城市水系统面临变革——访清华大学环境科学与工程系教授陈吉宁博士

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近日，在建设部举办的全国城市污水再生利用经验交流与技术研讨会上，首次披露了一份题为《中国城市污水再生利用发展战略及经济产业政策研究》的研究报告 研究成果勾勒出了由清华大学环境科学与工程系完成的城市污水循环利用的“路线图” 本刊采访了报告负责人——清华大学环境科学与工程系的陈吉宁教授 “中国水业”:城市污水资源化越来越受到人们的重视，国务院领导对此高度重视，并给予了特别指示；建设部将在适当的时候讨论和部署这一主题 请介绍一下这份报告的背景 陈吉宁:水资源严重短缺已成为制约城市社会经济发展的主要因素之一，尤其是在北方缺水地区；然而，水污染在一定程度上威胁着水源保护，这进一步增加了安全供水的难度和成本 由于城市水环境基础设施的不断完善，加上人们对城市水环境要求的不断提高，城市污水的收集和处理率也有所提高。在此前提下，再生水作为新型城市供水水源的可能性越来越被人们所认识 把城市污水作为一种宝贵的资源，把污水资源化放在重要的位置，意味着要重新考虑现有的城市总体规划和城市给排水系统 作为现代城市基础设施最重要的组成部分之一，城市供水厂、污水处理厂以及配水和排水系统无疑将因污水回收装置的介入而经历深刻的结构和功能变化 然而，到目前为止，我国城市污水回用的发展战略、对策和原则还没有指导性文件。从长远来看，这必然会影响城市污水回用的战略地位和发展趋势，影响相应的资源政策，进而影响城市水资源的可持续发展和利用。因此，本研究试图从战略研究的角度探索我国城市污水回用的发展路径。 中国水业:为了解决城市水危机，开发水资源，人们付出了很多努力。请对城市水源的发展做一个简单的对比分析 陈吉宁:自20世纪70年代以来，许多国家已经意识到使用回收污水作为补充水源的好处 国际经验证明，再生水的确是一种宝贵的替代资源 根据不同的水质要求(如农业灌溉、市政杂用水、工业用水、一般景观生态用水、间接饮用水)，城市污水经过不同程度的处理后可以回用，并可以在不同方面灵活使用，满足各种水质资源需求。 我们的研究表明，城市中水作为一种新的供水水源，与其他主要指海水淡化、雨水资源收集利用和长距离(或外流域)输水的新水源相比，在资源可靠性、技术进步潜力、生态环境影响、工程效率等方面具有充分的战略发展优势 从长远的战略角度来看，城市污水再生利用应该成为城市新的供水来源的一个重要方面 当城市污水资源得不到合理利用时，盲目急于进行跨流域调水和海水淡化工程建设是不可取的 即使其他供水方式能够满足经济合理的要求，也应该保留一定份额的再生水作为竞争性备用水源，以提高供水效率，防止垄断，实现资源的有效配置 在选择城市供水水源时，有必要对相关水资源项目的环境和经济效益进行全面系统的评价，这种评价不仅要针对项目的建设阶段，还要分析整个项目的生命周期。在此基础上，有必要确定项目是否实施 中国水业:可持续发展战略已被世界各国普遍接受。请谈谈城市污水循环利用与可持续发展的关系 陈吉宁:可持续发展的基本含义是满足当代人的需求，而不危及后代满足其需求的能力 水资源的可持续开发利用无疑是可持续发展战略的要求和保障条件之一 从我国水资源现状来看，污水处理和回用非常不足，天然水质普遍下降，供水处理负荷增加，成本上升。