聶梅生(建設部科學技術委員會，北京100835)

　　摘　要：根據對美國污水回用技術的調研，闡述了人類對水的理念所發生的根本性變化。詳細介紹了美國在污水處理與實現資源化方面所實施的管理體制、技術路線和采取的綜合措施，并結合國情提出了相關的切實可行的建議。
　　關鍵詞：污水回用；美國；調研分析
　　中圖分類號：X508
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2001)09-0023-03

　　上一個世紀末期，美國在水領域的總體戰略目標發生了調整，由單純的水污染控制轉變為全方位的水環境可持續發展(Water Pollution Control→Watersheds)。“Watersheds”的含義是：由可劃分的水系、排放系統、以及接收水體所界定的地區或范圍，可權且稱之為“水區”。“水區”提出的背景是基于美國經濟和社會的可持續發展。正如“美國水區新概念”一書中所說：“這個國家在上一個世紀將水和水生環境作為一種物品或商品來對待，所以我們花掉了數萬億美元修建控制水的設施，如：修堤、建壩、挖運河、調水等，這明確地反映了國家致力于經濟發展和對自然過程的控制。”在這個時期，人與自然之間處于對立地位，為了經濟的發展，對地球上億萬年來所形成的自然生態現象進行控制，以便在幾年之內取得效益。但是，如果在這個過程中破壞了生態，大自然對人類的報復是等不到億萬年的，往往在幾十年后就受到報復。因此，在全面總結和檢討了以往的經驗、教訓之后，“在上一個世紀的后二十年，提出了把恢復和修復國家水體的物理、化學和生物的自然完整性作為新的目標”。“水區”這一概念就是為了完成這個新目標而提出的。水區的管理方式基于綜合協調人和自然之間的關系，以保證經濟發展和環境質量，這是一種將生態、經濟、社會、以及公眾參與綜合起來的新的管理模式。隨著戰略目標的調整，帶來了美國水的管理體制和技術路線兩方面的變化。

1　管理體制

　　美國各州在水的管理體制上有所不同，并且州政府的權力很大，各州的體制有其歷史沿革。在加州與水回用有關的聯邦、地方機構有：
　　①美國資源再利用局(U.S.Bureau of Reclamation)：負責按照聯邦第16號水回用基金計劃，為項目提供25%的設計和建設費用(1996年以后每項不超過2 000萬美元)，以及50%的地方回用項目的規劃費，并與地方政府共同支持有關回用設施的研究以及建設的前期工作。
　　②美國環境保護局(U.S.EPA)：負責制定法律、法規和標準。
　　③加州水資源控制委員會(State Water Resources Control Board)：負責與九個地方水質量控制委員會一起管制州地面水和地下水水質；分配地面水水權；管理“周轉基金貸款計劃”和“水回用貸款計劃”，為污水回用設施提供低息貸款及資助。
　　④加州水資源部(California Department of Water Resources)：負責為地方的水回用計劃和示范工程提供技術和資金來源。
　　⑤加州衛生服務部(California Department of Health Service)：負責制定回用水處理和使用標準。
　　⑥城市和地方水的管理機構有的以水區劃分，如：大洛杉機分為若干個水區(Water District)，其中西部盆地水區包括了17個市5個區；南內華達水局(Southern Nevada Water Authority)等。
　　由以上的機構設置可以看出：美國聯邦政府已經設有專門的管理資源再利用機構；聯邦政府和地方政府都有水回用的專項貸款和基金；各個管水的機構各負其責；“水區”不以各級政府的行政管轄范圍劃分，而是以水的涵蓋范圍及有利于水的大循環和優化管理而界定，范圍可大、可小。地方水區管理的核心是綜合管理，這是一個廣義的概念，包括政策制定、供排水廠管理、以及對水及與水有關的資源的控制和綜合管理。

