1.4　中水回用必須低碳、節能才有意義

天然河流的勢能被利用來發電是19世紀以來最偉大的發明之一，由火力發電（利用熱能）到水力發電（利用勢能）是一大革命。世界上第一座水力發電站于1878年在德國建成。水力發電最大的功績是將發電的運行費用大大降低，不用燃煤或燃油，減少能源的消耗，勢能可取之不盡、用之不竭，并且是無煙工業，無環境污染。水力發電很快占領了電力工業的很大一片領地。

天然河流的勢能被利用來進行大氣復氧，并應用于污水處理好氧工藝，被稱為“勢能增氧生態凈化工藝”，世界上第一座應用“勢能增氧生態凈化工藝”處理污水的工程——“南京臘梅食品廠污水處理工程”于2000年在中國建成，詳見第2章。其最大的功績是將污水處理的運行費用大大降低，不用鼓風曝氣，減少能源的消耗，無環境污染等，也必將很快占領生態環境凈化的很大一片領地［在平原地區當電費為0.6元/（kW·h）時，只需≤0.30元/噸的直接運行費用，就可將生活污水處理達到地表水Ⅳ～Ⅴ類標準］。

我國是水資源嚴重短缺的國家之一，我國人均水資源擁有量僅為2250m³/（人·年），不足世界平均水平的1/4。在我國600多個城市中，有300余座城市缺水，其中嚴重缺水城市有100余個，年缺水量近6.0×10⁹m³，每年因為缺水造成經濟損失約2000億元人民幣。特別是華北地區的大部分城市幾乎都面臨缺水問題，日益嚴重的水污染不僅降低了水體的使用功能，進一步加劇了水資源短缺的矛盾。

水污染防治已成為國民經濟可持續發展的關鍵保障。因此，除了要研究“節水”，建立節水型社會外，還必須要研究生活污水再生技術（可再回用70％～80％），這對國民經濟可持續發展具有重要的戰略意義。

1.4.1　中水和回用水

中水定義：“中水”一詞是相對于上水（給水）、下水（排水）而言的。中水回用技術系指將小區居民生活廢（污）水（沐浴、盥洗、洗衣、廚房、廁所，一般都是使用自來水運作）集中處理后，達到一定的標準回用于小區的綠化澆灌、車輛沖洗、道路沖洗、家庭坐便器沖洗等，從而達到節約自來水用水的目的。

回用水和中水是有差別的，工業廢水的回用水，水質要求比較低，一般采用消毒過濾即可滿足要求，本書對回用水不作深入探討。部分城市的中水再回用的工程實例見表1-7。

中國可開發利用的水資源大部分已開發利用，新增水源不是開發難度大，就是開發成本高，水資源緊缺形勢日趨嚴峻。因此，實施中水回用是提高中國水資源利用率的必要措施之一。

中國共產黨十八大提出到2021年要實現全民小康。隨著全民小康的實現，人民更需要進一步提高生態環境質量。全國都在實施城市綠化和環境美化，這就需大量綠化用水、景觀用水、澆灑用水等。這些大量的水源從哪里來？中國是一個水資源緊缺的國家，如果能夠將城市生活污水進行處理達到中水，就能夠進一步滿足生態環境質量的水源需要。

中水回用也可以作為農業灌溉用水。因為處理達到中水水質標準，已經大大地超過《農田灌溉水質標準》（GB 5084—2005）中的灌溉水質要求，因此中水均可用于農田灌溉。

1.4.2　中水回用狀況

日本1962年開始中水回用，20世紀70年代已經初具規模，1991年“造水計劃”中明確將污水回用再生技術作為最主要的開發研究內容給予資助。

1950年美國污水研究者俱樂部，利用模型進行了污水深度處理試驗研究。1965年將其成果應用于加利福尼亞州南塔湖污水處理廠。2000年加利福尼亞州污水再生利用量達到8.64×10⁸m³。

以色列是污水再生利用方面最具有特色的國家之一。此外，俄羅斯、西歐各國、印度、南非和納米比亞的污水再生利用也比較普遍。

我國近10年來中水回用發展比較快，但還是處于發展的初期階段，這首先是由于人們對中水的理解問題。日常生活中，人們對水的概念僅僅局限于清潔水和污水，而對中水的認識和了解十分有限，在使用時，對其水質存有很大顧慮，總是擔心水體中含有超標工業污染物，不敢放心使用，這是障礙之一。

