國際回用水的應用實例研究
論文類型 | 技術與工程 | 發表日期 | 2001-11-01 |
來源 | 21世紀國際城市污水處理及資源化發展戰略研討會與展覽會 | ||
作者 | JohnAnderson | ||
摘要 | 世界上的淡水供給是有限的,并且受到污染的威脅。農業、工業和城市供水需求量的不斷提高導致了有限的淡水水資源的分配競爭。為了避免水危機,許多國家必須保護水資源,對供水和需水進行管理,減少污染和降低不斷增長的人口對環境的影響。這篇文章主要討論如何實現水的循環利用即水的二次使用,以減少對高質量的淡水水源的需求。水的回用提高了供水的可靠性,只用較少的淡水就能滿足人類更大的需求,從而減輕了人類生存對世界水環境造成的影響。舊的“一次使用然后排放”的方法轉換成新的可持續“保護、合理使用和再循環使用”的節約水的方法將造 |
John Anderson
國際水協會回用水專家組主席
摘 要:世界上的淡水供給是有限的,并且受到污染的威脅。農業、工業和城市供水需求量的不斷提高導致了有限的淡水水資源的分配競爭。為了避免水危機,許多國家必須保護水資源,對供水和需水進行管理,減少污染和降低不斷增長的人口對環境的影響。
這篇文章主要討論如何實現水的循環利用即水的二次使用,以減少對高質量的淡水水源的需求。水的回用提高了供水的可靠性,只用較少的淡水就能滿足人類更大的需求,從而減輕了人類生存對世界水環境造成的影響。舊的“一次使用然后排放”的方法轉換成新的可持續“保護、合理使用和再循環使用”的節約水的方法將造福于整個世界。
回用水的工程在許多國家已經得到了成功的應用。這充分說明了大規模地回用水的可行性及其對世界范圍內水資源的可持續管理方面的重要作用。本文列舉了各種回用水實例。另外,對回用水中的關鍵問題和未來發展方向也作了討論。
引 言
自然水循環
在自然界,水象能量一樣,既不能創造也不能消失,只能從一種形式轉化成另一種形式。自然水循環中,降落到地面上的雨水大部分通過植被的蒸發返回到大氣中。部分雨水滲透到地下水層,還有一些雨水以徑流的形式流到河流進入海洋,最后通過蒸發以降雨的形式返回到地面。少部分的水作為野生動物的飲用水是經自然過程凈化的。
世界上的水幾乎都是鹽水(97%)。剩余的3%的水中,2/3以雪和冰的形式存在于極地和阿爾卑斯山地區。全球僅有大約1%的水是以液體淡水的形式存在。這其中98%以上的淡水是地下水,少于2%的淡水是可以利用的河水和湖水,因此液體淡水是非常有限的資源。(Bouwer 2000)
改變了的水循環
人類強加了許多新的水循環因素,從而使水的自然循環發生了顯著的變化。強加的水循環因素如下:
·攫取河水和地下水作為城鎮和農業用水
·處理后的和未經處理的污水返回到河流
·回收污水作為有益的再循環使用
·淡水短缺的地方對鹽水進行脫鹽
在世界上的許多地方,地下水是主要的水資源。對地下水的開采速率經常嚴重超過回灌的速率,所以地下水水位正在不斷下降。由于地表引水用于灌溉引起的中亞地區咸海水面的下降可以作為極端的例子說明水面下降帶來的問題。這個地方曾經是繁榮的漁業區,而現在咸海已縮小為原有尺寸的一小部分。先前的海邊城市現在距海有幾千公里遠??梢娺@個問題對經濟、社會和環境的影響是嚴重的。
城市的發展對水循環的影響也是嚴重的。城市供水取水減少了河流流量,同時,攜帶有大量污染物的雨水和污水的排放導致河水水質下降。在其收水區內城市高度發達的河流水質下降的更加嚴重。
暴露的水源短缺問題
