年5～10月对锐齿栎林进行强度间伐(50%)或皆伐后，总径流量分别比对照增加31.5%和46.8%，快速径流量分别增加21.7%和34.8%，快速径流平均历时分别减少27.4%和22.3%［3］。

1.3 缺水城市再生水回用的必要性

目前西北地区的大部分城市均面临水资源短缺和水环境污染的双重压力，而污水的再生利用能弥补季节性河流、城市景观水体的水量不足，减少向水域的排污量，改善环境质量;同时节约新鲜水资源，解决城市生态环境用水以及其他低质用水需求。不同年份西北地区城市用水和污水排放量见表2。

表2 西北地区城市用水和污水排放量分析

从总体上看，到2030年城市污水的排放量将比2000年增加1.5～2倍，这对西北水环境功能已退化的水域来说更是雪上加霜。若能按照建设部规划的要求实现到2030年城市污水的处理率70%，污水的回用率30%的目标，即可通过污水的再生回用能获得约9亿 m3可用水源，约占城市需水总量的15%。因此，城镇污水及工业废水的再生利用将是西北地区水资源的有效来源［1］。

2 案例研究

西安市是我国重要的科研、高等教育、国防科技工业及高新技术产业基地，也是我国新兴的现代化工业城市和世界旅游热点城市。全市土地总面积9 983 km2，截止2009年末全市人口843.46万人，2010年GDP为3 241.49亿元。

虽然在西北地区省会城市中，西安市的年降雨量相对较大，但由于城市规模庞大、区内水资源相对不足，城市周边水环境污染严重，西安市已成为资源型缺水和水质型缺水城市，具有西北地区缺水城市的一般特点。因此在解决西北地区缺水城市水资源利用的问题中，对西安市的研究具有一定的代表性。

西安市降水总量为74.2亿 m3，自产水资源量为26.66亿 m3，占降水量的36%，其中地表水资源量为21.78亿 m3，地下水资源量为17.27亿 m3。西安市的客水量来源于渭河、泾河、石川河，分别为 55.7 亿 m3、20.66 亿 m3、2.15 亿m3，客水总量为78.5亿 m3［5］。境内主要河流有 13条。其中渭河自西向东穿越全境，径河由北向南注入渭河，其余溺河、沪河、黑河等11条河流发源于秦岭北麓，由南向北流入渭河，均属黄河流域的渭河水系。主要人工排水渠有潜运明渠、大环河、太平河等。

2.1 西安市排污现状及规划

西安市的排水设施东起纺织城，西至皂河，南起吴家坟，北至张家堡，总收水面积约152.2 km2。排水体制主要为分流制，除老城区及东北郊部分管道为合流管外，其余多为雨、污管分建。排水管网总长约835.4 km，其中污水管道490 km(包括现状合流管)，普及率67%;雨水管渠345.4 km，普及率 45% 。管渠密度约 5.5 km/km2［6］。

西安市现状供水量114万 m3/d，预计污水总排放量约80万 m3/d，仍有大量未处理污水通过排水管渠、支河流汇入渭河。西安市环保研究所编制的《西安市(2000～2005年度)环境质量报告书》中显示，所有河流中，有机类严重污染，氨氮类重度污染，总悬浮物和总硬度为中度污染，重金属类轻度污染，18个监测断面的水质已达劣Ⅴ类。其主要污染物依次为石油类、高锰酸钾指数、氨氮、挥发酚、生化需氧量。

西安市1995～2010年污水规划将整个排水系统分为六个区域，共需建六个污水处理厂，到2010年污水处理率达到70%，2020年污水处理率75%以上。规划到2010年中心市区污水管网普及率达到85%，外围组团达到50%;2020年中心市区污水管网普及率达到95%，外围组团70%。西安市市区污水处理及再生回用规划建设规模见表3。

