湯鴻霄
中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心 環(huán)境水化學國家重點實驗室

　　2001年8月19－31日，中國工程院水資源代表團，在沈國舫副院長率領下一行8人，赴美國訪問考察。除在美國工程院水科學與技術部(WSTB)聽取該部總介紹及"水再生與回用"等若干綜合報告外，主要到加州實地考察了奧蘭治縣水管局、西區(qū)市政水管局、南加州大都會水管局、科恩縣水管局等的水資源管理系統(tǒng)，并訪問了加州大學。錢易院士和我還訪問了斯坦福大學進行學術交流。在工程院聽取的報告都是國家部門的全局報告，考察的水資源管理系統(tǒng)均是半干旱地區(qū)龐大的水資源再生及地下回灌系統(tǒng)，對我國很有參考意義。綜合考察所得及互聯(lián)網上查詢資料有一些新的思考和認識，其中有些是與錢易院士共同的，現綜述如下。

　　一、美國的水資源與水再生(Water Reclaimation)

　　美國全國水資源總量較大，東部地區(qū)水資源尤其豐富，但西部某些區(qū)域地處沙漠或半干旱地帶，水資源比較缺乏，成為美國若干年來著重研究采取對策并進行大規(guī)模工程建設的地區(qū)。至今，在缺水地區(qū)如何合理利用水資源，已創(chuàng)造了一系列的經驗，并且著眼于21世紀，考慮水資源持續(xù)利用保持自然界水量水質平衡，使生態(tài)環(huán)境得以健康發(fā)展。
　　美國1999年的人口為2.68億，在90年代內增長了8％，預計進入21世紀會超過2.7億, 到2050年將達到3.9億。根據在美國地質調查所網上查到資料：1990年全國的總取水量為408,000百萬加侖/日, 相當于15.44億M3/日。其中包括地面、地下的淡水和咸水，總計比1985年增長2％。1990年人均用水量相應為6.13M3/日，其中淡水為5.07M3。據1995年統(tǒng)計，在總用水量中，家庭、公共用水占8.0％，工礦企業(yè)用水占4.1％，熱電用水占3.3％，灌溉畜牧用水占到84.6%。如果總用水量的增長與人口的增長相應，則在21世紀美國的需水量將有相當幅度的增加。
　　因此，美國工程院水科學與技術部報告提出：由于經濟全球化中未可預見的經濟增長，新技術引入后未知的可能效應，保護水生態(tài)系統(tǒng)必要性認知的增強，氣候變化帶來水利預測的不確定性等因素，供給足量優(yōu)質的水將遇到挑戰(zhàn)。在21世紀，美國的水資源需求將受到比過去更強烈和廣泛的壓力，水缺乏尤其在西部將是面臨的重要問題。
　　美國在20世紀前期，對待缺水的策略只是開發(fā)供水擴大取水量，修建水壩水庫。后期則更多注意需水的調度管理，傳統(tǒng)的供水模式對環(huán)境的負面影響為人們更清楚地認識到，需要更系統(tǒng)、綜合、協(xié)調地處理缺水問題。以所有可用技術和手段來綜合運用，相輔相成。目前美國同樣強調水質與水量的綜合關系，認為水質會決定水是否可利用于某種用途，水質降低水的可用性正如干旱降低水量一樣，水質污染同樣使水資源衰竭。因此，水質的處理和再生在水缺乏中占有十分重要的位置，水量和水質的集成管理將會改進和改造國家水資源的基礎設施以適應21世紀多方面的需求。
　　根據美國地質調查所網上1990年資料。全國共有19600個公用廢水處理設施，20700個其他廢水處理設施，向天然水體排放處理后的廢水1.34億M3/日，而有350萬M3/日的再生廢水用于灌溉和公園及高爾夫球場草地的澆灑。美國的廢水再生主要集中于加利福尼亞、亞利桑那、佛羅里達等州，如紐約、密執(zhí)安、伊里諾、俄亥俄等排水量很大的州則完全沒有再生廢水。再生廢水最多的加利福尼亞州有98萬M3/日，相當于處理廢水排放量1130萬M3/日的8.7％。
　　美國對于西部缺水地區(qū)的廢水再生十分重視，認為當前主要是應該發(fā)展新的強化技術和降低現有造價。目前似是取得相當承認的技術有以下三種：
　　1．在西部干旱和半干旱地區(qū)中價格已有競爭力的廢水處理再生循環(huán)技術，進一步降低價格會鼓勵循環(huán)水的擴大應用，也會使市政排水更低廉地達到水質標準。若要達到再用于自來水，需要改進廢水的毒性檢驗及健康評價，提高公眾的可接受程度。美國還提出了"從廁所到龍頭"的口號，實際上是指可以將污水通過處理直接或間接地回用作飲用水。對于污水再生回用，美國的公眾起初也有疑慮，但通過宣傳教育，將污水經過處理回用于各種目的，已經被較多人所接受。
　　2．在某些原水是咸水的情況下，一些除鹽技術已是在價格上有競爭力的。在海水除鹽方面上世紀已有相當投資，但仍未能清楚肯定。海水淡化需要電能及遠距輸送，還有濃鹽廢液的排放問題。發(fā)展更有效的反滲透技術和改進前處理技術有可能降低除鹽成本在能源不太貴的地區(qū)應用。
　　3．許多地區(qū)仍有儲存水防干旱季節(jié)的需要，但地面水庫由于價格和環(huán)境影響不如過去有吸引力，有發(fā)展地下水庫的趨勢。不過，由于地下蓄水層停留時間較長，對環(huán)境的不利影響必須特別注意研究，包括回灌和回注的方式和對地下水質的變化及沾污，要把蓄水層當作反應器而不是只作為存儲器。從而發(fā)展了地下水銀行的概念。
　　再有，美國的節(jié)水計劃中有很強的經濟鼓勵策略。例如：對于家庭把1992年前的衛(wèi)生便器換裝為6升的節(jié)水便器，可得＄60－＄75的回報。購買新的節(jié)水節(jié)電洗衣機，可得＄85－＄150的回報。對于商業(yè)單位。某個100房間的旅館若完全改裝完畢，可得回報＄6000，并節(jié)省每月190M3的用水。對于工業(yè)單位工藝過程改進5年總節(jié)水量超過1.2萬M3,每1235M3 可得獎勵＄154，等等。
　　此外，美國對非點源污染，污染沉積物，飲用水中新的化學品和微生物都給予相當的關注和研究。

　　二、典型實例

　　1.奧蘭治(Orange)縣地下水補給系統(tǒng)(Groundwater Replenishment System)
　　2.西流域(West Basin)市政水管區(qū)(WBMWD)水循環(huán)系統(tǒng)(Water Recycling Program)
　　3.Tillman水再生廠(Water Reclamation Plant, WRP) 和日本花園 (Japanese Garden)模式
　　4.南加州大都市水管區(qū)(Metropolitan Water District, MWD)
　　5.科恩(Kern)水銀行管理局(KWBA)的地面水與地下水聯(lián)合調度

　　美國在污水資源化和地面水與地下水的聯(lián)合調度以及節(jié)約用水方面有很多值得我們學習的經驗。當然也必須看到，我國有自己的特點，不能照抄硬搬。