中国城市污水再生利用发展战略研究

陈吉宁、曾思育、傅平
（清华大学 环境科学与工程系，北京 100084）

1 前言

　　随着我国城市化进程的加快，城市的连片式发展格局，越来越高的人口密度，再加上人们生活质量的逐步改善，诸多因素共同作用，导致单位个体可获得的水资源量与对水的需求量之间的差距呈不断增加的态势。水资源量的严重不足已经成为制约城市社会、经济发展主要因素之一；而水污染问题又持续威胁水源保护，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，再加上人们对城市水环境的要求不断提高，城市污水收集与处理率也随之提升，在这种大前提下，再生水作为城市新型供水水源的可能性也日益得到认可。这客观上对制定城市污水再生利用发展战略对策和指导原则提出了要求。
　　为此，本文从战略研究的角度对中国的城市污水再生利用的发展道路予以探讨，在明确再生水的价值及其战略发展意义的基础上，论述污水再生利用的战略定位、发展战略、经济和产业战略、安全和公众战略及其实施要求。目的是要形成一份具有中长期意义的原则性报告，以期从观念的变革到战略的具体实施，就城市污水再生利用在中国为什么要发展以及如何发展的问题，为政府和公众提供战略支持。

2 再生水的价值与战略发展意义

　　再生水的价值，体现在：第一，再生水是一种替代资源；第二，这种替代资源具有战略发展意义，具有足够的战略发展优势和战略发展潜力。
　　从20世纪70年代开始，不少国家就认识到了把经过处理的污水回用作为一种补充水源的好处。美国、日本和以色列等国的实践已经证明，再生水是一种很有价值的替代资源。根据不同的用水水质要求，经过不同程度处理后的城市污水可以被再利用，并灵活地用到不同方面，满足多种品质的水资源需求。这三个国家的再生水利用实践实际上分别代表了三类再生水价值实现方式。
　　再生水具有足够的战略发展优势。与同样作为新型水源的远距离（或者外流域）调水、海（咸）水淡化和雨水资源收集利用相比，再生水在资源可靠性、技术进步潜力、生态环境影响、工程效率等方面都具有或多或少的优势。因此，从长远的战略角度看，城市污水再生利用应该成为城市新型供水水源的重要方面。在城市污水资源没有得到适当利用的时候，不宜盲目进行跨流域调水和海水淡化工程项目的建设。即使是其它供水方式能达到经济合理的要求，也应该保有一定份额的再生水作为竞争性的备用水源，以便提高供水效率，防止垄断现象出现，实现资源的有效配置。
　　再生水具有足够的战略发展潜力，并且潜力值是一个随时空变化的值。随着地区和城市的不同，经济发展水平、水资源压力、技术水平、再生水可能的最终用途都不相同，因此再生水作为水源水的供水潜力存在差异，经济的再生水占用水量的比例会发生变化。一般说来，在市政用水方面，大约有10%的城市污水能被再生利用；如果能有配套的适当的城市水价体系加以约束水资源利用，那么这个比例还可以上升到30%左右。当然，如果考虑农业灌溉用水的话，几乎100%的污水被再生利用也有不少实例。那么，如何看待以上这样一些比例关系呢？一方面，对大多数水资源压力极大的中国城市来说，各种可能的供水水源备选项都应当得到认真的审视。而在越来越多元化的水资源开发利用格局当中，如果能达到30%的比例，显然是一个非常可观的数值了。另一方面，比例值停留在10%左右，主要原因是人们对安全可靠地运行深度处理工艺（三级处理）的污水处理厂的信心还远远不足，从而使得当前再生水的出路通常都是一些低端的用水项目，例如绿地浇洒等。对于再生水的一些高端应用领域，比如非直接饮用目的的地表水和地下水补充，很多国家和地区仍持观望态度，迄今为止的成功实例还不多见。然而随着技术进步，逐步提高经济可靠的再生水量在整个供水体系中所占的份额，前景是乐观的。
　　总的来讲，潜力计算可以划分为这样三个层次：一、不考虑再生水量的时间和空间变化特性的供水潜力，可以利用宏观的用水结构数据计算，得出的是一个绝对的物理回用量；二、考虑了再生水量的时间和空间变化特性的供水潜力，这必须细致到具体的用水单元模拟，得出的是一个在技术上可行的回用量；三、同时考虑经济性和时空变化特征的再生水供水潜力，在考虑了再生水量的时间和空间变化特性的基础上，再结合供水的经济合理性要求，得出的是一个技术经济可行的回用量。

