污水再生處理與供水模式可以分為集中模式和分散模式。集中和分散兩種模式各有利弊，科學(xué)合理的方案是集中與分散相結(jié)合，因地制宜，互為補充。
本文以再生水系統(tǒng)發(fā)展比較成熟的美國和日本為例，對比分析了再生水集中和分散處理模式的發(fā)展進程和特點。同時，結(jié)合北京市小區(qū)分散式處理系統(tǒng)的發(fā)展過程，對我國特別是北京市分散模式的現(xiàn)狀進行了總結(jié)，從建設(shè)、設(shè)計、運行和管理等方面指出了目前北京市住宅小區(qū)中水處理存在的主要問題。
目前國際上特別是在城市和人口密集的地區(qū)，主要采用集中模式。當(dāng)集中收集系統(tǒng)難以實施或者有特定需求的情況下才會選擇分散模式。分散模式通常在城鄉(xiāng)結(jié)合部、農(nóng)村和偏遠(yuǎn)區(qū)域使用。然而，分散模式面臨的挑戰(zhàn)是分散設(shè)施的可靠性，包括運行維護可靠性差、缺少替代系統(tǒng)、水質(zhì)和水量變化大等問題。
國際上再生水系統(tǒng)發(fā)展比較成熟的國家有美國、日本、歐洲部分國家、以色列、新加坡等。美國、歐洲等國家主要致力于城市污水處理廠出水經(jīng)深度處理后回用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等，多發(fā)展城市集中式系統(tǒng)，而分散式建筑中水和小區(qū)中水則相對較少。日本則根據(jù)本國情況，在發(fā)展集中模式的同時也大力發(fā)展了建筑物中水系統(tǒng)，回用作為大型建筑雜用水，是國際上相對來說分散模式應(yīng)用比較好的國家。
1美國污水集中式和分散式處理模式的歷史進程
19世紀(jì)80年代中期
美國真正意義上的污水處理廠始建于19世紀(jì)80年代中期，由地方政府負(fù)責(zé)建設(shè)經(jīng)營;
20世紀(jì)初期
地方政府采取與私營公司簽訂長期合同的方式共同經(jīng)營;
1958年
開始研究三級處理，當(dāng)時己擁有10萬m3/d以上處理能力的三級處理廠數(shù)座;
20世紀(jì)70年代
新廠建設(shè)和舊廠改、擴建的高峰期;
1984年
國己擁有不同規(guī)模的城市污水處理廠2 300多座，其中一級處理廠約占14%，二級處理廠約占81%，三級處理廠約占5%;
1987年
美國開始實施《清潔水法》;
1972~1990年
聯(lián)邦政府將超過620億美元的污水處理投資用于集中式污水處理設(shè)施的建設(shè)和升級改造;
到2010年
美國約有16583座污水處理廠。
2000年，美國環(huán)保署(EPA)對其投資所建的一批污水處理廠進行過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有50%的污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，這主要是由于設(shè)計和操作兩個因素造成的。
自1920年亞利桑那州修建了第一個分質(zhì)供水系統(tǒng)，用于澆灌綠地、沖廁、洗車、冷卻水和建筑以來，美國的城市污水再生利用已經(jīng)從試驗研究階段進入生產(chǎn)應(yīng)用階段。美國再生水利用的范圍涉及農(nóng)業(yè)、工業(yè)、地下水回灌和娛樂等方面，其比例大致為：62%用于各種灌溉和景觀，31.5%用于工業(yè)，5%用于地下回灌，1.5%用于娛樂和漁業(yè)等。美國再生水利用的突出特點是集中處理回用，很少直接用于城市生活雜用。再生水利用工程主要分布于水資源短缺、地下水嚴(yán)重超采的西南部和中南部的加利福尼亞、亞利桑那、德克薩斯和佛羅里達(dá)等州。
美國的分散式污水處理源于19世紀(jì)中葉使用的就地污水處理系統(tǒng)(OWTSs)，當(dāng)時在美國將近有1800萬套住宅(約占住宅總數(shù)的25%)。
20世紀(jì)70年代開始，對不同類型的分散式處理系統(tǒng)進行了試驗，80年代在數(shù)百個小型社區(qū)同時建設(shè)集中和分散式處理設(shè)施。從90年代起，由于集中式污水處理對分散在城市區(qū)域外圍的住宅來說成本太高，聯(lián)邦政府開始尋找可替代集中式污水處理系統(tǒng)的方法，鼓勵各州、地方政府根據(jù)具體的土壤、地質(zhì)條件嘗試使用各種類型的分散式處理系統(tǒng)。到1990年，約有2 500萬個家庭使用就地處理系統(tǒng)。2008年，在美國估計在全部1.15億套住宅中，接近23%的住戶使用了就地處理系統(tǒng)。
不同地區(qū)就地處理系統(tǒng)普及率不盡相同，例如在佛蒙特州達(dá)55%，而在加利福尼亞州則只有10%。據(jù)估計美國國土面積中僅有32%的土壤適合作為就地處理系統(tǒng)的過濾系統(tǒng)，因此有許多就地處理系統(tǒng)實際建在了不適合土壤吸收的地區(qū)，而失效的就地處理系統(tǒng)往往成為許多流域或地下水源中污染物的主要來源，如在切薩皮克海灣項目中發(fā)現(xiàn)，進入就地處理系統(tǒng)中的氮有55%~85%都滲入地下水。