其次是由于中水自身的水質問題。在中水處理方法上，現有的工藝技術還不能完全過關。不能夠明顯地比自來水優越。大多數中水回用的水質不穩定，使得回用的中水水量、水質均難以保證用戶正常使用。

第三，相應法規政策還需完善。目前國家只出臺了一個《關于加強工業節水工作的意見》的政策，關于中水回用標準，目前只出臺了《城市污水再生利用》系列7個標準。還需出臺更多政策以提高對于中水回用的指導和促進。

第四，中水設施建設資金短缺。中水工程一次性耗費巨大，且投資資金回籠很慢。而且與中水配套的管道網絡建設滯后，很多城鎮污水處理廠處理之后的中水只能浪費，造成資金和人力損失。降低一次性投資，大大地減小運行費用，加快投資資金回籠，促使很多企事業單位愿意為此投入成本；做到低碳、節能，才能擴大中水回用的領域，緩解水資源緊缺的局面。

中水回用是一項保護水環境、保障水資源可持續利用的重要舉措，功在當代、利在千秋，是促進中國水資源利用逐步步入良性循環軌道的一條有效途徑，是實施可持續發展戰略的重大措施，對中國經濟發展至關重要。

1.4.3　中水回用的方法

中水回用的方法可以分為以下三大類。

1.4.3.1　物理處理法

常用的物理處理法有膜濾法，適用于水質變化大的情況。

近年來應用MBR方法處理達標中水，已經有了大量推廣的趨勢，本書將在4.2.2.1節中對于MBR方法進行專門介紹。

與傳統的生化水處理技術相比，MBR具有以下主要特點：處理效率高、出水水質好；占地面積小；易實現自動控制、運行管理簡單。

膜生物反應器（MBR）的優點：高效地進行固液分離。

膜生物反應器（MBR）的缺點：存在較高的運行費用問題。膜生物反應器的材料截留分子量越大，初始膜通量越大，但長期運行會造成膜堵塞。特別是一體式膜生物反應器，它實質上是一種死端過濾的方式，無法把被截留的溶質及時帶走。

MBR很可能成為21世紀污水處理最實用技術，是替代傳統技術的有力競爭者。

1.4.3.2　物理化學法

物理化學法適用于污水水質變化較大的情況。

當污水水質變化較大時，膜生物反應器（MBR）就難以應對。一般采用的方法有砂濾、活性炭吸附、浮選、混凝沉淀等。

1.4.3.3　生物處理法

生物處理法適用于有機物含量較高的污水。一般采用活性污泥法、接觸氧化法、生物轉盤等生物處理方法。或是單獨使用，或是幾種生物處理方法組合使用。

現將已建成的中水再回用的工程實例摘引見表1-8。由表1-8中水回用處理設備可知：其中3項的單位投資費用可達萬元以上。青島海泊河污水廠和天津開發區的單位投資費用為2252元/m³和2400元/m³，它們都是在城市污水廠為水源的基礎上進行處理，若加上建立城市污水廠的投資費用，則總單位投資費用將達4000元/m³以上，智能型中水回用設備的單位投資費用也要3000～3500元/m³。

1.4.4　一種低碳、節能的中水回用工程實例

沖洗垃圾車污水處理再回用工程的建立是南京市下關區環衛所一項節能減排的重大舉措，是低碳、節能的中水回用工程實例。該所使用的垃圾車輛很多，以往用自來水沖洗車輛，自來水耗量很大。并且由于南京市下關區環衛所位于南京幕府山麓，距城市排水管網很遠，沖洗垃圾車的污水無法輸送。將沖洗垃圾車的污水處理為中水，再回用洗車，是一項節能減排的重大舉措。

應用“勢能增氧生態凈化工藝”后，將沖洗垃圾車的污水處理為中水，再回用洗車，解決了污水問題，帶來了經濟效益。據統計：該設施水泵功率為0.75kW·h，運行12min，停6min，每小時實際運行40min，每日耗電12度×0.6元/度=7.2元/d；日處理水量50m³，運行費用為0.144元/m³；自來水水費3.00元/m³，節水凈效益2.856元/m³=142.8元/d；一年（按300天計算）凈效益達42840元，全年節水（按50m³×0.8計算）12000m³。詳見第2章。