2　水權和水市場概念

2.1　水權
　　美國的水權是一個非常復雜的系統，不僅各州不同，而且在歷史上也發生過很多變化。以密西西比河為界，東部地區沒有明確的水權，西部地區現存的水權基本上有兩種：
　　①水邊界權：持有土地者同時持有該土地界限內的地上、地下水權。持有者有權用水，但無權將水送到所處的土地以外。這種水權是基于美國土地的私有制度。
　　②優先者權：誰第一個開發使用，誰第一個有權。這種水權是始于西部礦產開發時，同時開發了采礦用水。
　　以上兩種水權同時存在，并且至今互相沖突，具有美國在土地、礦產方面強烈的私有制特色。進入21世紀之后，美國更加強調公眾對水資源的權益(Water right for all)，以及對政府合理利用水資源的信任權。
2.2　水市場
　　水市場是指將水或水權在持有者之間進行轉移或出售交易。
　　早在20世紀70年代末期，水可以像糧食一樣進行成品交易的想法就出現了，但直到1991年以前，仍不能采用輸送水的方式進行交易。1987年—1991年，加州遇上了大旱，1991年州政府創立了“旱災水銀行”(Drought Water Bank)，當時該銀行就像交易的中介人一樣從農業用戶手中盡可能地購買地面水，然后再出售給缺水的城市用戶等。目前，聯邦政府和州政府已取消了對輸水交易的某些限制性條款，加州的圣地亞哥水局正在由IID灌區購水2.47×10⁸m³/a,以滿足城市用水,這將成為加州歷史上最大的一次由農用水出售給城市用水的項目。水交易的動力在于各類用水之間的價差。將農用節余的水出售給缺水的城市，將會給農民增加收入，但其負面的影響也不可忽視，如農村人口流入城市、降低就業機會、增加城市發展的壓力等。更應提出的實例是：加州歐文斯谷將其地面水和地下水售給了400 km以外的洛杉機市，以滿足該市人口膨脹的需要。但在此之后，歐文斯谷的農業經濟幾乎消亡了。

3　技術路線

　　在污水處理的技術路線上，關鍵性的轉變是由單項技術轉變為技術集成。以往是以達標排放為目的，針對某些污染物去除而設計工藝流程，現在要調整到以水的綜合利用為目的，將現有的技術進行綜合、集成，以滿足所設定的水資源化目標。
　　從污水處理用詞的演變可以看出其技術發展的方向：由傳統意義上的“污水處理”(Wastewater Treatment)轉變為“水回用”(Water Reuse)，對“水回用”的一般理解是經處理后的水重復使用，是指小范圍內的循環；由“水回用”發展到“水再利用”(Water Reclamation)就進一步具有開發和資源化的含義，目前在美國已被廣泛采用；最近，加州又在有關的規范和標準中用“水循環”(Water Recycling)代替了“水再利用”，“水循環”的概念更加符合水在自然界中的大循環，經處理后的水可用于工業、市政、農業、以及地面、地下等多種用途。以上概念的演變體現了戰略目標的調整，這將必然促使技術路線和工藝流程的升級換代，具體體現在以下幾方面。
3.1　城市二級污水處理廠升級換代
　　二級污水處理廠普遍增加了三級處理工藝流程，以便于實現再利用目的。在生化處理二沉池之后增加過濾、消毒已是普遍的要求，原有的大型二級污水處理廠幾乎都計劃增加后處理工藝(多層濾料濾池之后加氯或用紫外線消毒)。如：洛杉機的Hiparen Treatment Plant、丹佛市的Central Treatment Plant等，原處理能力都在70×104 m3/d以上，目前都在進行后續三級處理的改造，三級處理后的水用于市政綠化、高爾夫球場、洗車、污水處理廠內工藝用水等。
3.2　污水三級處理后增加深度處理
　　經上述三級處理后的出水，采用微濾膜過濾和反滲透膜處理的方法是目前較為成熟并已進入應用階段的工藝技術。處理后的出水水質可達到飲用水標準，目前多用于補充作為飲用水水源的地面水或地下水。
3.3　建立“水銀行”(Water Bank)概念
　　將豐水期剩余的自來水，以及經深度處理后的達標水回注到地下含水層儲存，當干旱或需要用水時，從“水銀行”中調出所需的地下水以滿足供水需求。在地下水缺乏地區提出了這樣的口號：“從地下取出一滴水，就要注回一滴水(Drop of water out，drop of water in)”。凡是有可用的干河床，都要利用作為深度處理場所，以便于將處理后的水回灌地下。利用這種土地處理的方法，其出水水質與采用膜技術的效果相當。
　　與地面水庫相比，地下水銀行具有以下優點：
　　①不存在因建水庫或大壩而造成對環境的影響。
　　②不需要修建長距離的輸水系統。
　　③蒸發量遠比地面水庫少。
　　水銀行已在美國一些水區中使用，包括Kern水銀行項目。
3.4　城市污水的集中處理與分散處理
　　1985年以前，美國建污水處理廠的資金是由聯邦政府投入85%(共計800億美元)、地方政府投入15%來解決，要求至少達到二級污水處理廠出水標準，1985年以后改為發行債券。由于有資金的保證，城市二級污水處理廠(集中處理)已得到100%的普及。
　　城市污水分散處理的提出和發展有以下原因：
　　①分散處理，就地回用。由于回用對象不同，對水質的要求和處理工藝也不同，就地回用又可以節約輸水管線，因此回用水廠的規模一般都在幾萬m3/d的水平上，最大的要算丹佛市，擬在2004年建成17×104 m3/d的污水回用廠。
　　②在已建了集中污水處理廠的情況下，新廠可采用將污水與污泥分開處理的方案，污水就近收集、處理、回用，污泥輸送到集中污水處理廠處理。污泥的集中處理有利于實現處理設施的規模效應，節約投資，回收能源。丹佛市的Sand Creek Wastewater Reuse Facility(2×10⁴m³/d)就是采用了這種方式。
　　③隨著科學技術的發展，尤其是膜技術的發展，污水處理設施實現了裝置化、小型化，使污水分散處理和回用得以實現。
　　④污水處理離不開能源，隨著世界性的能源短缺和大氣污染的加劇，新能源的使用已經是刻不容緩，而太陽能、燃料電池等都適合于分散使用(例如在居民住宅小區中使用)，這就使污水處理隨之走向分散化。
　　城市污水的分散處理和建立回用水廠，將引起城市水規劃方面的改變，應予以重視。

