基于再生水设施生产率的非常规水源开发利用对策

曲 炜,赵建海,范文渊,薛 阳

(1.水利部水资源管理中心北京 100056;2.水利部非常规水源工程技术研究中心,北京 100056;

3.北京中水江源地下水保护利用研究所有限公司北京 100056;4.天津城建大学环境与市政工程学院,天津 300384)

基于再生水设施生产率的非常规水源开发利用对策

曲 炜1,2,3,赵建海4,范文渊4,薛 阳3

(1.水利部水资源管理中心北京 100056;2.水利部非常规水源工程技术研究中心,北京 100056;

3.北京中水江源地下水保护利用研究所有限公司北京 100056;4.天津城建大学环境与市政工程学院,天津 300384)

我国非常规水源开发利用量逐年增加,在北方缺水城市已成为景观环境和工业冷却用水的主要水源。以再生水开发利用为切入点,分析近年来再生水设施、设备生产能力和生产率变化趋势,从水源水量、终端用户、管网建设、成本水价、自身条件、外部环境等方面分析再生水产能过剩的原因,并提出对策与建议。

再生水;非常规水源;生产率;影响因子;开发利用

非常规水源指区别于传统意义上的地表水、地下水等常规水资源,主要有再生水、淡化海水、雨洪水、矿井水、苦咸水等,这些水源的特点是经过处理后可以再生利用,可以在一定程度上替代常规水资源,加速和改善天然水资源的循环过程,使有限的水资源发挥出更大的效用。据不完全统计,2013年,我国非常规水源利用量为67.8亿m3,其中再生水、矿井水、雨洪水、苦咸水、海淡水的利用量分别为53.8亿 m3、8.2亿 m3、3.6亿 m3、1.1亿 m3、1.1亿m3。再生水利用量最大,占79.2%;海淡水利用量最少,占1.6%。这几种水源中,再生水具有稳定的水源、技术相对成熟、用户群体固定、管网建设配套完善等优势;海淡水虽然目前利用量最小,但其发展前景最为乐观,是解决沿海省份和岛屿缺水问题的有效手段;矿井水利用量虽占第二位,但由于其水源具有不可持续性的特点,其发展将受到限制。故本文重点讨论再生水历年产能变化情况,从政策制度、规划配置、水源水量、社会经济、水资源赋存条件等方面分析产能过剩的原因,从政府主导、激发市场活力,部门联动、统一资源规划配置,标准体系、控制水质安全,价格调控、构建合理价格体系,面向市场、促进产学研融合,加大投入、提高科技创新能力等方面,提出非常规水源开发利用的对策、建议。

1 现状再生水利用量

图1 2013年我国各省(区、市)再生水利用量排序

我国再生水利用各地差异较大,根据2013年水资源管理年报初步统计结果,2013年我国再生水利用量为53.8亿m3,较2012年增加9.5亿m3。我国各省(区、市)再生水利用量排序,如图1所示。

对图中数据来源进行分析,不难看出,由于统计口径的原因,广东把污水处理厂达标排放到河道、湖泊中的部分水量统计到再生水利用量中。笔者认为该水量不应计入再生水利用量中。因为,污水达标排放执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》(简称排放标准),而再生水回用于景观环境执行GB/T18921—2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》(简称回用标准)。这两个标准在污染物指标控制方面存在差异:①关注污染物指标数量不同,排放标准关注12项指标,回用标准关注14项指标;②排放标准和回用标准共同关注的9项指标中,排放标准达到一级A出水要求才能满足景观环境用水指标;③排放标准重点关注COD、BOD5等,回用标准关注浊度、溶解氧、余氯等指标,而这些指标排放标准中未予考虑。因此,简单地把污水处理厂排放到水体中的排放水量作为回用于景观环境中的再生水量是不可取的,若要统计也仅应统计达到一级A排放标准的水量。北京、山东、辽宁、河北、山西、内蒙等6个北方缺水省(区、市)再生水利用量占全国再生水利用总量的50%,是我国再生水利用的主要省份。

2 历年再生水设施生产率分析

自2008年国务院“三定”方案赋予水利部指导城市污水处理回用等非传统水源开发利用职能以来,水利部从水资源统一配置的角度对再生水的内涵和外延进行了规定,通常指以污水处理厂出水达到景观环境和农业灌溉回用标准的水量或再生水厂出水或工业企业排水达到景观环境回用标准的水量,作为再生水利用量。按照这个标准,各地水行政主管部门逐级统计、汇总,自2009年以来,水利部逐年发布“水务管理年报”,指导各地开展非常规水源开发利用工作。对2009—2012年水务管理年报相关数据进行分析,并参考2013年水资源管理年报不完全统计结果,发现我国再生水利用虽然起步较晚,但生产能力和利用量逐年提高,如表1所示。