表3 西安市区城市污水处理厂规划建设规模［7］

2.2 西安市污水再生利用现状及规划

1995年编制的西安市排水工程规划(1995～2010年)中明确提出城市污水再生利用目标和要求，2004年1月水利部正式批文，同意将西安市列为全国节水型社会建设试点市。作为城市污水回用试点项目，北石桥污水净化中心污水再生利用工程及其管网系统于2003年4月试运行。项目地处西安市西郊工业区，与西安西郊热电厂一路之隔，东临西安市化工厂、西安焦化厂，南依西安日化厂，冷却用水大户众多，净化中心具有良好的污水资源开发条件。

在工业节能降耗方面，西安石化总厂等单位全面推行工业循环用水和中水利用，提高水的重复利用率;西安园林绿化管理处等多家企事业单位用于园林绿化、景观用水;狄寨原上的思源学院投资建成日处理生活污水2 500 t的污水处理设施，处理后的中水全部回用于校园绿化浇灌、冲厕、人工湖用水等;洗车业也已建立一家再生水洗车试点进行示范经营。

根据规划，西安市第三、第四污水处理厂及其污水再生处理厂及部分管网，西安市第五、第六污水处理厂及其污水再生处理厂将逐步健全，污水再生利用量将达46万 m3/d以上。

从2007年4月1日起，西安再次调整水价，再生水的不含税价格仅为1.17元/m3，和工业用水价3.45元/m3相差达2.28元/m3，价格优势明显，市场前景良好。

2.3 存在的问题

以上再生水回用的模式虽起到很好的示范效果，使用中仍存在如下问题:

(1)再生水用户少，利用率不高。目前西安市唯一进行再生水运营的北石桥中水有限责任公司一期工程每天可生产5万m3再生水，但每天实际仅生产1万 m3。每天有近4万 m3中水生产能力被闲置，加大了中水生产的成本。

(2)企业用户、市民对再生水回用均缺乏了解，认识不足。

(3)污水回用缺乏必要的法规及鼓励政策，需要国家和地方政府的支持。

(4)再生水处理设施的建设及输配水管道系统的铺设需进一步统一规划、建设。

(5)再生水处理设施的运行管理和经营机制需完善和规范。

3 西北地区水资源再生利用的途径

通过总结西安地区再生水回用的经验和不足，参照国内外水资源再生利用完善的城市发展模式，在综合考虑西北地区水资源特殊性的前提下，给出以下西北地区缺水城市水资源再生利用的一般途径。

3.1 建立水资源统一管理体制

为保证污水资源合理开发利用，需制定切实可行的水资源综合利用规划、实施标准和相关政策。西北各城市规划和建设部门需找出适合当地的污水资源化发展空间，综合考虑利于城市可持续发展的水资源开发与使用，统一管理水资源供给和保护;建立相关政策法规，从法律上推进再生水的利用，将回用水纳入法制化管理轨道;严格控制地下水开发，为再生水回用提供保障;再生水项目运营管理应遵循市场规律，逐步建立与市场经济体制相适应的企业管理体制和运营机制，以独立法人为宜，独立经营、自负盈亏，以企业形式投入运行，降低成本、提高效益，使污水处理及污水回用走上良性循环的道路。

3.2 将再生水处理系统建设纳入城市基础设施建设

西北地区缺水城市应将再生水处理设施和管网系统建设纳入城市基础设施的一部分，统一规划建设，建立完整的管理体系和完善的排水管网及泵站，确保污水处理厂进水量并做好工业废水预处理，严格控制进水水质。在城市规划、建设方面给再生水发展留下空间。城市市政公用设施规划时，尤其是给水厂、污水厂的规划应整体考虑，按可持续发展的战略思想，制定近、远期水资源再生利用规划。