世界范圍內的淡水供給是有限的,并且受到污染的威脅。農業、工業和城市供水需求量的不斷提高導致了有限的淡水水資源的分配競爭。在許多國家,可利用的淡水資源已經受到重度開發,有些情形下或許是受到過度開發。為了避免水源危機,許多國家必須保護水資源,對供水和需水進行管理,減少污染和降低不斷增長的人口對環境的影響(Hinichsen et al 1999)。例如:
·在阿斯旺水壩下的尼羅河谷,目前的需水量超過了阿斯旺水壩的最大供水量。短缺量通過污水和排放的灌溉排水的回用進行補足(Croce 1998)。
·缺乏足夠的供水是二十一世紀南非社會經濟增長的最重要的限制因素。現有的計劃表明2020年后需水量將要超過可利用的供水量(Odendaal et al 1998)。
水回用滿足世界水需求
回用水是有價值的水資源。水用完之后不再是拋掉而是對其進行合理的處理得到回用即二次使用,這樣就會減少對高質量淡水水源的需求。水的回用提高了供水的可靠性,只用較少的淡水就能滿足人類更大的需求,從而減輕了人類生存對世界水環境造成的影響。舊的"一次使用然后排放"的方法轉換成新的可持續的"保護、合理使用和再循環使用"的節約水的方法將造福于整個世界。
Felicia Marcus 是美國干旱的西部地區的前任環保局地方執行官,他說:"水的回用是管理我們的水資源的關鍵因素。通過水的保護和回用,我們可以滿足環境的需求,而且可以得到可持續發展及成功的經濟。"
Tom Hannigan 是加利福尼亞水資源部的首席執行官(CEO),他把回用水描述成滿足加州未來水需求的"最閃亮的明星"。
可持續的水源管理政策的發展
澳大利亞的用水改革計劃是一個水源可持續發展管理政策的例子。對河水水質降低的問題的憂慮導致采用可以實現澳大利亞水資源的可持續發展的新的公共政策措施。聯邦采取的措施包括政府的財政支持用于減少水中營養物質的排放,如建造墨累河-達里河流域的一套新灌溉系統和滿足各州引進環境處理流程的需求。州政府還引進了水改革措施。最新引進的是新南威爾士州的用水改革一攬子計劃。此計劃包括:
·在每一水域設置健康河流委員會來管理水質和水量目標。
·在每一水域制定相應的體現水質目標、河流水量及用水戶與環境之間對水的分享的水管理計劃。
·在市區制定體現水資源保護和回用措施的水發展綜合計劃。
·合并現有的水資源立法以形成新的NSW水管理條例2000。主要目的“實現新南威爾士的水資源的保護、保存和生態可持續發展”。條例包括:
·為了環境需求儲存水資源
·根據水源的重要程度和保護價值確認水源保護區,對河流和含水層進行分類管理
·名確定義按水量分配的準許用水權,旱季時用水量可以相對減少。
·對于那些通過排放而削弱了水的回用的行為,引進水負荷為基礎的罰款制度。
·在水貿易管理中可能包括的的回用水方面的問題。
水回用行動
供水的任務是為了提供滿足消費者的需求和保護環境的可靠的服務。最近幾年來,許多國家已成功的實施了水的回用項目。這樣的事實說明大規模地回用水的可行性,以及回用水計劃對世界范圍內水資源的可持續管理方面有著重要作用。下面的例子是一些小型的已得到應用的回用水實例。
農業回用水
加利福尼亞州的蒙特里地區
蒙特里地區水污染控制局制定了一項計劃,即每年使用高達2000萬m3從蒙特里和附近村鎮而來的回用水用于灌溉地勢較低的鹽堿谷的5000公頃種植作物。以往由于過度使用當地地下水用于灌溉使含水層受到海水的入侵。
墨西哥城
在墨西哥,墨西哥城的90%的廢水用于灌溉墨西哥山谷和附近的一個降雨量較少且土壤貧瘠Mezquital 山谷。,流量約為45m3/s的回用廢水運送到這里灌溉Mezquital山谷面積為90,000公頃的區域。廢水回用于灌溉莊稼極大地提高了莊稼的產量。這種灌溉方式的另一益處是提高了Mezquital 山谷的地下水水位,形成了一個新的淺含水層,當地河流的基礎流量也提高了(Jiminez-Cisneros 2000)。