3 城市污水再生利用的战略定位

　　对城市污水再生利用的战略定位有以下两点：第一，污水再生利用是水资源开发中的重要环节，并且它的大力发展可以促进城市水资源的可持续开发与利用；第二，污水再生利用环节的加入改变了传统意义上水的社会循环方式，为此必须建立新的循环模式，实现系统的变革，并以此来推动城市生态问题的解决。换句话说，发展城市污水再生利用的根本目的是促进城市水资源的可持续开发与利用，而其本质则是要在城市内建立起水的社会循环新模式。
　　水资源作为一种可再生资源，只有在合理的条件下进行开发利用，才可能做到永续利用。图1显示的是水的可持续开发利用过程。在“自然水→人工水→自来水→废污水→再生水→排放水（或者回用水）”的开发利用过程中，人类的一系列劳动可以保证水质和水量形成良性循环，实现水资源的永续利用。而其中污水再生利用的环节已经成为水资源可持续开发与利用的必然要求。从我国目前的水资源状况来看，废污水的处理与回用都很不足，自然水的水质普遍下降，给水处理负荷加重、成本上升。水资源的利用总体上尚不符合可持续发展的要求。也就是说，在整个水的利用过程中，污水再生利用环节的弱化，影响到了良性循环的建立。

　　如果从重复利用的要求出发，要改变现有的水社会循环结构与功能，跟污水再生利用相关的工程系统必然要在天然的水文循环中扮演非常重要的角色。图2就是水从地表水和地下水资源到水处理设施、灌溉、市政和工业用水以及到污水再生利用设施的一个循环过程的示意，表示了水回用的主要通路，其中包括市政用水、地下水回灌、农业灌溉、工业用水、以及地表水的补充等不同的回用方式。“水问题”的解决，首先应从社会循环内部的可人工控制的因素着手。在城市水的社会循环过程中，在适当的时机科学地引入污水再生利用环节，重新优化用水结构，达成新的平衡模式，将具有缓解城市水源水量不足和控制城市水污染的双重功效。

　　把城市污水作为资源看待，把污水再生利用放到重要的位置上，意味着现有的城市总体规划和城市给排水系统都要重新予以考虑。城市给水厂、污水处理厂以及配水、排水系统作为现代城市基础设施中最重要的组成部分之一，无疑都会因为污水再生利用单元的介入而发生结构与功能上的大变革。具体来讲，由于城市污水再生利用的发展，现有城市水系统将在以下方面发生变革：城市水资源规划和城市生态规划编制，水资源管理的法律、法规、政策、措施的框架体系，给水厂、污水处理厂和排水管网设计和建设，污水处理标准的选取和制定等。

