河南省城市污水回用探析

摘要：河南省水资源禀赋严重不足，因此考虑城市污水回用能直接缓解供水水源压力，同时减少水体污染。与其他非常规水源相比，城市污水水源稳定且经济性较好。同时国内外在污水回用上已有几十年的经验可供参考。但河南省城市污水回用仍面临缺乏价格竞争力，长期使用影响考虑不足与排放标准“一刀切”等。

关键词：城市水源;城市污水回用;再生水

中图分类号：TV213      文章标识码：A

中国人均水资源仅为世界人均水资源四分之一，加之水资源分布的时空差异，使可利用水资源更显不足。河南属缺水省份，人均占有量为全国六分之一，排第22位。但2011-2017年间河南省用水量占全国比重（3.75%）远超水资源占比（1.47%）。城镇化发展与产业结构以工农为主使河南省短期内难以改变高耗水特征。面临常规水源受限、用水增长压力下，污水回用成为缓解河南省水源压力，实现水资源可持续发展战略选择之一。

城市传统水源主要是地表水与地下水，城市污水来源包括生活污水、工业污水以及城市地表径流三部分，污水回用是指将污水经过处理后水质达到城市供水与城市排水之间的水质标准，并在一定范围内可供使用的水，也称为中水或再生水。处理后的污水根据是否排入天然水体分为直接回用与间接回用。面临水资源短缺压力，中央相继出台法律与行业条例要求并鼓励加大非常规水源开发使用，如《中国人民共和国水法》、《国务院关于实行最严格水资源管理制度意见》等。2011中央一号文件与全国水利工作会议均提出将城市污水视为重要非常规水源之一[1]。《水污染防治行动计划》与《节水型社会建设“十三五”规划》中指出，到2020年，严重缺水城市的再生水循环率达20%以上。因此本文尝试对河南省污水回用的必要性、可行性与主要问题进行分析。

1 河南省实施污水回用的必要性

1.1 河南省水资源禀赋严重不足

人均流量低、天然水资源过度开采、生态水污染等使河南省面临资源性缺水与水质型缺水双重困境。河南省人均地表径流量仅为全国六分之一。为满足省内用水，对天然水源利用早已超过水资源开发利用警戒线。河南省平原区浅层地下水漏斗区持续扩大，地下水储量减少，地下水超采区中心埋深持续下降等一系列水质与生态问题制约环境生态目标实现，并可能进一步引发社会问题。河南省水资源公报，2017年河南省平原区浅层地下水漏斗区总面积8760km2，较2011年扩大19.24%。省内三个地下水超采区中心埋深与1980年相比，安阳-鹤壁-濮阳（7800km2）下降39.18m，温县-孟州（1600km2）下降16.91m，新乡凤泉-小冀（360km2）下降14.2m。同期河南省辖流域平原区浅层地下水储存量累计减少97.17亿立方。不仅如此，天然水源污染进一步加剧河南省水资源脆弱性。全省地表水功能区水质监测中42.5%河长水质未达Ⅲ类。

1.2 加大污水回用弥补先天资源不足

受限于年降水量与地表径流数量不多且时空分布不均，河南省地下水源早已过度开发且难以为继。河南省供水量来源结构中，在南水北调中线工程通水之前，地下占河南省供水量超过55%，且其中浅层地下水占比已由2011年91.60%增至2017年96.19%。而同期中国总供水中地下水占比不足20%。深度超采地下水源引发地表水源季节性与片段性干枯，地下水位下降与水质退化。南水北调中线工程通水后暂时缓解河南省供水压力，但多出的南水北调水多要偿还之前生态用水与局部地区超采地下水旧账[2]。自2017年地下水供水占比首次降至50%以下。8年间非常规水源供水由0.9亿m3稳步增至5.1亿m3，年均增长33.52%，占总供水比重由不足0.4%增至2.18%，对地下水供量与储量双降起到了一定弥补作用。

同时对河南省用水结构分析发现，2011-2017年间，河南省工业用水量与农业用水量年均下降1.78%与0.24%，用水总量增长源自生活环境用水，其中生态环境补水年均增长11.51%，占总用水8.47%。对于非人体接触性的生态环境补水，完全可以借助污水回用，生态系统中的岩层、土壤层等将成为再生水的天然净化层与储水单位。