3.3 进行宏观调控和政策支持

将再生水管道设施费用计入生产管理成本，保证资金渠道的畅通，实行优水优供政策，让符合再生水回用条件的企业单位必须建设再生水回用系统，让可使用再生水的企事业单位不得使用新鲜自来水并给予优惠政策。再生水定价应考虑水厂内部收益及还贷能力、用水单位的承受能力，以略高于成本价供水为宜。各城市政府部门应制订合理的排污收费和再生水收费政策体系，依靠市场机制作用，逐步培育起再生水回用市场，确保建设再生水处理设施资金的回收和利润，使再生水用户看到明显的效益。

3.4 保障污水厂建设资金

多渠道筹措资金建设城市污水处理厂，抓好西部大开发的契机，使水处理行业走向社会化和产业化的公司型管理运营机制。在再生水供水单位生产经营过程中，政府应给予税收方面的优惠和扶持。还应适时提高自来水水价，充分发挥市场杠杆作用，鼓励使用再生水。

3.5 结合实际引进先进设备

在积极研究和引进发达国家先进技术与设备的同时，重视研究开发适合西北地区水资源实际情况的技术与设备，推广经济、简易、有效的处理技术，满足不同区域情况的要求，促进再生水回用。

3.6 研究并实现雨水开发利用

雨水可作为西部降雨较多城市的淡水资源来源，它是城市用水良性循环的途径之一，对防涝减灾、缓解城市水资源紧张状况和城市水资源的可持续发展具有积极意义。城市雨水资源利用方式多样，合理地开发利用雨水能取得多方面的效益。如利用雨水资源强化城市绿化，增加土壤水分，扩大城市水面;减少天气灾害(干热风、水涝、地面沉降等);城市道路及一些建筑物集蓄的雨水可用于城市消防、厕所冲洗、城市绿化灌溉;降雨下渗和人工回灌雨水可快捷、有效地补充地下水源等。政府及环保部门应加大雨水利用的宣传，改变公众以往不收集雨水直接排放的观念，建立起城市规划、小区设计、市政建设、园林绿化雨水利用的氛围，推进雨水利用发展［8］。

4 结论

要解决西北地区发展中的水资源问题，首先要认识到污水是一种稳定可靠、可再生利用的水资源，污水再生利用是解决水资源短缺的有效措施，是实现水资源良性循环的关键。因此，在城市生活用水和工业用水中要加强节水、重视污水资源开发，坚持节流优先、治污为本、多渠道开发的可持续发展战略。针对水资源紧缺的状况，一方面可通过自来水价格杠杆作用，充分利用各种教育和宣传渠道，促使人们树立节水意识，提高公众对再生水回用的理解，树立良好节水习惯，认识到污水再生利用的价值，让污水回用的观念深入人心;另一方面国家要推广污水资源再生利用技术，提出适合西部地区的对策，将污水治理与开发并举，建立水资源循环型社会;并要根据实际情况，选择适合的再生水处理技术，才能真正解决西北地区水资源高效利用的问题。

［1］徐志嫱.西北典型缺水城市污水再生利用系统优化与情景分析［D］.西安:西安建筑科技大学，2005.

［2］王兆华，李立科，赵二龙等.西北地区水资源利用的问题与对策［J］.安徽农业科学，2008，36(10):4202 － 4204.

［3］田秋生.入世后的西部大开发［M］.北京:中国社会出版社，2002.

［4］雷瑞德.陕西省林业可持续发展与生态环境建设区域性特征的思考［J］.西北林学院学报，2003，18(1):11 －14.

［5］樊春贤.西安市水资源可持续利用的探讨［J］.地下水，2007，29(1):17－19.

［6］王亮.西安市西南郊地区污水处理工程中回用水利用研究［D］.西安:西安建筑科技大学，2007.

［7］西安市城市污水再生回用规划.西安市政工程设计院，2003年(内部资料).

［8］卫东，王社平.西安市雨水资源开发和利用的探讨.中国市政工程，2003，105(5):53 －54.

［9］西安市人民政府.西安市节水型社会建设实施方案.2005.

［10］西安市人民政府.西安市城市市政公用设施“十五”计划及2015年规划纲要.

［11］陕西省水利厅.陕西省水资源公报(2003年).