4 城市污水再生利用发展战略

　　城市污水再生利用发展战略在中国的推行，必须从技术、经济、产业、规划管理、公众安全等各个方面进行充分准备，这样才能在战略实施过程中，从容面对可能遇到的障碍。
4.1 污水再生利用必须纳入到可持续的水资源规划中
　　再生水的出现，无疑对传统的水资源规划内容具有深远的影响，污水再生利用已经成为实现水资源有效利用和规划的内在因素之一。把再生水囊括到水资源的组成部分当中，并出于水资源可持续开发和利用的目的在规划中予以适当的考虑，应该成为人类系统地看待水资源的常规视角。
　　在我国传统的城市水资源开发与利用过程当中，增加污水再生利用的内容，应该从以下几个方面入手：（1）把再生水作为可利用的水资源形式之一，在规划中予以统筹考虑，建立包括再生水的水量平衡模式；（2）在进行资源的合理配置时，把再生水与其它类型的水资源放在一起进行全面的费用效益分析，在潜力分析的基础上确定经济合理的再生水供给规模；（3）在进行水资源的长期供求分析中，对潜在的再生水使用用户进行详细的调查；明确识别出再生水供水条件（包括流量、水质、价格、使用限制），并向潜在用户说明；（4）再生水应满足的水质标准必须是现实而客观的，需要专门的水质标准对它进行监控、管理并接受公众的检验；（5）城市污水的再生利用要跟其它类型水资源的开发利用享有相同的产业、经济政策。
4.2 污水再生利用必须纳入城市水环境基础设施建设中
　　改变当前把集中式污水系统作为城市水环境基础设施建设唯一选择或者绝对主导选择的局面。分散式的污水系统要作为水环境管理的长期策略选择。就我国目前污水系统的建设状况来说，不仅在形式上采取了发达国家的传统集中模式，而且在规模上还被误导为愈大愈好。我国不少城市建设或者规划建设的集中式污水处理厂，其规模已经远大于国外的平均水平。以1994年欧盟的数据为例，规模小于1000m³/d的污水处理厂个数占总数的81.9%，而规模大于10000m³/d的比例仅为2.6%。我国目前有不少污水处理厂建成之后，存在无法收集足够污水以便正常运行的状况，固然有配套管道建设滞后、污水处理收费机制不健全等原因，但不适当的设计规模也应该引起重视，有必要遏制追求污水厂设计能力愈大愈好的态势。
　　分散式的污水系统更适合于污水再生利用，也更有利于城市的可持续发展。集中式的城市污水解决方案是不可持续的。因为从整体上看，这些污水处理厂不断地把营养物质和其它剩余物排入了受纳水体。如果要想对这些营养物质或者处理过的污水进行再生利用的话，就意味着巨大的输送成本投入，可能还会涉及到包含着更多管道和泵站的第三套管网体系，因为接受再生水的用户大多是远离污水处理厂址所在地的。解决这个问题的出路即面向可持续未来的选择是采用分散式污水系统，例如采用允许局部范围内污水和营养物质循环再利用的小规模系统，适合于小型社区。分散系统的功能可以被定义为收集、处理、处置/回用来自单个住宅、连片住宅、孤立小区、工厂、大厦等的污水。随着科学技术的发展，尤其是膜技术的发展，污水处理设施的装置化和小型化使得分散式的污水处理和回用得以实现。分散系统把污水回用设施跟再生水用户之间距离缩短，管道费用比起集中式的系统大大降低了，从而实现污水回用系统成本的降低。
　　分散式的污水收集、处理和回用系统在城市水环境基础设施建设中日益占据了有利地位。这跟污水再生利用要求采用这种形式的系统是分不开的。分散化的污水收集、处理与回用系统在城市的可持续性上具有比集中式系统更大的优势。正是从资源保护的角度来看，世界各地出现了从大型集中的污水系统向分散式污水系统转变的趋势。
　　城市水环境基础设施的建设要符合生态化原则。基础设施的生态化原则对现有的建设模式提出了新的要求，比如源分离、系统分散化、资源化等等。根据该原则，污水再生利用项目必须被系统化地纳入到城市水环境的基础建设中，并在规划、设计、运行和管理中予以一体化的考虑。针对不同的城市经济发展水平和现有的污水系统状况，在分散式与集中式的对抗中寻找到一个平衡点是提高城市可持续性的重要抉择。目前我国很多城市尤其是中小城市的水环境基础设施还很不完善，这为推广城市污水再生利用战略提供了有利时机。在此时就必须对污水再生利用的可行性和方式予以充分考虑，以体现生态化原则。。具体来讲，城市规模越小，例如小城镇，越适合于采用分散式的污水系统；在大城市中，对新规划的小区，可以采用就地污水处理和回用系统；对于工业用水和大面积的生态景观用水，则应考虑集中式污水处理厂出水的再生利用。
4.3 发展模式要随着区域和时段的不同而不同
　　我国各个城市的水资源开发与利用状况、经济发展水平以及基础设施建设状况等各方面的因素之间存在着相当大的差异。在这种不平衡的状况下，对全国推行内容和要求完全统一的城市污水再生利用战略，既是不现实的，又是不科学的。而从全国各地区对城市污水再生利用的发展模式进行分区（以下简称全国分区），不仅有利于从宏观上把握全国再生水利用的方向，而且有助于更好地指导各地区和城市的污水再生利用工作。并且，如果分区还能够体现出时间上的变化趋势，那么，从空间角度看，可以对各城市在选择污水再生利用发展模式时有所指导，从时间角度看，还可以针对某一城市随时间变化进入不同分区有所引导。
　　全国分区的本质意义是基于城市现状，帮助它选择相应的污水再生利用发展模式，当然也包括国家对不同模式所属城市应该采取的态度。通过对全国各地区在再生水利用的必要性和经济可行性两方面的研究，确定五类分区：I优先强制发展型，II国家扶持发展型，III自行稳步发展型，IV等待时机型，V非强制型。其特征描述和结果示例见表1。