水资源的利用一般不符合可持续发展的要求 换句话说，在整个用水过程中，污水循环利用的弱化影响了良性循环的建立 从可持续利用的要求出发，要改变现有的水社会循环结构和功能，与污水再生和回用相关的工程系统必须在自然水文循环中发挥非常重要的作用 从本质上说，“水问题”的产生是因为当水的社会循环系统作用于自然循环系统时，它受到自然系统的反作用，造成了社会循环系统的运行障碍 因此，要解决“水问题”，首先要从社会循环中可以手动控制的因素入手 在城市水的社会循环过程中，适时科学引入污水循环环节，重新优化用水结构，达到新的平衡模式，将会产生缓解城市水源短缺和控制城市水污染的双重效果 换言之，只有优先解决水的社会循环系统的内部结构和运行机制，才能最终解决“水问题”，从而实现两个循环的和谐共存 “中国水业”:城市污水再生利用无疑是一项重大的系统工程。从点到面的推广有很多工作要做。请谈谈应该首先从哪些方面着手 陈吉宁:我国城市污水再生利用发展战略的实施，必须从技术、经济、产业、规划管理、公共安全等多方面做好充分准备，冷静面对战略实施过程中可能遇到的障碍 具体来说，实施城市污水再生利用发展战略，首先要从以下几个方面入手:一是要将污水再生利用的内容纳入城市水资源开发利用规划；其次，要系统地将污水回用工程纳入现有和未来城市的水环境基础设施建设，实现与给排水系统的一体化规划、设计、运行、监督和管理；第三，在不同的地区和阶段选择不同的发展模式，政府在不同的模式中扮演不同的角色 中国水业:城市污水的循环利用是一个重要的变化。我们也应该因地制宜，适应时代吗？陈吉宁:中国各城市的水资源开发利用、经济发展水平、基础设施建设等各种因素存在很大差异 在这种不平衡的情况下，在全国范围内推行内容和要求完全统一的城市污水资源化是不现实和不科学的 从全国各地区中水利用的必要性、经济可行性和可能利用类型出发，划分城市污水再生利用的发展模式，不仅有利于从宏观角度把握全国中水利用的方向，也有助于更好地指导各地区、各城市的污水再生利用工作 此外，如果每个分区的差异能够反映时间上的变化趋势，那么国家分区不仅可以横向引导城市选择污水回用的发展模式，还可以纵向引导城市进入不同的时间分区 国家分区的根本意义在于帮助一个城市为其当前的污水循环利用选择相应的发展模式，当然，它还包括国家对不同模式所属城市应采取的态度 根据初步研究结果，中国342个研究区域可分为五个战略分区:优先义务发展、国家支持发展、自我稳定发展、等待模式和非义务型 此外，随着时间的推移，每个城市所属的分区将不可避免地发生变化 为此，国家应定期重新评估每个区所包括的城市，并更新各类城市的清单，特别是优先强制发展型和国家支持发展型 中国水业:城市污水系统的集中和分散是一个非常有趣的话题，而城市污水的循环利用与此密切相关。请解释一下 陈吉宁:即使在欧美等发达国家，建设集中式污水处理系统也不是城市发展的唯一选择 历史上，推动大型集中式污水处理厂建设的两个核心因素是考虑污水处理厂的经济规模和运行控制。近年来，随着水处理技术的创新和对水基础设施全面认识的深化，推动大型污水集中处理厂建设的因素明显减弱 相反，污水循环利用的要求使得分散系统在城市发展中占据一席之地 分散式污水收集、处理和回用系统在城市可持续性方面比集中式系统更具优势 从资源保护的角度来看，世界各地都有从大规模供水和污水服务系统向分散式污水系统回归的趋势 根据中国目前的发展水平，许多城市，尤其是中小城市，水环境基础设施极其不完善。