以色列的丹地區
以色列的可用水資源量為1800百萬m3/每年,其總的需水量已超過了這個量。為了滿足供水需求,回用水廣泛用于進行灌溉。約有60%以上的廢水得到回用。從Tel Aviv來的廢水經過處理(大約130百萬m3/年)滲透到含水層,含水層能夠對其進行深度處理。然后水從回復井中抽取,用泵打倒丹地區的管線,來滿足丹地區和內蓋夫沙漠的灌溉水需求(Shuval 1999)。
澳大利亞的維吉尼亞
在澳大利亞南部,已經執行了一項重要的計劃,即以高達30百萬m3/年的回用水作為供水。此回用水從 Adelaide 的Bolivar污水廠而來,運輸到Adelaide北部的維吉尼亞區用于灌溉園藝作物。這項計劃包括一個120,000 m3/天的再生水廠,水廠中有溶氣氣浮和過濾處理工藝(Marks 1998)。
城鎮回用水
佛羅里達州的圣彼得堡
佛羅里達州的圣彼得堡從1977年以來執行了一項大范圍的回用水的計劃,現在能夠供給10,000個業主使用,其中包括9300個住戶業主使用。回用水使用包括城鎮和居民景觀場地使用,用于工業使用,用于空調的冷卻水和消防補給水。這項供水計劃平均提供80,000 m3/天的回用水,具體使用的數量由天氣情況而定。在1993年,每天有100,000 m3以上的回用水供給消費者,70,000 m3的回用水用于注射深井以防止鹽水入侵飲用水含水層。
加利福尼亞州的Irvine 大農場
Irvine 大農場水區(IRWD)1977年著手建造了一項雙網的回用水方案?;赜盟糜诠喔染坝^場地,其中包括居民的花園(2000公頃);用于灌溉食用性作物(400公頃);用于補給觀賞性湖水;用于沖洗汽車;用于包括地毯廠包括在內的工業使用。IRWD授權使用回用水沖洗高層辦公樓的衛生間。IRWD雙網供水系統供給1750戶消費者57,000 m3/天的用水,每年輸送的回用水水量超過15百萬m3。
加利福尼亞州的南海岸
在加州的硅谷,圣約瑟和圣克拉拉縣政府限定了淡水排放到舊金山海岸的南端的量,要求不要超過450,000 m3/天,以便減輕對敏感的鹽堿濕地環境的毀壞。他們不再建造海水排水口,而是實施南海岸回用水計劃來給城鎮、工業和農業用戶輸送回用水。第一期的60,000 m3/天的回用水項目已于1998年建成使用。
阿拉伯聯合酋長國的Abu Dhabi
Abu Dhabi從二十世紀五十年代的不到5000人口的小城鎮快速發展成為如今擁有650,000人口的大城市。Abu Dhabi和臨近的衛星城鎮消耗350,000 m3/天的脫鹽水。從城市來的所有的污廢水用泵運送到在Mafraq唯一的處理廠,運送距離離市中心大約有40km。Abu Dhabi市政府的排水工程委員會在近25年中負責設想和實施對本地區的100%的污水進行處理,以達到灌溉公園、道路景觀和草料牧場的用水標準的戰略。如此這般,Abu Dhabi就不受高溫和少雨天氣的限制而發展成為一個花園景色城市?;赜玫乃涍^砂濾和氯消毒的補充處理。約有200,000 m3/天的回用水輸送到城市用于綠色景觀場地的澆灌。綠色景觀場地的灌溉用水規模已擴大到這樣的程度,在夏季高峰用水時出現了回用水的短缺問題,因而下排水工程計劃正在找尋克服缺水的方法,包括采用更加有效的灌溉方法和選用用水量少的植物和草地。(Al Mazroui 2000)
沙迦