表1 污水再生利用发展战略实施的全国分区

分区
代号

分区类型

特征描述

结果示例：直辖市和省会城市

I

优先强制发展型

.急需污水再生利用，而且自身有经济能力；
.建议国家要提出强制性的污水再生利用战略实施要求。

北京、天津、哈尔滨、长春、沈阳、济南、太原、乌鲁木齐、石家庄、郑州、昆明

II

国家扶持发展型

.急需污水再生利用，但自身尚不具备足够的经济能力；
.建议国家提出强制要求，并从资金、政策等方面予以扶持和倾斜。

西宁、呼和浩特、合肥

III

自行稳步发展型

. 潜在需污水再生利用，而且有经济能力；
.可以根据城市发展规划，依靠自身力量逐步推行污水再生利用；
.建议国家予以指导，视将来实际情况决定是否提出强制性要求。

西安、银川、成都

IV

等待时机型

.潜在需污水再生利用，但不具备经济能力；
. 需要等待合适的时机，具备相应条件后再逐步开展污水再生利用；
.建议国家予以指导，视将来实际情况决定是否提出强制性要求。

重庆、贵阳

V

非强制型

.地区水资源较丰富；
.建议国家可在较长时期内不强制要求；
.地区可自行合理决定是否实行污水再生利用。

上海、南京、杭州、福州、南昌、武汉、长沙、拉萨、兰州、广州、南宁、海口

　　各个城市所属的分区类型可能会随时间变化而有所变化。为此，国家应定期对各分区所包含的城市进行再评估，更新各类型城市的清单。表2则反映分区之间可能的几种动态逐级演变形式，以引导城市随时间变化进入不同分区类型。

表2 几种可能的城市所处分区动态演变形式

现状所处分区

演变后所处分区

演变条件与效果

II

I

随着城市的发展，自身经济实力增强；此时应依靠自身力量实施污水再生利用战略，不再需要国家资金上的帮助。

III

I

随着城市的发展，水资源压力增大，污水再生利用的必要性增强；国家应针对污水再生利用，提出强制性的要求。

IV

III

随着城市的发展，经济实力增强，城市应根据自身能力逐步实施污水再生利用项目；国家应该根据地区发展状况，决定指导或者强制要求污水再生利用。

V

III

随着城市的发展，污水再生利用的必要性增强，且具备经济能力，城市应根据自身能力逐步实施污水再生利用项目；国家应该根据地区发展状况，决定指导或者强制要求污水再生利用。