4　回用水標準

　　美國的回用水標準是各州不一的，并且針對不同的回用對象所制定的標準也不一樣，但標準都很嚴格。加州執行的是22號條例(Title 22)，克羅拉多州執行的是84號規范(Regulation#84)，這些文件都詳細地規定了不同回用對象的水質標準，如用于農業灌溉、工業冷卻、市政景觀等。
　　克羅拉多州回用水質的部分指標為：
　　大腸桿菌＜126個/100 mL；濁度＜3 NTU；磷＜0.6 mg/L(回用于工業冷卻水)；氨氮為不可檢出(回用于工業冷卻水)。

5　幾點建議

　　①建立城市用水的綜合規劃概念，在城市范圍內對水源、供水、污水處理、水回用、工業用水等進行統籌規劃，制定城市可持續發展的用水規劃，并設立城市水規劃審批制度。建議成立城市水規劃研究設計機構。
　　②建立國家專項節水基金，發行債券，支持、鼓勵建設節水和水回用設施。
　　③城市污水處理廠的建設必須與回用一并考慮，除了滿足排放標準外，在工藝流程中要考慮回用的水質要求，以免造成短期內的改擴建。
　　④缺水地區新建的住宅小區應考慮強制性的節水措施，否則不予批準設計方案。我國城市每年新建住宅約5×10⁸ m2，按現在的用水標準大約需要275×10⁴m³/d，或約10×10⁸m³/a。美國拉斯維加斯市的給水節水率規劃指標為25%(目前達到了16%)，污水回用率為8%。如果我國新建住宅小區能綜合考慮給水節水和污水回用措施，節水30%的目標是可以實現的，這樣僅全國新建住宅小區每年可節水約3×10⁸m³，三年之后，全國僅新建住宅區內，即可達到年節水量約10×10⁸m³。
　　⑤制定城市節水和水回用的技術指標體系，定期發布適用集成的技術措施，制訂適度超前的標準、規范，為技術發展留下空間。
　　⑥在全國建立5～10個不同回用類型的示范工程，如市政景觀、工業冷卻、住宅小區中水、地下水回灌等。通過示范引路、總結經驗，推向全國。

　　電　話：(010)68393411
　　收稿日期：2001-07-08