一份全國范圍內(nèi)的調(diào)查報告顯示，僅1993年的系統(tǒng)失效案例就高達(dá)90632個。美國普查局1997年的調(diào)查顯示，在3個月的調(diào)查期內(nèi)估計有403000個住宅化糞池曾有過失效的記錄，其中31000個發(fā)生過4次或以上的失效記錄。就地污水處理系統(tǒng)失效的主要原因被歸結(jié)為：不適宜的選址、不合適的設(shè)計、不恰當(dāng)?shù)陌惭b、不規(guī)范的操作/維護，而且缺乏強有力的法規(guī)支持。
為了能更好地解決目前分散式污水處理中遇到的問題和挑戰(zhàn)，并作出長遠(yuǎn)規(guī)劃，USEPA委托美國水環(huán)境研究基金會于2007年舉辦了美國“分散式污水處理與利用需求”中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃研討會。研討會的主要目的是為美國今后在分散式污水處理與利用需求方面制定中長期(目標(biāo)至2025年)研發(fā)計劃，并就所需國家研發(fā)經(jīng)費投入與去向等議題規(guī)劃并圈定研發(fā)范圍。
美國污水經(jīng)分散式污水處理系統(tǒng)處理之后，一般就地利用，改善周圍的水環(huán)境，或用于景觀用水。2008年美國東北大學(xué)Novotny教授提出的有關(guān)城市分散式水系統(tǒng)的新概念正受到許多城市規(guī)劃者與決策者的關(guān)注，這一概念強調(diào)以完整的城市水系統(tǒng)、景觀、基礎(chǔ)設(shè)施和給水處理、污水處理與回用及水量分配一體化，具有典型的分散式特征。分散式污水處理與再利用這一議題成為了目前國內(nèi)外的研究熱點，美國居民分散式處理之后，再利用的途徑較少，但針對于酒店等處理量較大的分散式系統(tǒng)，污水再利用的情況我們了解的較少。
2日本再生水利用模式的歷史進程和模式
日本為海洋環(huán)繞的島國，雨量充沛，水資源相對豐富，人均水資源擁有量為3300 m3。20世紀(jì)50年代中期起，隨著日本經(jīng)濟進入高速發(fā)展期，生活用水和工業(yè)用水需求量日益增加，造成日本部分地區(qū)特別是一些大中城市頻發(fā)嚴(yán)重的缺水、斷水現(xiàn)象，迫使日本各地大力修建水庫和人工引水渠，開展大規(guī)模的水資源開發(fā)，但由此也引發(fā)公眾對生態(tài)破壞的擔(dān)憂，新建水庫選址變得越來越難。60年代起，日本國內(nèi)開始出現(xiàn)污水再生利用。80年代起，日本政府開始在水資源短缺地區(qū)推廣再生水利用，同時在當(dāng)時的通產(chǎn)省下設(shè)專門從事污水再生利用技術(shù)開發(fā)和推廣的機構(gòu)“財團法人造水促進中心”。1994年，日本列島降雨量少，引發(fā)干旱，九州北部到關(guān)東地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的缺水現(xiàn)象。以此為契機，再生水利用再次得到重視，以一些缺水城市(東京、橫濱、福岡、北九州等)為中心，先后開展了污水再生利用工作，再生水利用設(shè)施數(shù)量也隨之增加。
2009年，日本公布的《下水道白皮書》 中強調(diào)了再生水利用在日本的重要性，對再生水的利用寄予了很高的期望。日本再生水的用途主要包括缺水城市中的河流生態(tài)補水、噴泉等景觀用水、寒冷地區(qū)的融雪用水、寫字樓或酒店等的沖廁用水、道路或公園綠地等的灑水用水、工業(yè)用水或農(nóng)業(yè)灌溉用水等。從地區(qū)來看，關(guān)東臨海地區(qū)北九州地區(qū)的再生水利用設(shè)施(公共設(shè)施和辦公樓等)數(shù)量占到全國的約60%，例如，關(guān)東地區(qū)的東京都、橫濱市和九州地區(qū)的福岡市等城市。
日本國內(nèi)再生水利用的模式，根據(jù)規(guī)?？煞譃閱为氀h(huán)利用、區(qū)域循環(huán)利用和廣域循環(huán)利用3種。在2002年日本國土交通省《日本水資源白皮書》以及2003年8月東京都發(fā)布《水資源有效利用促進綱要》中作了詳細(xì)規(guī)定。所謂單獨循環(huán)利用模式，是指在一定規(guī)模及以上的建筑物內(nèi)，利用自有處理設(shè)備，將建筑物內(nèi)收集的污水處理后生成再生水，將其作為建筑內(nèi)部沖廁等雜用水進行利用的模式。區(qū)域循環(huán)利用模式是指在一定的區(qū)劃范圍內(nèi)，將該區(qū)劃內(nèi)的建筑物產(chǎn)生的污水集中處理后作為雜用水進行利用的方式。廣域循環(huán)利用模式(即集中式)是指將在污水處理廠經(jīng)深度處理后的再生水，通過專用管道輸送到管網(wǎng)可及范圍內(nèi)的建筑等設(shè)施，作為雜用水進行利用的方式。
