长沙市经济开发区再生水利用前景研究_刘介源.pdf

73 2023 年 2 月第 50 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.50 No.2Feb.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY科学与社会长沙市经济开发区再生水利用前景研究刘介源，曾 涛，李佐规，罗 均*（长沙经济技术开发区水质净化工程有限公司 湖南长沙 410000）摘 要：近年来，随着全球性水资源危机的加剧，再生水作为一种潜在的水资源得到了越来越广泛的关注。结合长沙市经济开发区的水资源、水污染、再生水回用现状，分析该区再生水回用的制约因素，并定量评估了再生水回用的开发潜力及效益，并从工程建设、技术与机制创新、法规与政策保障等方面提出了城市再生水开发利用产业化、规范化和规模化建设的对策与建议。关键词：水资源 再生水水回用 资源化中图分类号：X703；X24 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）02-0073-04Research on Prospect of Reclaimed Water Utilization in Economic Development Zone of Changsha City LIU Jieyuan，ZENG Tao，LI Zuogui，LUO Jun*（Changsha Economic and Technical Development Zone Water Purification Engineering Co.，Ltd.，Changsha 410000，Hunan Province，China）Abstract：In recent years，with the intensification of the global water crisis，reclaimed water,as a potential water resource,has received more and more attention.Based on the current situation of water resources，water pollution and reclaimed water reuse in Changsha Economic Development Zone，this paper analyzes the restrictive factors of reclaimed water reuse in Changsha Economic Development Zone，and quantitatively evaluates the development potential and benefits of reclaimed water reuse.The countermeasures and suggestions for the industrialization，standardization and large-scale construction of urban reclaimed water development and utilization are put forward from the aspects of engineering construction，technology and mechanism innovation，regulations and policy guarantees.Key words：water resources；reclaimed water reuse；resource utilization*通讯作者收稿日期：2023-01-07再生用水是指把城市污水经各种适当再生用水工艺净化处理后，水质达到符合一定使用要求，满足某种特殊使用环境功能要求，可以重新使用的再生产的废水。再生水主要用于冲洗厕所、浇灌绿地树木、清洁道路、冲洗车辆、基建施工、喷水池及可以接受其水质标准的其他用水1。再生水系统开发研究与再生用水技术在日、德、以色列等十几个国家已经初步得到了应用。我国污水处理及再生水行业快速发展，根据水利部、住建部资料统计，2019 年全国城市污水处理量约525 亿m3，污水处理率达到 96%，全国各城市年均再生循环水利用率约提高21%，但城市污水再生处理水利用总体规模上目前仍只是处于发展起步阶段2。