表1 2009—2013年我国再生水生产能力、利用量

虽然我国再生水设施、设备生产率已由2009年的33%提高到2013年的56%,提高了近1倍,但整体来看,我国再生水设施、设备生产率较低,还不能保证满负荷运行,产能相对过剩。其原因主要有:①水源水不足,设施生产能力不能满负荷生产;②市场培育不足,没有用户使用,利用率低。市场的培育受制于用户的需求,用户的需求又受制于水资源赋存条件和社会经济发展水平等客观因素,即便如此,用户也是可以通过政策等激励手段去激发、去挖掘;③管网建设滞后,没有相应的输配设施,即便有用户使用,也无法输送到用户端,影响再生水利用;④处理成本高,再生水水价低,成本水价倒挂,企业亏本运营。

3 影响生产率的因子分析

3.1 水源水量

再生水厂水源通常有两类,一类是以污水处理厂出水为水源,经处理后达到再生水水质标准,这部分是再生水的主要水源;另一类是以污水为水源,经膜生物反应器(简称MBR)工艺,直接处理达到再生水水质标准,这类水源目前市场容量较小。本文主要分析污水处理厂二级出水水量能否满足现有再生水设施、设备生产能力。据2013年水资源年报不完全统计,我国年污水排放量423.4亿 m3,处理量337.8亿m3。按照现有再生水厂生产能力全部满负荷运行,其处理量也仅为94.2亿m3,占年污水处理总量的28%,未来随着城镇化步伐的加快,污水处理总量还会增加。因此,水源水量不是影响再生水厂产能过剩的主要原因。

3.2 终端用户

根据1997—2013年水资源公报中用水总量变化趋势,在不考虑实施最严格水资源管理制度“三条红线”控制目标的前提下,采用回归分析法预测2020年我国用水总量将达到7 010亿m3,比水利部划定的6700亿m3总量红线超出310亿m3。今后,这部分水量只能通过开发非常规水源予以解决,考虑未来加大海水淡化投入力度后,再生水在非常规水源中的比重将会减少,按照由现状79%降低到70%计算,届时,再生水利用量将达到217亿m3,具有巨大的用户空间。现有再生水生产能力远远不能满足用户的需求,用户不是影响再生水产能过剩的因素。

3.3 管网建设

自2009年到2013年,我国再生水管网长度已由0.4万km增加到1.1万km,增加两倍多,但把它平均分配到全国600多座城市,则每个城市不足20 km。再生水作为供水水源与城市自来水供水系统具有一定的相似性,截至2013年,全国城市供水管网长度已达63万km,基本形成主干网加支干网的网状供水系统。按照这个标准,目前,再生水管网建设除北京基本能够达到主干管网已经初步成型外,其他城市再生水供水管网还处于点对点的供水状态,支状管网尚未建成,更谈不上网状供水系统。因此,管网建设滞后是制约我国再生水利用的因素之一。

3.4 成本水价

对于再生水,按照处理技术的不同,其处理工艺大致分为直接过滤、混凝沉淀过滤(老三段)、生物处理工艺、膜处理工艺,有些专家把膜生物反应器(MBR)作为单独的处理工艺。再生水处理成本与处理工艺和处理规模有着直接的关系,工艺不同成本不同,规模不同成本不同,通常随着处理规模的增大,处理成本将降低,以5万t/d规模为例,直接过滤吨水投资350～400元,吨水运行成本0.25～0.35元,是再生水处理工艺中成本最低的工艺,现行再生水水价远高于其处理成本,各工艺成本与水价比较[1-2],如表2所示。

表2 再生水处理成本与水价分析

由表2可以看出,现有再生水水价基本与“老三段”和生物处理工艺直接成本(不含折旧)相当,企业基本可保本经营;膜处理工艺成本较高,目前的再生水价格不能覆盖其处理成本,运营主要依靠政府补贴。因此,以膜工艺生产再生水的企业,其成本与水价倒挂,企业亏本经营,难以持久为继。因此,成本水价倒挂是影响再生水开发利用的制约因素之一。

3.5 自身条件

我国再生水利用主要集中在北方缺水地区,南方水资源丰沛地区再生水利用量占利用总量的比例不足5%,若认可广东统计的数据为再生水利用量,其占再生水利用总量的比例也不到1/4。笔者以社会经济发展水平相当,城镇化率接近的北京和上海为例,分析水资源赋存条件对再生水利用的影响;以水资源赋存条件相当,城镇化率接近的宁夏和内蒙为例,分析社会经济发展水平对再生水利用的影响。北京、上海、宁夏、内蒙四省(区、市)2013年基本数据如表3所示。