同Abu Dhabi一樣,阿拉伯聯合酋長國的沙迦也依靠脫鹽海水作為主要供水水源。脫鹽水廠建在Al-Layyah電站,每天能生產90,000~100,000 m3的淡水。沙迦執行了一項雄心勃勃的回用水計劃以便能夠擴大其滿足綠色景觀的空間。沙迦市政府已建造了500公頃的綠色用地,其中的150公頃在隨后的兩年中種上了植物。公園、花園和林蔭大道提高了當地的環境條件。沙迦污水處理廠現在已經擴展成為總處理能力超過100,000 m3/天的水廠。水廠中運行的是生物活性污泥處理法。回用水通過雙層砂濾料和礫石的重力濾池過濾和氯消毒得到深度處理?;赜盟帽眠\送3km到Sammnan的高地畜水池,來滿足綠地景觀灌溉水網需求的水壓。(Cooper 2001)
澳大利亞的羅斯山脈地區
在澳大利亞的羅斯山脈地區回用水用于居民用水。此地區是悉尼西北部的新的住宅發展區,計劃最終有300,000人在這里定居,第一期為100,000人建造35,000座房屋。計劃建造二級水網系統給沖洗衛生間和澆灌花園提供回用水。計劃的第一部分于2001年8月運行能供給10,000座房屋的用水。
澳大利亞的Homebush海岸
澳大利亞悉尼的Homebush海岸采用了水的回用形式供水。此海岸是悉尼奧運會的比賽所在地。來自雨水和處理后的污水的高達7000 m3/天的回用水,用于沖洗比賽地點的衛生間,用于澆灌露天運動場地,用于澆灌2000個住戶的花園和沖洗衛生間。對回用水進行微濾和反滲透膜處理能夠獲得所需的水質。這項措施將要減少悉尼的淡水供給量約為850,000 m3/年。
Adelaide的Mawson湖區
Adelaide澳大利亞的Mawson湖區的住宅發展將要給10,000個住戶提供3700套住房,還要建造一所大學和一個商業工業區。從住宅來的污水經過處理回用于沖洗衛生間和灌溉景觀場地。另外,將房屋的雨水進行收集、處理和回用供給湖水補給水、住宅用水和景觀用地的灌溉。含水層的蓄水和恢復功能利于貯存冬季額外的回用水量,并且在夏季高峰灌溉用水時提供水量。
工業回用水
亞利桑那州的Palo Verde電站
鳳凰城的回用水用于Palo Verde電站的冷卻水。此電站位于鳳凰城西部55km處的Sonoran沙漠地帶,年平均降雨量為175mm。電站的產電量是3810兆瓦特?;赜盟┙o冷卻用水補給量大約為250,000 m3/天。
澳大利亞的Eraring電站
在澳大利亞,從Dora Creek污水處理廠來的回用水用泵抽升到悉尼北部100km處Macquarie湖邊的Eraring電站。在電站對水進行了微濾和反滲透膜的深度處理,從而達到了飲用水級別,然后在現有的脫鹽廠對水進一步處理,得到的純凈水用于鍋爐補給水為電站渦輪機提供蒸汽。回用水取代了以往由城鎮供水系統供給的1百萬m3/年的飲用水(Cole & Deans 1994)。
鋼鐵生產
回用水供給鋼鐵廠以滿足不同處理過程中的用水,包括冷卻用水、焚燒爐溶渣的淬火和焦炭爐的淬火。對現有的澳大利亞Port Kembla鐵廠的回用水系統進行擴展,計劃水量至少達到35,000 m3/天。
煉油廠
在加利福尼亞Richmond的Chevron煉油廠,從市政水區來的回用水作為冷卻工藝用水。
新加坡的NEW用水
新加坡公用局計劃使用10,000 m3/天的回用水示范工程展示回用水的適用性,向高技術和半導體工業供給經深度處理達到高純度的水,處理方法采用微濾和反滲透的雙膜工藝再接紫外線消毒。據最新報道,處理的水量為45,000 m3/天的項目正在建造中。
回用水補給水資源