2021 年 1 月，农业部、国家发改委、科技部、工业生产和科技信息化部、财政部、自然资源部、生态环境保护部等部门共同印发了关于推进污水资源化利用的指导意见，要求废止“到 2025 年，全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到 25%以上”。国家节水行动湖南省实施方案提出“应当优先使用再生水。提升雨水和再生水利用水平”。长沙市经济开发区（以下简称经开区）成立于1992 年，2000 年升级成为第三批国家级特色经济开发区。2020 年 9 月，湖南国家级自由贸易合作试验区建设获批，定位为加快打造全球高端装备制造产业基地。根据长沙市水利局 2020 年 10 月 30 日发布的2019 年长沙市水资源公报，按照供水量进行分DOI:10.14099/ki.tjkj.2023.02.014 74 天 津 科 技第 50 卷 第 2 期析，经开区作为用水大户，跨区域调水 0.888 亿m3，再生水利用可减少长沙市经开区跨区域调水水量，从水资源角度分析，再生水利用十分有必要3。1 长沙市经开区再生水利用发展路径1.1 长沙市经开区给水及污水系统现状1.1.1 给水现状长沙市经开区已在其规划用地区域内建设区级自备小水厂一座，即为廖家祠堂水厂，水源位置为浏阳市的株树桥水库，设计综合年供水输送能力约为 60 万 m3/d，一期水厂计划综合供水能力规模约为 30 万 m3/d 以上，二期工程预计供水规模约 60 万 m3/d，一期建设计划占地面积仅约9.28 hm2，二期项目规划用地预留项目总建筑用地约为 15.68 hm2。1.1.2 污水现状长沙市经开区共有 4 座污水处理厂正在投产运行中，一座污水厂（城东污水处理厂）正在建设中，尾水资源总排放量为 43.5 万t/d、1.5 亿t/a。未来的经开区的再生中水水源将主要来自于城西污水处理厂（12 万m3/d）、城北污水处理厂（14 万 m3/d）、城南污水处理厂（14 万m3/d）、星沙污水处理厂（25 万m3/d），以及城东（黄花）污水处理厂（10 万m3/d），总的再生水可采利用量约 75 万m3/d。1.2 长沙市经开区再生水利用途径再生水最终能否实现回用主要取决于其水质参数能否达到我国相应用水标准。再生循环水利用水质标准按照具体用途又分为生活农林牧渔业综合用水、城市五杂用水、工业用水、环境用水、补充水源用水。长沙市经开区城乡用地为4 197.89 hm3，城市建设用地为 3 969 hm2。农林用地 112.65 hm2，仅占城乡用地比例的 2.68%，从用水需求方面考虑，长沙市经开区再生水处理回用于农田灌溉不具有经济性。长沙市经开区道路交通设施用地为 771.94 hm2，占城乡用地比例的 18.39%；绿地广场用地为 336.87 hm2，占经开区城乡用地比例 8.02%，长沙市经开区再生水利用在道路广场浇洒、绿地灌溉与浇洒方面有很大的空间。长沙市经开区工业用地为 1 614.41 hm2，占长沙市经开区城乡用地比例的 38.46%；2020 年，园区完成规模工业总产值 2 530.5 亿元。长沙市经开区位于长沙县行政区划内，长沙县大部分规模上工业企业集聚于此，2019 年，长沙县总用水量为 5.28 亿m3，其中工业用水量为 1.60 亿m3，占比达 30.3%，长沙县总耗水量为 1.75 亿m3，其中工业耗水量为 0.32 亿m3，占比为 18.3%。以上数据表明长沙市经开区除继续提高工业用水重复利用率外，仍有大量取水需求，污水处理厂再生水可以作为第二水源为工业提供用水。长沙市经开区城乡用地为 4 197.89 hm2，水域面积为26.73 hm2，占城乡用地比例的 0.64%，污水处理厂再生水可用于河道或水景补水。整个长沙县范围内计算面积 1 756 km2，地表水年径流量为 12.39 亿m3，年径流深 705.2 mm，地下水资源量为 2.928 亿m3，地表水相对丰富，暂不考虑再生回用水用作地下水回灌。综上所述，目前长沙市经开区水质净化工程有限公司共有 5 座大型生活污水处理厂，水处理项目规模达到近 75 万m3/d，污水资源量还比较丰富。但是 5 座大型生活污水处理厂里目前却仅有星沙污水处理厂对 1.5 万m3/d规模的生活污水资源进行了回收再生利用。推荐长沙市经开区将再生水资源化利用推广至现有城市基础设施日杂用水等需求（道路广场浇洒、绿地灌溉、洗车、建筑冲厕、施工用水）及工业用水、景观环境用水的需求中去。