表3 北京、上海、宁夏、内蒙再生水利用量相关指标汇总

由表3可以看出,2013年,北京和上海人均地区生产总值(GDP)、人口总数、城镇化率基本相当,但其再生水利用量却相差较大。分析其原因,两市最大的差距就是水资源赋存条件,北京年降水量664mm,上海2 000mm,是北京的3倍多,用户对再生水的需求不旺盛,是导致再生水利用迟缓的主要原因。因此,在开发利用再生水时,应因地制宜,合理规划。从表3中还可以看出,身处同一地区的宁夏和内蒙,由于内蒙经济较宁夏发达,再生水利用量是宁夏的8倍。由此可见,再生水开发利用首先受制于当地水资源赋存条件,其次受制于社会经济发展程度,仅有需求没有经济基础,仅有经济基础没有需求都不能促进再生水利用。

3.6 外部环境

3.6.1 政策制度

从国家层面看,再生水除再生水企业纳入资源综合利用范围免征增值税外,还没有出台制度化的财政补助和价格等鼓励政策,也没有一部综合的、能调节各方利益的再生水法规;从地方层面看,据不完全统计,全国共计颁布98项涉及再生水的地方法规、政府规章与规范性文件,包括8项省级法规、6项省级政府规章、52项省级规范性文件、11项地市级法规、11项地市级政府规章、10项地市级规范性文件;从形式上看,全国约70%相关再生水的政策法规零落分布于污水处理、环境保护、资源利用等法规、规章与规范性文件之中,仅有12座城市出台了再生水专门的法规、规章与规范性文件[3]。国家及地方文件在谈及再生水发展时,大多以宏观的“鼓励”、“大力发展”措辞为主,缺乏具体明确的鼓励政策、配套措施及奖罚制度。因此,政策太过宏观,不具体,也是制约再生水利用的因素之一。

3.6.2 规划配置

从国家层面看,还没有一部针对再生水的专项规划;从地方层面看,全国共有20个省(区、市)、55个市(县)编制了与再生水相关的规划[4]。这些规划对指导各地再生水开发利用起到了很好的引导作用。因此,规划编制切合实际,也是促进再生水开发利用的主要因素之一。

3.6.3 管理体制

在中央层面,国务院部门“三定”规定明确赋予水利部指导城市污水处理回用等非传统水源开发利用。然而在地方层面,城市污水处理回用的管理主体不明确,在全国655座城市中,只有96座城市污水处理回用归口当地水行政主管部门管理,85%的城市仍由城建、环保等部门管理。中央与地方的城市污水处理回用管理体制不一致、不衔接,存在信息不畅通的问题,造成“上通下不通”。因此,管理体制不顺是制约再生水开发利用的因素之一。

从水源水量、终端用户、管网建设、成本水价、社会经济、水资源赋存条件、政策、规划、体制等因素的分析,可以看出,目前我国再生水利用较高的北京、天津、山西、山东、河南、河北等地不仅有完备的政策制度体系,而且在财政、税收、土地、电价等方面还出台了具体、细化、可操作的优惠政策;不仅有再生水利用规划,而且还与水资源综合规划和城市发展规划相衔接,规划中明确了再生水利用总量和分区利用量,以及污水处理设施与再生水处理设施配套建设,优化布局,在城市发展中预留再生水管网建设空间;不仅如此,这些省份也是城乡水务一体化发展较早和较完善的省份,特别是像北京、天津这样水务改革非常彻底的地区,其再生水利用量也最大,设施、设备生产率也较高,统一规划、统一配置工作也能真正落到实处。因此,从上述分析可以看出,影响我国再生水开发利用程度的主要因素,有直接的也有间接的,有主观的也有客观的。总体来看,一方面受制于自身水资源赋存条件和社会经济发展水平等客观因素,另一方面受制于政策、规划、体制等主观因素。从目前我国再生水开发利用整体情况看,市场发育不足是其根本原因,要改变这一现状,需要政府出台相关优惠政策培育市场,对再生水予以扶持。

4 非常规水源开发利用的对策建议

4.1 政府主导,激发市场活力

从水资源保护的战略高度,给予非常规水源建设工程与国家公益性水利工程同等地位。借鉴节能、环保、高新技术等行业促进发展经验,根据非常规水源利用特点,在财税、投融资、土地等方面,对非常规水源开发利用涉及的建设、生产、运营等环节制定针对性鼓励政策,激发社会资本积极投入非常规水源开发利用。建立再生水利用、海水淡化、苦咸水利用重点示范工程,推动非常规水源利用试点城市建设。充分发挥市场机制在非常规水源开发利用与运行维护中的作用,建立多层次、多渠道、多元化的非常规水源建设与运行维护投融资模式,逐步形成政府主导、社会筹资、市场运行、企业开发的良性运行机制[5]。推广市场化经营方式,政府积极创造条件,利用特许经营、投资补助、招标拍卖等多种方式,吸收社会资本。