隨意的或無計劃的對水資源的補給是廣泛的,處理后的污水排放到河流和湖中,隨后河水和湖水用于飲用水供給,常見的有泰晤士河和萊因河的水量補給,從源頭到海洋之間出現多次的使用。在美國,環保局1980年對1246個供水系統所服務的人口超過25000的城鎮中的8千萬城鎮人口進行了調查研究,研究發現水源供水流量低時,有兩千六百萬人的供水中含有5~100%不等的處理后的污水。
在南非,回用水在協調需水和可利用原水之間的矛盾方面起著關鍵的作用。1956年的用水法要求除用于有益的回用目的外,處理后的污水要返回到原河流,為滿足此要求鼓勵引進高水平的處理方法。其結果是回用水成為許多河流基本流量的穩定組成部分。例如,現有回用水中的50%流入了Hsrtbeespoort水壩,而此水壩是給Pretoria和Jihhannesburg供水的(Odendaal 1998)。
加利福尼亞州的洛杉磯
自從1962年以來,洛杉磯縣衛生區利用回用水回灌地下飲用水層,回灌是通過Whittier Narrows滲水盆地實現的。在1978年,回用的水首先是對二級出水進行消毒,然后通過三級過濾的高級處理?;毓噙M地下水域的回用水的數量每年平均為盆地流入總水量的16% 。根據回灌的位置和含水層的特性,飲用水水井中的回用水占的比例為0~23% 。通過對獲得的大量數據的分析,加州的獨立科學小組得到的結論是Whittier Narrows的地下水回灌與通常采用的地表水供給一樣是安全的。
加利福尼亞州的Orange 縣
從1976年以來,Orange 縣的第21水廠生產57,000m3/天的達到飲用水的標準的回用水,在壓力的作用下,注入過量開采后的飲用水含水層以避免鹽水的入侵。通過對地下水長達15年之久的嚴格監控,Orange 縣還沒有發現地下水對公眾健康有影響。水廠目前已得到擴建,擴建后計劃產水量為200,000m3/天,使用雙膜處理工藝。
美國弗吉尼亞州的Upper Occaquan
在弗吉尼亞州,從Upper Occaquan再生水廠出來的回用水排放到42百萬m3的給北弗吉尼亞的一百萬人提供飲用水Upper Occaquan水庫。一般情況下,回用水占水庫總進水量的10~15%,在水庫中的停留時間是26天。再生水廠從起初的55,000m3/天的產水量擴大到現在的100,000m3/天,計劃要進一步擴展到200,000m3/天。
美國德克薩斯州的EI Paso
從1985年以來,德克薩斯州的EI Paso使用產水量為38,000m3/天的Fred Harvey再生水廠的回用水對Hueco Bolson飲用水含水層進行回灌。從EI Paso飲用水井抽取供水之前,回用水的停留時間大約是2年。還沒有發現對與人類健康相關的水質參數有不利影響,但是含水層的總溶解固體含量有所提高。
納米比亞的溫得和克
溫得和克是納米比亞的首府,位于納米比亞中心高地,處于喀拉哈里沙漠東部和納米比沙漠西部之間。離此最近的常年河流是距離為750km外的Kavango河。為了解決旱季嚴重缺水的問題,1968年在溫得和克建造了一座產量為4800m3/天的再生水廠。此水廠是世界上第一座飲用水的再生水廠。運行30年中,水廠一直穩定地生產出可接受的飲用水水質的回用水。經過幾次的擴建,水廠的現行的產水量已經達到21,000m3/天,采用的處理技術是雙膜過濾技術。
從1968年以來,回用水占溫得和克總供水量的4%。但是在旱季嚴重缺水的季節,回用水所占的比例可以達到31%。回用水配水之前同Goreangab水處理廠的處理后的水相混合,旱季時最大的混合比為1:1,1968年以來平均的混合比為1:3.5。從Goreangab水處理廠來的混合水再同來自幾個其他水源水庫的水相混合,所以通常情況下,回用水在任何時期和任何區域所占的最大比例是25%(Van der Merwe 1996)。