2 长沙市经开区涉水规划数据初步评估2.1 杂用水量需求初步分析在长沙市经开区城市日杂用水行业中，可用再生水替代现有自来水，使用在道路排水浇洒、施工降尘、公共建筑冲厕、洗车等用水过程中。城市杂用水中再生水潜在回用量的计算方法是各领域再生水回用数量总和，见式（1）：（1）各大城市的杂耗用水领域中的再生循环水回用量计算的方法主要是取该行业领域中的用水产品数量与行业相应的用水定额数量相乘计算后的再累加，见式（2）：（2）式中：CQ为城市杂用水再生水潜在回用总量（万m3）；CiQ为城市杂用水各再生水回用领域潜在回用总量（万m3）；iP为城市杂用水各再生水回用领域产品数量，i=1，2n；in为城市杂用水各再生水回用领域产品用水定额，i=1，2n。经计算，长沙市经开区每年城市杂用领域再生水回用量为 698.53 万m3。2.2 工业取水需求初步分析长沙市经开区工业取水量及可利用再生水量按 75 2023 年 2 月 刘介源等：长沙市经济开发区再生水利用前景研究照式（3）、（4）进行计算：W取=W用(1)（3）W再生=W取W耗 （4）其中：W取为工业取水量（万m3）；W用为工业总用水量（万m3）；W耗 为工业耗水量（万m3）；W再生为再生水需求量（万m3）；为工业用水重复利用率（%）。则长沙市经开区工业取水量W取为 3 575 万m3，工业耗水量W耗为1 430万m3，再生水需求量为2 145万m3。2.3 生态环境用水需求初步分析长沙经济技术开发区水质净化工程有限公司管辖的污水处理厂均在长沙县范围内，因此，污水处理厂再生水可用于长沙县生态环境补水。根据2019 年长沙市水资源公报，2019 年长沙县生态环境用水量为 360 万m3。2.4 长沙市经开区再生水回用潜力总量长沙经济技术开发区水质净化工程有限公司及其经营所属的污水处理厂回收的优质再生水可有效地缓解城市居民日洗杂类用水处理（道路广场喷洒、绿化浇灌、洗车、建筑冲厕、施工用水）及生活、工业用水、景观用水净化处理等用水紧张情况（表 1）。表 1 长沙市经开区再生水回用潜力分析Tab.1 Analysis of reclaimed water reuse in economic develop-ment zone序号用途回用潜在水量（万m3）1城市杂用水698.532工业用水2 1453生态环境用水3604合计3 203.53长沙市经开区再生水回用潜力量每年至少为3 203.53 万m3，其中以工业用水量最多，占 67%；次之为城市杂用水，占 21.8%；生态环境用水量占比相对较少，占11.2%。3 长沙市经开区再生水利用综合效益分析3.1 直接经济效益分析城市再生回水能够直接产生社会经济效益。再生水处理成本费用中的折旧费支出约占 2/3，处理费成本约为折旧费用的 3 倍，则再生水的社会直接经济效益的计算公式为：（5）其中：DEB为直接经济效益（亿元）；S为自来水平均价格（元/m3），取 3.45；P为再生水工程投资指标（元/m3天），取 3 000；n为折旧年限（年），取 15；Q为再生水日产量（m3/天）。则长沙市经开区再生水回用可以节约用水成本0.58亿元。3.2 社会环境效益分析参照相关案例和经验计算公式，按当前我国及世界现行用水的市场价格，节约水资源可为政府财政增加收入约（避免国家因缺水造成的财政损失）5.84元/m3，避免城市因遭受水体环境污染造成缺水灾害导致社会损失，节省城市地下排水等设施每年相应的设施配套管理维护、建设管理成本投入费用。其社会环境效益的综合实际投资贡献水平测算及计算的公式如式（6）所示：365 ()SECFEDQ=+（6）其中：SEC为社会环境效益（亿元）；F为节约用水带来的政府财政收入增加值（元/m3），取 5.84；E为减少因严重环境污染费用直接或间接造成的实际社会损失（元/m3），取 2.3；D为节省城市公共配套设计提供建设投入和运行管理维护等费用（元/m3），取 0.63；Q为再生水日产量（m3/天）。则经开区再生水回用社会环境效益 2.81 亿元。3.3 长沙市经开区再生水回用的综合效益综合效益包括直接经济效益和社会环境效益。根据上述分析，长沙市经开区再生水回用的综合效益每年为 3.39 亿元。4 长沙市经开区再生水利用对策研究4.1 存在问题长沙市经开区再生水回用的主要制约因素包含以下几个方面：污水和再生水输送管线基础建设滞后、再生水市场价格体系不完善、用水群体资源回用意识缺乏、再生水水质管理机制匮乏、取水和排水管理不够规范；再生水处理技术及规模达到要求，但再生水输送管网系统规划和建设比较滞后；再生水水质是否达到用水单位利用标准、要求，以及再生水水价是否有吸引力成为用水群体是否选择再生水的主要影响因素。