IV

随着城市的发展，污水再生利用的必要性增强，但尚不具备经济能力，还需等待时机以便逐步具备开展污水再生利用的能力。

5 城市污水再生利用的经济和产业战略

　　从经济和产业的角度予以战略扶持也是城市污水再生利用得以发展的重要条件。城市污水再生利用的经济和产业战略应该包括以下内容：
　　· 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再生利用方式；
　　· 建立起污水再生利用的收费体系，保障再生水项目投资的合理收益；
　　· 拓宽污水再生利用项目投融资渠道，建立由财政投入、市场补偿、有偿使用、合理计价的多层次、多元化的投资渠道；
　　· 引入竞争机制，提高污水再生利用产业的经营管理效率，加强企业的技术进步；
　　· 放松政府对污水再生利用产业不必要的管制政策，消除由行政干预所造成的区域性垄断和进入壁垒，鼓励水工业企业进行跨区域的再生水项目投资；
　　· 加强水工业内的整体合作，在条件成熟的地区促进污水再生利用产业与污水处理和供水产业的一体化，加强国有水工业部门的竞争力；
　　· 国家和地方政府应当出台相关的优惠政策，通过财政补贴，贴息贷款和税收减让等多种手段鼓励污水再生利用产业的发展；
　　· 要根据不同的污水再生利用发展模式，制定与之相配套的经济和产业政策。

6 城市污水再生利用的安全和公众战略

　　城市污水再生利用必须保证全过程的人体健康安全和环境安全。再生水当中对公众健康具有重要意义的污染物包括了生物的和化学的物质，健康风险也就包括微生物和化学两种风险。在工业污水排放得到适当控制的情况下，化学风险降低，微生物风险通常成为污水回用的主要风险。
　　传统意义上一直将污水回用安全性的考察焦点放在对健康保障的度量。但是随着污水回用处理技术的进步，以及对再生水用途和需求的进一步拓展，不得不考虑再生水的利用对土壤和地下水的影响。这不仅是再生水水质的问题，也是关系到当地环境状况和如何使用再生水的问题。
　　可见，不同类型的污水再生利用方式对人体健康安全和环境安全存在不同的潜在问题。要想保证污水再生利用全过程中的人体健康和环境安全，必须做到以下几点：
　　· 对污水再生利用项目的各种潜在的影响予以全面评估，以保证项目设计、建设、实施和日常维护的全过程中的人体健康风险和环境风险落在可接受的范围内。
　　· 从普通的城市污水经处理后成为可以再次利用的新资源，技术路线必须明确可靠，尤其是相应的安全保障体系必须完备，避免因污水回用引起病菌感染或挥发性污染问题。
　　· 政府要制定污水再生利用的技术指南和水质标准，提出用于不同用途的再生水水质限值，指定最低的处理技术要求（推荐处理工艺），还要设定监测频率。
　　· 国家应该有统一的污水再生利用指南，而具体在各个地区实施当中，可以根据自己的地区特点予以补充和修订，但要求不得低于国家指南中的规定。
　　· 要建立相应的技术安全监管机制和相应的管理队伍。
　　不断提高公众对于安全使用再生水的信心。公众对再生水的心理承受能力的强弱也直接关系到再生水技术的发展前途。在未来的污水再生利用发展中，对于一个具体的回用项目来说，公众能否予以接受是至关重要的。这个问题既与水回用技术本身的安全保障程度相关，同时也要靠政府在宣传教育等方面给予扶持，通过政策导向和建立公众参与机制来提高公众对城市污水再生利用的信心。

7 结论

　　根据前文对污水再生利用的发展意义、战略地位、发展战略、经济和产业战略、安全和公众战略的内容以及实施要求的论述，可以得出以下两个基本结论：
　　· 在中国推动城市污水再生利用的发展战略，就其本质而言，就是要建立起水的社会循环新模式；
　　· 中国城市污水再生利用发展战略可以被定义为：以推动城市水资源的可持续开发与利用为根本目的，以遵守（市场）经济规律和生态规律为实施原则，以不同区域不同阶段选择不同的发展模式为实施途径，以保障人体健康安全和环境安全为基本要求，把污水再生利用的内容纳入到城市水资源开发与利用规划中去，把污水再生利用项目系统化地纳入到现有及未来城市的水环境基础设施建设中去，实现与给水和排水系统进行一体化的规划、设计、运行和监督管理。