健康問題
美國供水協會(AWWA)頒布了如下的回用水政策。
首先,AWWA認為最好的可接受的水質的水應當滿足飲用水目的。采用回用水可以明顯減少對有限的傳統飲用水供水的需求。其次,AWWA鼓勵在把飲用水用于非飲用水目的的場所使用回用水。最后,AWWA說明當區域原水有限且回用水的水質相當于或者超過其他原水的水質時,AWWA不反對將回用水用于非直接飲用目的。這種情況下,回用水成為現有的水源的補充水源,但是應當對其進行相應的適當處理。各種水源的水質必須是衛生部門和水的用戶可接受的。
為了確保供水安全性,應當對飲用水水源進行密切監控??偟哪繕耸腔赜盟こ讨辽賾撎峁┩瑐鹘y的供水工程一樣等級的保護公眾健康的水質?;赜糜陲嬘盟乃|問題同任何飲用水供水工程相同。涉及的參數包括致病菌、有機物和無機物。由于回用水的來源是污水,所以處理技術必須能夠解決高度的微生物和化學污染問題。當缺乏回用于飲用水的專門標準時,工業上采用了"多級屏障"的方法確保用水的安全性和可靠性。多級處理單元或其他技術能夠去除或滅活涉及的每一種水質參數值,尤其對微生物指數更加有效。
1976年到1983年間,溫得和克進行了回用水的流行病學研究。還沒有發現癌癥或其他疾病的異常情況。使用回用水的地區腹瀉病的發病率并不比未使用的地區高。研究者用老鼠作了致癌性研究,還作了回用水的誘變分析,以及對魚進行了生物學監視,結果都為陰性。研究者的結論是使用回用水對人類健康不會有不利影響(Isaacson et al 1987)。
美國的丹佛市對水量為3800m3/天的飲用回用水示范設施進行了10年的實驗研究。試驗包括水的綜合測試和健康研究。結果表明飲用回用水采用的深度處理水工藝保證了供水的安全可靠性,能夠滿足美國現行的及提議的飲用水標準。研究發現回用水的水質比丹佛市目前的供水水質還好。研究者對回用水和現有的飲用供水作了整整兩年的慢性毒理性和致癌性研究,任一試樣均未顯示其生命期中有對健康不利的影響。研究者對回用水和現有的飲用供水還作了生殖研究,通過對兩代人的生殖研究表明使用這兩種水沒有不利影響。即使污染物的限定量減少了,研究者在任一水樣中還沒有發現生物體(細菌或病毒),也沒發現任何致病化合物(有機或無機)(Lauer 1996)。
美國的圣地亞哥市最近對補給飲用水供給的回用水進行了健康影響風險評價研究(HES)。HES對回用水和飲用水原水作了對比研究。回用水從處于Mission流域的Aqua Ⅱ(200m3)深度處理的再生水廠而來,飲用水原水是城市的Miramar飲用水處理廠的進水,此進水后來混合了位于San Pasquel的Aqua Ⅲ深度處理的再生水廠來的回用水。健康顧問委員會得出的結論是:使用Aqua Ⅱ的回用水作為原水供水所帶來的健康影響風險少于或者等于現有的城市原水供水(Oliveril & Eisenburg 1998)。
前景展望
國際性問題
盡管回用水計劃取得了成功,但是仍存在未解決的問題。即使回用目的相似,水質標準也有所不同。采用回用水作為飲用水補充供水是否安全仍處于爭論之中。此外,還沒有確定妨礙回用水使用的關鍵問題是什么,究竟是增加了費用還是影響了環境?
國際水協會的回用水小組是一個國際性的網絡組織,在世界范圍內一起工作,通過水的回用達到對水進行更加可持續的管理,目標是找到回用水需要解決的關鍵問題,以及為消除水回用的障礙所需采取的行動。關鍵問題包括:
·水的回用和可持續管理:項目決策中如何才能建立可持續性?
·不同的回用目的要求怎樣的回用水水質?
·如何才能解決淡水水源中有計劃的和無計劃的水循環的矛盾?
·實行者能保證水質和運行可靠性嗎?
