城市水资源循环的义乌实践

龚向红

（义乌市水处理有限责任公司 浙江义乌 322000）

引言

随着我国城市化的不断推进，城镇人口持续上涨，水资源的取用与污水的处理和处置是一个城市发展需要考虑的重要问题。例如，义乌市2019 年对居民和非居民供水量超过1.57 亿立方米，较2018 年增加5.24%，不断增加的水消耗不仅对水源水量提出了新的要求，对末端污水的处理也是新的挑战。

如果将一个城市看成一个封闭的系统，从用水的角度考虑，一方面需要从自然界取用水资源，另一方面将使用后的水再排放到自然界中去（见图1）。在这个水资源经过城市循环，再次进入自然界的过程中，就不可避免地携带了一些对环境有害的物质，如有机物、总氮（含氨氮）、总磷、重金属离子等。这就需要加强对水资源在城市区域内循环的深入研究，实现水资源在城市内的梯级利用和循环利用，以最大限度地降低城市用水对环境造成的影响。

图1 城市水循环系统与自然界关系示意图

城市区域水循环一般需要包括以下几个过程：自然界取水、居民/非居民用水、污水处理、中水回用和废水外排，其中的居民/非居民用水、污水处理、中水回用等几个过程是可以施加更多人的影响，加强城市用水区域内循环的关键。本文将从城市用水的污水分类处理、水的梯级利用和中水回用三个方面来探讨如何加强城市区域水循环的问题。

1 厘清居民用水和非居民用水

居民用水是指城镇及农村居民日常生活所需用的水，包括饮用、洗涤、冲厕、洗澡等。居民生活用水的供应量和质量，可以反映某一地区城市发展水平、卫生状况和当地水资源可持续利用水平。非居民用水主要是指工业、商业等领域的用水。较非居民用水，居民用水主要与居民日常生活息息相关，同人体直接接触，更注重其卫生安全、健康风险等特性。有调查显示，在城市用水中，与人体密切接触的用水约占40%，如洗浴、饮用等；而多达60%的是工业、农业、环卫和绿化等方面的用水[1]。义乌市2017～2019 年居民用水量占总取用水量的比例在39%-44%之间，非居民用水量的比例则在56%～61%。一些研究和实践表明，部分工农业和环境绿化用水需求可以使用中水满足，其不仅在水质上完全符合用水标准，而且可以节约大量的新鲜水源[2]。

2 城市污水的分类处理

居民生活用水一般占到城市生活用水的40%左右，加上部分农业和环卫用水，城市污水处理厂接纳的低浓度污染废水应该在60%。这部分废水具有污染物种类单一、浓度低、水质水量相对较稳定等特点，在城市污水中属易于处理的废水。工业废水由于污染物浓度高、含有一定的有毒有害物质、水质水量稳定性较差等问题，一直是污水处理的难题。目前城市污水处理最经济的方法是生化处理法，但是，工业废水中高浓度有毒有害污染物会影响微生物的生理生化过程，并对污水的最终处理效果产生较大影响。因此，需要对城市污水处理进行分类设计，分类处理。

可将各种废水处理分为四级进行分类处理：首先对于比较清洁的雨水和城市清洗水，可以使用较简单的物理沉淀或絮凝沉淀等方法处理后，进行再利用；对于高浓度或有毒有害物质含量较高的工业废水，需要先进行高效的物理化学处理，一方面降低污染物浓度，另一方面减轻其对微生物的毒害作用，然后进入生化系统与生活污水一起进行生化处理；第三级处理为生化处理，主要利用微生物的代谢过程处理废水中的有机物及氮磷等微量元素，也是目前污水处理成本最低的方法；经过生化处理后的水，已经达到排放标准的，可以经过杀菌消毒后排入到自然水体或者进行湿地处理。部分处理水可以经过深度处理，如膜处理工艺后，进行中水回用，实现水资源的高效循环利用，见图2。

图2 城市水资源循环利用示意图

3 雨污分流

雨污分流，是一种排水体制，是指将雨水和污水分开，各用一条管道输送，进行排放或后续处理的排污方式。雨水通过雨水管网直接排到河道，污水则通过污水管网收集后，送到污水处理厂进行处理，避免污水直接进入河道造成污染。雨水的收集利用和集中管理排放，可降低水量对污水处理厂的冲击，保证污水处理厂的处理效率。但还有一种观点认为，随着城市的发展，城市雨水中除了含有颗粒物之外，还会含有一定浓度的污染物，特别是在降雨初期，其中的污染物含量是相当大的，如果这些污染物不经处理直接排放到自然水体，会对自然水体产生较大的影响[3]。

2019 年，义乌市年最大污水处理量为1.97 亿立方米左右。同期义乌市城市年用水总量达到了1.57 亿立方米，中间只有4000 万立方左右的差值。而义乌市的常年平均降水量在1386.6毫米[4]，这么大的降雨量如果一并归集到污水处理系统中，将会对污水处理系统造成巨大的冲击，不利于污水处理系统的稳定运行和达标排放。同时，对义乌市这么大的降雨量而言，雨水中污染物浓度是极低的，实行雨污分流，直接将雨水排入到自然水体中并不会超过自然界的自净能力，也不会对自然水体产生明显影响。

因此，城市雨污分流是一种趋势，但也要综合考虑、因地制宜地进行差异化处理，既做到城市污水处理系统的充分合理利用，又确保不对自然水体产生明显的影响。

4 工业污水处理

城市工业用水占到了总用水量的60%，甚至更高。同时，工业废水具有污染物成分复杂、差异大，污染物浓度范围宽、波动大，难生物降解和生物毒性污染物种类多，浓度高等特点[5]，特别是难生物降解和生物毒性物质，如氰类、酚类、农药、抗生素等含量较高。目前废水处理技术中，生化法是最经济的技术，大部分工业废水采用的都是生化处理工艺。问题在于，工业废水中污染物浓度高、生物难降解和生物毒性物质含量多，一方面对生化工艺的处理效果产生较大影响，另一方面，即使运行良好的生化处理工艺，出水中难降解物和生物毒性物质含量仍然较高。