2 推广污水回用的可行性

2.1 水源稳定，减少污染

河南省地表水源涉及淮河、长江、黄河、海河等多个流域，但地表径流量不多，且时空分布年内分配不均（汛期水量约占年径流量七成左右）、年际变化大（山区最大与最小径流量相差5-10倍，而平原地区更高至20-35倍）[3]、地区间相差悬殊。

河南省2011-2017年间，超过80%水量用于工业、农业与生态环境补水，该部分给水质量不等同于自来水水质标准[4]。生活用水占比17%左右，年均增速低于1.5%。城市供水中超过80%最终汇入城市污水管网，果能将污水收集后进行处理，约70%能安全回用，直接降低城市供水新鲜取水量四至五成。但河南统计年鉴显示，2012-2017年间，河南省城市污水处理量不足20亿吨，不足同期废水排放总量一半。废水处理率偏低进一步加大水体污染，河南省地下水通報显示地下水质监测中三类达标率为已由2011年的27.7%降至2016年12.8%。因此河南省推广污水回用不仅利于非生活用水获取较稳定供水源，降低新鲜取水量，还能减缓水源污染压力。

2.2 与其他非常规水源相比经济可靠

非常规水源包括再生水、海水、苦咸水、矿井水与雨洪水等，海水利用集中于沿海省份，雨洪水以山东、云南、江苏为主，苦咸水利用集中在采煤大省[5]。城市污水水源特点是水量大且稳定，不受枯水季影响，距离近。河南省地处内陆，降水不多且分布差异大，应主要考虑污水回用。

（1）回水成本低于远距离引水造价，以小区内回水（不考虑输水管线）为例，近八成可通过城市排水管网收集。城市污水管网配套投入约为600-1000元/m3，处理至杂用水投入与30km引水造价相当，Ⅱ处理投资约为900-1400元/m3，深度处理再增加500元左右[6]，则与40-60km引水成本相当。且处理指标集中在COD、BOD5、SS等，现有技术能深度处理后综合成本约为1-4.5元/m3。（2）污水能源化进一步降低污水处理能耗。遵循Ⅰ级B处理标准，按1kgCOD转化14kw能源测算，污水资源化潜在能量约为处理能耗10倍，假设十分之一污水能源化处理，能解决污水处理能耗30%。国外部分污水厂能源自给率达60%，部分完全自给。奥地利Strass城市污水处理厂采用A/B两段生物处理，规模为25000m3/d，1996年能量自给率49%，2006年108%，增加厨余垃圾这一外源物时能源效率为200%。Willy Verstrate估算出污水中有机肥、甲烷、氮磷水回收后合计经济效益为3.10元/m3。

2.3 国内外均有相关经验作为参考

面对水资源有限性，上世纪60年代多国开始推广污水回用，城市污水回用工业已实践多年。以色列与日本等发达国家受限于国内水资源紧缺，大规模推广污水回用。日本于1962年开始污水回用，70年代形成规模，濑户内海地区污水回用比已超过三分之二，以色列城市污水90%收集，80%处理，最终回用率超60%，其中42%灌溉，30%回灌地下。即便是水资源总量较多的美国在其国内地下水超采严重的地区实施中水回用工程，中水回用率由1975年的51.3%提升至2000年的84.8%[7]，其中60%用于灌溉，30%用于工业。发展中国家纳米比亚更是于1968年建成世界上第一个再生饮用水水厂，日产量6200m3。

中国20世纪50年代开始在北方缺水地区进行污水灌溉，污水回用起步于80年代大楼污水回用，90年代开始对污水进行集中深度处理后再利用。中国再生水利用量由2005年10.9亿立方增长至2015年的52.57亿立方，其中北京、江苏、山东与河北占全国利用量一半以上。国内外众多城市污水回用与商业化处理经验为河南省污水回用提供了有效的经验参考。

3 河南省污水回用主要问题

3.1 价格竞争力不足，处理仍以排放达标为主

再生水替代自来水的关键因素在于价格。再生水价格竞争力不足主要在于：（1）自来水价格偏低，商业定价机制不完善。自来水作为民生行业，定价长期偏低且市场价格导向较弱，如郑州中水价格约为自来水价格七成。（2）规模效应不足。由于城市污水处理仍以排放达标为主，因此污水收集中未将工业废水与生活污水分离。处理过程中侧重降低污水中的BOD、COD与SS，对其中氮磷等处理效果不佳，水质与自来水相差较大，致使回用率低。依据2015年中国再生水实际供应量与设施设备的生产能力测算，中国再生水生产率不足52%。河南省2015年再生水利用率约30%。