·水回用的國際準則能得到發展嗎?
·采取怎樣的步驟才能提高公眾對水回用的理解?
·如何最好的利用專業知識和水回用的世界性團體對水實施可持續管理?
國際準則
水回用中要求采取有效的措施保護人類健康和環境。采取的措施必須是在經濟技術上可行的。不同國家采用不同的方法滿足回用水條例和準則。方法從高技術/高費用/低風險(例如加州條例的22條)到低技術/低費用/考慮風險(例如WHO準則)有所不同,采用哪種規范由當地的經濟承受力和用水風險性而定。由于采用方法是不一致的,并且還沒有統一的科學方法,就增大了公眾對風險的關注,有時會在回用水項目中一些不必要的較保守的解決方法站了上風。
國際行動小組最近提出了一項建議,要求制定統一的回用水國際準則(Anderson et al 2000)。不管我們住在哪里,使用給定水質的回用水在特定的使用場合所形成的風險是一樣的。因此,制定統一的回用水標準(考慮全球范圍)是可能的,可以從低質/高風險到高質/低風險之間分成幾個漸進的水質檔次。使用回用水帶來的風險由公眾的接觸程度、投加消毒劑的劑量和公眾的反應而定。此風險是應用、應用的方式和當地的客觀條件的函數??扇萑痰膽蔑L險性水平由當地的環境和費用結構進行調節。因此,根據水質/風險性選擇的方法應當以全國或全省環境(使用回用水的當地)為基礎。國際準則必須不僅明確規定該回用水水質給具體用途帶來低風險的情況,而且必須就如何評估和管理風險使之與當地環境可承受的風險相匹配也提供指導。
當用最小的處理系統都有可能造成健康和環境的不利影響的時候,低風險的方法造價將很高。有些情況下,一個控制方法如果對風險性、費用和持續使用的經濟可承擔性作了平衡,那么此方法應該是一個較好的選擇。制定一個分幾步走的靈活的國際準則的優點是單個國家可以通過攀登投資漸進的臺階,當國民經濟的發展使其更能承擔較低風險時再提高回用水水質。在任一時候,單個國家都能使從回用水和難得的資金投入中獲得最大的效益。建立統一的國際回用水準則有如下優點:
·國家和地方當局可以把注意點從制定標準轉換到風險管理方面。
·以制定統一的準則,國際研究和發展努力可朝向更好的目標。
·一個共同的國際準則將會改善公眾對使用回用水的理解和信心。
在Anderson等人(2000)的研究論文中,作者認識到本文提出的國際準則的概念需要進一步的發展,從而能夠據此制定工作文件和征求討論和建議,以便使這一概念得到進一步的發展。
水的分配/分散處理和回用
在過去的150年中,最有益于從個人到整個社區的公眾健康的是引入了給水和排水系統。 在澳大利亞,1880~1920年間引進的安全管網供水系統使死亡率下降一半,使傳染疾病病例和嬰兒死亡率都下降了十分之一。
如今有些國家的環境組織正支持一項運動,即考慮節水而返回到單個的家庭供水系統。單個家庭系統具有減少管網的費用的優點。這種家庭系統是解決有大片灌溉面積的農村大用戶的用水分配問題的合適的解決辦法。在市區現行的單個家庭供水系統需要進行大量的技術改進,從而達到公眾健康和環境效益所接受的程度。
回用水廠靠近使用地點能夠減少社區供水系統的管網費用。如果從回用水的運行、可靠性和處理費用方面考慮,社區系統往往優于單個系統。折中的街坊內的處理和使用回用水的系統從長期考慮是對的。澳大利亞為若干個400~800個住戶小區提供回用水服務的計劃正在實施中。
澳大利亞的研究組織CSIRO正著手一項有遠見的計劃,即對管網供水系統、下水道系統和排水系統的基本設計條件進行重新評估。本工作的先期結果表明:通過在街坊范圍重新設計系統和系統單元布置,可以有可觀的降低服務費用的趨勢(Speers 2000)。
社區教育