关于工业废水的处理，有观点认为每个工业企业的废水中污染物的种类和浓度都不同，在此基础上提出让工业企业先在内部进行处理到一定程度后再排入城市污水管网，进入城市污水处理厂进行处理。这虽然在一定程度上能够解决工业废水难处理的问题，但是每一个企业内需要建设一套污水处理系统，从经济性方面考虑，却不是最好的选择。

针对这种情况，可以通过对工业污水进行分类收集，统一处理。主要分为有机污染污水、重金属污染污水两大类。对于以重金属污染为主的工业废水，需要采用化学絮凝、沉淀、吸附、膜处理等工艺处理。对于有机物污染为主的工业废水可以统一收集，采用高级氧化技术先进行预处理，例如铁碳氧化、芬顿氧化、臭氧氧化、电化学氧化等工艺等[6][7]。高级氧化工艺的预处理并不以降低COD 为目的，而是尽量降低难降解物和生物毒性物质的浓度，使大部分有机物变为可生化物，提高工业废水的B/C 值，使其适合生化处理。

工业废水先经过分类收集，然后对有机工业废水统一进行高级氧化技术预处理，提高污水的可生化性能，再进入市政污水处理厂进行生化处理。目前，我国各个地方的工业园区或产业集聚区的建设，使得这种收集和处理更具有优势。

5 处理后污水的梯级利用和中水回用

处理后的污水主要指经过物理处理后的雨水和经过生化处理后的出水再进行深度处理获得的再生水（或称为中水）。经过处理的雨水中污染物含量少，可以作为城市冲洗水、市政绿化水、湿地和景观用水进行充分利用，一般都排放到自然水体。相比之下，再生水需要对经过生化处理后的污水再进行深度处理，包括膜处理、反渗透等。由于处理深度较深，处理后的水质较好，基本上能达到工业和非接触式居民用水的标准，但处理再生水的成本较高，因此，需要对再生水进行合理高效地利用。

再生水目前有以下用途：补充河道水、人工湿地处理、景观用水、工业回用水和非接触式的城市居民用水。人工湿地处理，不但可以进一步提升水质，而且可以和当地自然或人造景观建设相结合，起到保障水质安全的作用。景观用水对水质要求不是特别高，而且用水量较大，适合于再生水的回用。

对于再生水作为城市居民用水和工业回用水这两方面需要视具体情况进行分析。在城市居民生活方面，再生水可以作为城市冲洗水、城市绿化水、城市水体补充水和城市消防用水等，这样做一方面用水比较集中，改造费用小，另一方面不需要直接面对城市居民，便于统一实施和管理，极大地降低了再生水回用的建设、运行和维护成本。

义乌市建有义亭、大陈、佛堂、苏溪四个污水处理厂尾水湿地，面积约27 万平方米，尾水湿地不仅使污水厂出水水质得到了进一步的净化，也使尾水湿地内用水得到充分补充，绿化改善、环境更加干净整洁。同时，义乌市已经建成污水厂配套尾水回灌管道，2017 年、2018 年和2019 年利用污水厂尾水分别向城中河、杨村溪、香溪等配水5836.2 万方、6089.58 万方和6002.7万方，城市内河得到有效补给，水环境明显改善。

再生水的另一大用途是工业用水。工业用水在城市用水中所占比例大，用水也比较集中，特别是对于集中式的工业园区，工业用水的集中供应优势明显，再生水水质较好，完全可以满足一些工业企业对水质的要求。再生水回用成本相对较低，例如，根据北京市再生水设施运行调查结果，若不考虑折旧费可使再生水系统运行费降到0.75 元/m3以下，而海水淡化费用为5.0元/m3[3]。同期，各个大中城市自来水价格在2.5～5.0 元/吨之间[8]，工业企业使用再生水的价格优势明显。

对于再生水的工业用水利用，义乌市建设了生产高品质再生水的义乌市稠江工业水厂。该再生水厂采用 “浸没式超滤”+“反渗透”双膜处理工艺（见图3），设计产能为3 万吨/日，向义乌市经济开发区内的印染、电镀、塑料制品等十八家企业装表供水，供水量稳步增长，逐步替代了部分企业自来水的使用，极大的缓解义乌市水资源短缺问题。

图3 义乌市稠江工业水厂再生水生产处理工艺流程图

表1 义乌市稠江工业水厂再生水产水与原水水质对比

图4 城市水循环路径示意图

污水再生回用是减轻水体污染程度、改善生态环境、解决区域水资源短缺问题的有效途径之一，既可以缓解水资源不足的压力，还可以节省开发水资源投入费用，产生巨大的环境效益和社会效益。

结语

在城市水循环系统中形成一个水资源多元化、多层次循环利用的水流网，使水资源物尽其用并尽可能地减少对环境的污染。通过对水资源在城市中的合理分类和梯级处理、处理水的多元化回用，构建科学取用、内部多次循环、梯级利用和达标高质量排放的城市水资源高效循环系统，是解决城市水资源分布不均、资源短缺和环境污染较严重的有效措施之一。城市水资源循环的义乌实践，从各个环节统筹考虑，提高清洁水资源的利用效率，开发再生水资源的利用途径，提高水资源在城市水循环中的利用率，创造更加优美的城市环境和自然环境，为城市水资源循环提供了可参考的实用案例。