此时充分考虑污水回用的可行性，是推进城市污水资源化战略的有利时机 具体来说，城市规模越小，越适合采用分散式污水处理系统，如中国的小城镇 在大城市，新规划的社区可采用就地污水处理和回用系统；对于工业用水和大型生态景观用水，应考虑集中污水处理厂出水的回用 “中国水务产业”:要真正发展城市污水循环利用，除了以上几个方面，还必须从经济和产业的角度给予战略支持 你的报告有专门的一章，请简单介绍一下 陈吉宁:具体来说，城市污水资源化的经济和产业战略包括以下内容:加强经济可行性研究，确定适合当地具体情况的经济有效的污水资源化方法；建立污水回收收费制度，确保中水工程投资的合理收益；拓宽污水再生利用项目的投融资渠道，建立资金投入、市场补偿、有偿使用、合理估值的多层次、多元化投资渠道；引入竞争机制，提高废水回收行业管理效率，加强企业技术进步；放宽政府对污水再生产业不必要的控制政策，消除行政干预造成的区域垄断和进入壁垒，鼓励水产养殖企业投资跨区域再生水项目；加强水产养殖业内部的整体合作，在条件成熟的地区推进污水回收行业、污水处理和供水行业的整合，增强国有水产养殖部门的竞争力；国家和地方政府必须出台相关优惠政策，通过财政补贴、贴息贷款和税收优惠等方式鼓励污水再生产业的发展；根据污水资源化的不同发展模式，我们应该制定相应的经济和产业政策 此外，我们还应该研究城市污水资源化的安全和公共策略 这一战略包括两个方面:第一，城市污水再生利用的发展必须在整个过程中确保人类健康和环境安全；第二，必须不断提高公众对安全使用再生水的信心 当然，这两个方面是相互交织、不可分割的 撰写和撰写:曹彰■相关链接(一)再生水的开发优势从资源可靠性来看，城市污水由于来源和趋势基本固定，与供水需求在时间分布上具有很强的同步相关性。供水保护程度高；在空之间的分布中，离城市的相对距离较短且相对集中 因此，这一次空城市污水和供水之间的同步性使其作为一种资源的可用性具有吸引力 长距离输水，顾名思义，是对外部流域水资源的异地利用，短期内可以得到充分保障。然而，随着中国从计划经济体制向市场经济体制的转变，水权进一步明晰，决策进一步民主化，外部流域水资源的可利用性存在潜在的水危机和价格危机 这种长期的危机感应该是决策者必须考虑的一个因素，与空之间的小时间可变性和可变性的特征优势相比 此外，长距离输水必须输送高质量的水(往往符合饮用水标准)，因此低标准的需水量(如市政杂用水)无疑是资源利用中的不合理配置 对于雨水资源来说，在收集和利用过程中最大的问题之一是由于大气降水本身的不确定性和空时差造成的水保证率低 此外，雨水资源的可靠获取也对我国现有的屋顶结构、材料和地面建筑材料提出了创新要求 与雨水资源相似，空之间海水资源的分布特征也决定了这种资源利用模式的区域局限性 此外，再加上近年来近海污染的出现，海水资源的利用不仅需要脱盐，还需要污染控制 就技术进步的潜力而言，长距离输水由于技术含量低，从长期发展的角度来看没有技术进步的潜力 然而，城市污水的回收是不同的。在当前各种新的污水处理技术和新材料的背景下，空在污水回用方面实现技术突破的空间将非常广阔 随着污水回用技术的不断创新，技术进步将提高供水的经济性、安全性和可靠性 同时，海水淡化技术经过多年的发展，并没有太大的变化。中短期内不易取得大的突破，大规模产业的真正形成具有高度的不确定性；与此相比，污水循环利用的技术难度降低，在新技术的应用和实现方面具有巨大潜力。技术进步的成果将更快见效，它适用于解决短期、中期和长期的所有时间尺度的城市缺水问题 就生态和环境影响而言，从水资源的宏观动态变化规律来看，无论是长距离输水、雨水收集利用还是海水淡化，都是对自然水文循环的扰动，其中长距离输水的扰动最为严重 长距离调水工程是流域间水资源的再分配。