4.2 相应对策全面规划，加快再生水回用的产业化建设。采用“以点带面”的战略，逐步推动城市再生水回用系统的建设和完善工作。想要极大地提升再生水利用水平，则必须经过前期论证并合理安排，明确近、中、远期的规划并开展相关项目建设。近期计划，要选择可操作性强、回报率高的项目先行开展实施；长远计划，应制定和完善城镇分质供水、用水的中长 76 天 津 科 技第 50 卷 第 2 期期规划，结合市政污水处理厂的新建和扩建规划逐年新建或扩建一定数量的配套再生水管网，不断构建再生水输配网络；根据再生水利用用户的范围及需求量明确各阶段的实施计划，逐步推进城镇再生水回用系统的搭建，从而提高社会再生水利用水平。完善配套政策法规，确保市场的规范化运营。合理制定水价，价格是资源配置的核心问题，理顺价格机制有利于推进再生水利用。自来水价格越高，再生水回用的优势将越明显，企事业单位和家庭对再生水回用的积极性、自觉性也会提高。健全法律法规体系，保障和促进城市水资源的开发利用。应加强立法，健全再生水相关法律体系，依法确保再生水应用市场的规范化运营，将再生水这个非传统水资源纳入国家水资源利用规划，统一管理和调配，鼓励全社会进行推广利用。5 结 论长沙市经开区未来将有 5 座污水处理厂，均执行一级A排放标准，尾水排放不但是对水资源的浪费，同时也增加了水体污染负荷，造成了巨大的环境压力。再生水的回用在水质要求、水处理技术和国家宏观政策上是必要的。推荐经开区范围内再生水用途为城市杂用水（道路广场浇洒、绿地灌溉、洗车、建筑冲厕、施工用水）、工业用水、景观环境用水等。长沙市经开区推广再生水回用有一定的必要性，且技术上可行，宏观政策指向清晰，综合效益良好，但是大力推广仍存在一系列问题需要解决。如缺乏落地性政策支持和法规约束；价格体系不完善；水质管理机制不健全；基础设施建设不完善；再生水输配管网建设滞后；再生水回用率低、用户相对较少且分散、用水规模小，取水和排水管理不够规范等。因此，建议长沙市经开区尽快启动再生水回用先行试点工作，待时机成熟后再大力推广再生水回用。参考文献1 刘乔木，纪玉琨，姜帅，等.北京市再生水利用现状 及问题分析 J .北京水务，2016（6）：18-21.2 刘静，陈莹，赵辉，等.关于促进我国再生水利用的 思考 J .中国水利，2017，825（15）：6-8，11.3 金月祥.市政污水处理工艺及其回用利用技术 J .资源 节约与环保，2016，170（1）：9，14.上接第 72 页题的企图，将资源更多地用于研究面向未来，基于车载仪表、物联网、大数据、人工智能的计量技术，同时鼓励多元化的小范围技术尝试和模式创新。毕竟新能源领域正处在技术发展的活跃期，终局尚难预测，只有随之共同演化，才可能找到适宜的充电桩计量解决方案。参考文献1 汪小帆，李翔，陈关荣.复杂网络理论及其应用 M .北京：清华大学出版社，2006.2 Yves Bettignies，Joao Meirelles，Gabriela Fernandez，et al.The scale-dependent behaviour of cities：A Cross-cities multiscale driver analysis of urban energy use J .Sustainability，2019，11（12）.3 Fragkias M，Seto K C.Evolving rank-size distributions of intra-metropolitan urban clusters in South China J .Com-puters Environment&Urban Systems，2009，33（3）：189-199.4 Nuo Yong，Shunjiang Ni，Shifei Shen，et al.An under standing of human dynamics in urban subway traffic from the Maximum Entropy Principle J .Physica A：Statistical Mechanics and its Applications，2016（456）：222-227.5 郭景涛，李磊，陈磊，等.充电桩计量重要性的评价 J .工业计量，2022，32（3）：59-61.