這里明顯地存在人類同水循環相互作用的社區知識缺陷。這些缺陷包括缺乏幾乎全部的給水和污水系統如何工作的知識。如此就限制了公眾對自身水系統的認識和對公眾健康風險的關心。多數有關水的可利用的信息知識對普通人來說非常專業。由于缺乏專業知識,社區中關于給水和污水工程的咨詢過程經常受到耽擱和受挫。如果社區公眾有相應的專業知識,那么在咨詢之前就會提出有關水的問題而對其進行合理的討論。昆士蘭州目前社區正進行為期兩年的水知識培訓教育以提高社區的水意識(Bovill & Simpson 1998)。
回用水產品和等級
社區教育的必要組成部分是對那些可理解的專業術語的使用。目前世界范圍內正進行激烈的討論關于如何恰當的描述基于水質的回用水等級的術語問題。另一個建議是根據最終用途來描述回用水產品?;蛟S把基于水質和基于最終用途的想法相接合,可形成一個有可行的和可理解的回用水系統。用簡單的和容易理解的術語描述回用水將有助于社區教育,并將提高公眾對回用水的信任。
經濟及可持續性
在澳大利亞的多數沿海地區,發展新的淡水供水系統的費用經常超過$0.40/m3。內陸干旱地區的費用往往要高得多。在納米比亞,溫得和克回用水廠經過最近的擴建之后,水回用的費用是Kavango河引水系統估算費用的30%(Van der Merwe 1996)。
評估回用水工程的經濟及可持續性需要做大量的工作。最近的實例是悉尼水公司于1999年12月所作的回用水戰略,它以$/m3的單位等量衡量回用水工程的年費用,以kWh/ m3當量能量單位衡量溫室氣體的影響。White & Howe(1998)對這種每年折算費用法進行了說明。這種方法的分析結果建議:
·選擇大的工業回用水和城市景觀回用水項目靠近水處理廠比雙網居民系統供水更加經濟。
·間接飲用水回用比許多非飲用水回用更昂貴,但是非飲用水回用可能有較高的溫室氣體影響。
·分散處理及循環系統要作進一步的評估。
·仍可以采用費用較低的節水措施,只要它可以提供10~20年的發展空間。在這段期間內,可以引進先進的水回用措施用并進一步提高這一處理技術。
脫鹽
最近幾年來,反滲透薄膜合成技術的發展極大地降低了海水和苦咸水脫鹽所需的能量和費用。能量修復系統的發展使海水脫鹽的能量需求減少到小于3kWh/ m3。這些薄膜提供了使回用水水質達到飲用水標準甚至更好的機會。有些情形下,脫鹽和深度處理水系統的水的費用少于新建的常規供水水源的水的費用。
結 論
世界范圍內的淡水供給是有限的,并且受到污染的威脅。農業、工業和城市需水量的不斷提高超出了有限的淡水水資源的供給量。為了避免水源危機,許多國家必須保護水資源,對供水和需水進行管理,減少污染和降低不斷增長的人口對環境的影響。
水的回用的增加了有效供水,只用較少的淡水就能滿足人類更大的需求,那么也減輕了人類對水環境的影響。從舊的“一次使用然后排放”的方法轉換成新的可持續的“保護、合理使用和循環使用”的節約水的方法將造福于整個世界。
回用水工程在許多國家已經得到了成功的應用。這充分說明了大規模地回用水的可行性,以及回用水計劃對世界范圍內水資源的可持續管理方面有著重要作用。工程經驗和綜合的健康研究說明回用水可以作為飲用供水的補充。
為了提高回用水技術,為了建立國際準則,提高公眾對水回用的認識和提高工程的經濟性和可持續性,仍需做許多工作。盡管有關水的問題經??雌饋砗軓碗s,或者有時是難以解決的,但是我們在克服水短缺問題和滿足世界用水的近20年內的節水和回用水中看到了巨大的進步,隨后的10年我們有希望發展更高的技術。相信通過我們的共同努力,人類可以扭轉世界水環境的惡化,并且可以滿足世界范圍內的對水的需求。
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