由于它影响着输水水源和输水线路的沿岸，常常会滋生一些不可预见的问题，如局部土地盐碱化、输水中的物种迁移等 即使是雨水资源的利用也会影响区域外的水资源平衡，因为区域内的水资源是当地收集的 然而，污水的循环利用只涉及城市人工系统内的循环，不会对整个区域的水文环境产生不利影响。从这个角度来看，污水回用对生态环境的影响最小 就工程效率而言，无论哪种供水工程，都必须达到一定的规模，才能变得经济合理 然而，长距离输水工程和海水淡化工程的最小有效规模远远大于污水回用工程，这带来了较高的投资风险 由于大气降水的自然特性，雨水资源的利用很难大规模进行，也很难通过规模效应在经济上取胜 对于一个城市的缺水状态，它具有时间空动态变化的特征。这不会是所有年份或月份的缺水，也不会是该地区任何地方的缺水 鉴于这一特点，污水回用项目可以是小规模的，其灵活性使得项目的利用程度远远高于大型调水工程或海水淡化工程，投资风险小，更适合技术进步和系统更新 从供水工程的效率来看，污水回用工程显然具有更大的优势 ■相关环节(2)城市污水再生利用的发展对现有城市水系的影响至少包括以下几个方面:对城市水资源规划和城市生态规划的影响，可能涉及供水规划、用水规划、节水规划、排水规划、水污染控制规划和具体工程设施规划。 例如，污水的循环利用使得水平衡模型必须在各种计划中包括再生水的替代项目 水资源管理法律法规政策措施框架体系的影响基于可持续发展理念引入污水资源化对城市水管理思想的变革具有重要意义 因此，与城市污水资源化发展战略相适应的产业政策、经济政策和技术指南等法律法规，成为新模式下推进科学高效城市水管理的基础 对水厂设计和建设的影响在传统意义上，水厂可以看作是获取淡水并进行处理的集中设施 由于城市污水也是一种新型的水源，水厂的类型不再简单，以污水为水源的再生水厂也可以视为广义上的水厂 考虑到中水厂的水源主要是城市污水，水厂的设计很可能与污水处理厂的设计在同一系统中作为一个整体来考虑 对污水处理厂设计和建设的影响只能通过污水处理厂的选址和规模设计来解释 按照传统的布局方式，污水处理厂一般尽可能布置在城市河流下游和城市郊区；但是，这种系统布局往往使污水处理厂远离中水用户，不利于污水的回收利用，也不再是经济上的最佳选择 因此，污水处理厂的适宜选址应在分析再生水用户(自然水面、河流、绿地和城市工业再生水用户)需求的基础上确定 但是，城市污水处理厂数量的确定不应拘泥于传统的经验，而应在考虑水资源再利用的前提下，在适当的位置建设合适规模的污水处理厂，使整个城市能够形成大、中、小、短期和长期的污水处理厂布局规划 对排水网络设计和建设的影响如果改变将污水处理厂设在城市最下游的传统做法，将需要新的排水分区 为了便于污水的回收利用，必须将现有的雨水和污水合流系统或不完全分流系统逐步改造成完全分流系统 雨污分流有利于用不同的方法处理和控制不同种类的水，增加城市水资源，减少城市面源污染 对污水处理标准制定和选择的影响由于回用水用户的多样性，回用水的质量要求也不同。例如，作为城市生态用水和工业用水的回用水的质量将会有很大不同 这反映在污水处理上，污水处理在制定处理标准时不可避免地需要更大的灵活性和多样性；和相应的处理流程，将有更多的技术创新机会，对选择和推荐合理的流程有更高的要求 以上从几个方面简单分析了城市污水回用装置进入水系统并形成新的水循环模式的影响，但不难看出我们将面临从思想到理论到实践的巨大转变 (摘自《中国城市污水再生利用发展战略及经济产业政策研究》(中国建设报/中国水业)人工系统范围内的循环不会对整个区域的水文环境产生不利影响。从这个角度来看，污水回用对生态环境的影响最小 就工程效率而言，无论哪种供水工程都必须达到一定的规模，