3.2 再生水回用长期影响考虑不足。

综合考虑心理影响、较高处理成本、水网系统分离、饮用口感等因素，再生水用于工业、农业、城市绿化灌溉、生态景观与地下水回填等非直接接触领域。但国内对再生水使用长期考虑不足，缺乏相关标准与试验支撑。（1）同地表天然水质相比，再生水易造成工业循环系统水垢沉积、管道腐蚀与微生物污染。（2）科学合理污灌，能发挥污水中氮磷等水肥功效，若使用不当则导致土地二次污染以及有害物质由污水向生物链转移。国内部分缺水地区污灌年限超过20年，对比实验发现存在重金属污染，如白银市污灌区的小麦籽粒中的铜锌汞等重金属含量明显高于引黄灌区[8]。（3）短期内再生水能够满足城市绿化与人工生态景观水量需求，但长期存在土地酸性、重金属聚集、水体富营养化等负面生态效应。（4）回填地下水在水量上能减少地下水超采的负面影响，但回填后的使用标准规则不足，如美国加州行政管理法规定，人工回灌的再生水需要在地下停留半年以上才能被重新抽取，且抽取水中的回灌水不得超过50%。整体而言主要源自国内对工业、农业灌溉与地下水回灌等再生水水质与监管要求低于发达国家标准。3.3 对污水处理标准应考虑地区与用途的差异性

城市污水处理标准中Ⅱ级、Ⅰ级B、Ⅰ级A依次趋严，但单靠提高排放标准易形成高能耗去碳氮磷的综合环境负效应，难以完成节能减排目标。河南省内各地区水资源禀赋、水体污染情况、污水处理难度、经济发展水平等差异明显，制定排放或回用标准时可考虑差异性，如Ⅰ级A这一高耗能标准，可用于回用水、高标准水体排放水等;Ⅰ級B可用于如流域、生态水体或绿化等;Ⅱ级（无重金属）保留NP等物质用于营养物还田，农用。如美国不同州执行不同标准，甚至同一州不同地区根据环境承受能力的标准也有差异。

4 主要结论

河南省面临资源性缺水与水质型缺水双重困境，地表水资源下降，地下水蓄变量净减少，水质退化等使河南省水资源脆弱性提升，李倩等（2015）基于PSR理论对河南省水资源脆弱性进行量化测算，2008-2013年河南省水资源脆弱性系数由0.4141波动增长至0.4858，由弱脆弱缓慢提升至中脆弱[9]。主要原因是河南省以粗放式直接获取水资源，忽略水资源有序利用与合理开发。缓解水源压力，减少水体污染的有效途径之一就是城市污水回用。与其他非常规水源相比，污水流量稳定、可得性高，综合成本较低，且国内外均有实践经验作为参考。但受限于排放为主与规模限制，再生水价格竞争性不足，且对回用的长期影响缺乏实验研究与政策引导，处理标准的“一刀切”也忽略了地区与用途的差异性。

参考文献

[1] 郭宇杰，郭祎阁，王学超等.城市再生水回用途径安全性浅析[J].华北水利电力学院学报，2013（2）：5-7.

[2] 万振海.城市水资源困境与综合利用途径[J].河南水利与南水北调，2018（8）：50-51.

[3] 王文楷.河南水资源特点及其利用对策研究[J].中原地理研究，1985（2）：30-39.

[4] 吴键，张理，王社平.西安市城市污水处理及其再生利用[J].给水排水，2003（2）：13-18.

[5] 曹淑敏，陈莹.我国非常规水源开发利用现状及存在的问题[J].水利经济，2015（4）：47-50.

[6] 蔚秀春.污水资源化方法探讨[J].内蒙古水利，2007（4）：9-10.

[7] 要栋梁.从国外污水回用情况谈我国城市污水回用[J].科技信息.2006（12）：232-233.

[8] 刘韬.污水灌溉对沈阳市农田土壤中重金属含量的影响.环境科学保护，2003（6）：51-52.

[9] 李倩，李伦.基于PSR理论的河南省水资源脆弱性评价[J].河南城建学院学报，2015（4）：48-53.

收稿日期：

作者简介：张程炯（1985-），男，汉族，本科，工程师，研究方向为市政供水。