4.2 部门联动,统一资源规划配置

非常规水源利用涉及水利、城建、海洋、环保等多个部门,但经处理后达到水质标准的非常规水源应与传统水资源协调,统一进行资源配置,充分发挥产能,提高利用水平。再生水、海水利用规划应充分考虑城市总体规划与产业布局,并与水资源规划、城市总体规划、环境保护规划、土地利用规划等相衔接。对北京、天津这类非常规水源发展较快的地区,不仅有各类非常规水源的专项规划,而且在水资源综合规划中把非常规水源利用量按照区县进行分解,明确具体的工程措施,把常规水源与非常规水源进行统一规划、统一配置[5]。因此,针对我国社会经济发展差异性较大的特点,应分类指导,按区域统一规划,明确常规水源和非常规水源利用量,达到区域资源合理开发、合理利用的目标。满足设施、设备负荷要求,规避产能过剩的问题发生。

4.3 加强监管,控制水质安全

建立非常规水源利用安全监管制度体系,制订再生水安全监管办法、再生水使用安全保障制度,建立城市污水回用应急处置机制等[6]。在示范工程基础上,研究和建立再生水、海水和雨洪水利用技术标准体系,将产品(装备)认证纳入节水产品认证范围。加强海水利用产品装备的质量监督检验,建立非常规水资源的统计、监测与评估制度,确保非常规水源安全高效利用。

4.4 价格调控,构建合理价格体系

体现水资源稀缺性,形成多层次阶梯水价,提升用户对非常规水源利用的积极性[7]。统一制定常规水源和非常规水源供用水价格,理顺价格关系,体现非常规水源价格竞争优势。健全非常规水源价格补贴机制(如逐步提高常规水源供水价格以补贴非常规水源制水成本),避免企业长期亏损运营。

4.5 创新机制,逐步推行合同管理模式

逐步推行合同管理模式,利用特许经营、委托运营等方式,促进非常规水源工程建设、运营的专业化和社会化,促进生产运营企业提升非常规水源利用工艺技术,更新改造设备设施,不断提升技术水平。

4.6 面向市场,促进产学研融合

以市场为导向,以用户需求为目标,构筑运营单位、设备材料制造企业、科研单位联合组建,政府决策、监管部门共同参与的非常规水源技术研发及应用平台,建立一个具有较强技术创新能力的非常规水源开发利用产业联盟,推动非常规水源利用管理和技术信息资源互通、科技研发和成果转化、技术集成及推广应用。

4.7 加大投入,提高科技创新能力

明晰政府和企业责任,明确政府投入的范围、机制和渠道,建立多层次财政补贴机制,加快出台设施和管网配套建设“以奖代补”机制,落实企业增值税、所得税减免政策。如北京市,2013年再生水利用率已达62%,接近国际先进水平。其发展经验表明,政府在建设期财政投入修建管网,运行期以免征企业所得税、财政补贴企业亏损的方式维持企业良性循环。加大政府支持力度,鼓励企业科研投入,注重专业人才培养,建立一批重点实验室、中试基地,在对国外先进技术消化吸收的基础上,提升自主研发能力,瞄准对我国非常规水源开发利用快速、高水平发展形成制约和瓶颈的关键工艺技术、装备制造和新材料,有重点、分阶段突破,促进核心装置设备及材料国产化、新技术研发及技术装备产业升级。

[1]丘宁,王昭,杨悦,等.污水再生处理厂运行成本的计算[J].中国给水排水,2003,19(2)97-98.

[2]汤芳,孙迎雪,石晔,等.污水再生处理微滤-反渗透工艺经济分析[J].环境工程学报,2013,7(2):417-421.

[3]吴迪,赵勇,裴源生,等.我国再生水利用管理的建议[J].水利水电技术,2010(10):10-14.

[4]陈卫平.美国加州再生水利用经验剖析及对我国的启示[J].环境工程学报,2011(5):961-966.

[5]邹玮.澳大利亚可持续发展水政策对中国水资源管理的启示[J].水利经济,2013,31(1):48-53.

[6]胡德胜,王涛.中美澳水资源管理责任考核制度的比较研究[J].中国地质大学学报:社会科学版,2013(3): 49-56.

[7]施维荣.《欧盟水框架指令》简介及对中国水资源综合管理的借鉴[J].污染防治技术,2010(6):41-45.

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2015 06 -09 编辑:陈玉国)

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曲炜(1968—),女,山东莱州人,教授级高工,博士,主要从事水资源与非常规水源技术研究。E-mail:quwei-cj@163.com