以東京都為例，1984年就在新宿副都心地區(qū)開展了再生水關(guān)于循環(huán)利用模式示范。2003年東京都頒布的《水資源有效利用促進要綱》中規(guī)定，建筑面積10000 m2以上的建筑物，以及開發(fā)規(guī)模3000 m2以上的開發(fā)項目，必須采用廣域循環(huán)模式或單獨循環(huán)模式開展再生水的有效利用。
近年來，為推進循環(huán)型城市建設(shè)，構(gòu)建健康城市水循環(huán)系統(tǒng)，東京都大力開展再生水的廣域循環(huán)利用，如表1所示。東京都現(xiàn)有20座污水處理廠，總處理污水量約540萬m3/d，其中包括3座再生水廠，日產(chǎn)再生水50萬m3，通過專用管道輸送到指定地區(qū)，其用途主要是樓宇等的沖廁用水、道路灑水、城市河道用水補充等。
截至2010年底，日本全國雨水、再生水利用公共設(shè)施和樓宇等數(shù)量共3654座。雨水、再生水利用總量約為2.6億m3(含雨水)，占全國用水量的0.3%，其中廣域循環(huán)利用模式的再生水利用量為1.92億m3(涉及污水處理廠288座)，可見廣域循環(huán)模式在日本占主導(dǎo)地位。表2列出了日本國土交通省頒布的相關(guān)再生水的政策措施。20世紀(jì)70年代，日本政府就發(fā)布《關(guān)于在政府機構(gòu)設(shè)施開展雜用水利用的通知》，開始發(fā)展在大型樓宇中進行分散式中水回用，日本是國際上分散模式(主要以大型樓宇為主)應(yīng)用相對較為多且較成熟的國家。
3我國集中和分散模式歷史進程及北京市小區(qū)分散模式調(diào)查
我國水資源分布不均，北方和西部地區(qū)嚴(yán)重缺水，快速城市化和全球氣候變化進一步加劇了水資源危機。城鎮(zhèn)污水再生利用是解決水資源危機的一個有效途徑，包括北京、天津在內(nèi)的許多城市，特別是北方缺水城市已經(jīng)在大力推進城鎮(zhèn)污水資源化。至今為止，我國已經(jīng)相繼出臺了城鎮(zhèn)污水再生利用相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和管理政策等。例如：在再生水模式方面，住建部(原建設(shè)部)和科技部2006年發(fā)布的《城市污水再生利用技術(shù)政策》指出：“城市污水再生利用設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)應(yīng)遵循統(tǒng)一規(guī)劃、分期實施，集中利用為主、分散利用為輔，優(yōu)水優(yōu)用、分質(zhì)供水，注重實效、就近利用的指導(dǎo)原則，積極穩(wěn)妥地發(fā)展再生水用戶、擴大再生水應(yīng)用范圍。”在此基礎(chǔ)上，2012年住建部印發(fā)《污水再生利用技術(shù)指南(試行)》，專門針對集中模式污水處理再生利用提出技術(shù)方案選擇依據(jù)，北京、天津等地也針對城鎮(zhèn)污水集中模式為主的再生利用頒布了相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)。
在分散模式方面，我國的住宅小區(qū)中水沒有列為全國再生水的主要發(fā)展方向，但在一些城市，如北京，住宅小區(qū)的中水已經(jīng)通過立法推廣。北京市在1987年就頒布了《北京市中水設(shè)施建設(shè)管理試行辦法》，要求新建項目建筑面積超過2萬m2的旅館、飯店、公寓，超過3萬m2的機關(guān)、科研單位、大專院校、大型文化體育設(shè)施，按規(guī)劃應(yīng)配套建設(shè)中水設(shè)施的住宅小區(qū)、集中建筑區(qū)等需建設(shè)中水設(shè)施。為進一步促進污水綜合利用的實用化進程，北京市政府2001年2號文件到“關(guān)于加強中水設(shè)施建設(shè)管理的通告”中規(guī)定：“建筑面積5萬m2，或可回收水量大于150 m3/d的居住區(qū)必須建設(shè)中水設(shè)施”。2006年，全市已有59家住宅小區(qū)登記備案中水設(shè)施。2002年頒布國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑中水設(shè)計規(guī)范》(GB 50336-2002)，北京市也于2006年頒布《建筑中水運行管理規(guī)范》(DB11/T 348-2006)。
北京市是我國開展建筑中水較早的城市，通過近年來的發(fā)展，住宅小區(qū)中水回用在數(shù)量和供水規(guī)模上已經(jīng)逐漸成為北京市中水回用工程的重要組成部分之一，受到各方的關(guān)注。然而北京住宅小區(qū)中水回用也存在一些問題需要解決。通過北京市節(jié)約用水管理中心近年來委托相關(guān)單位進行的水質(zhì)監(jiān)測報告和設(shè)施運行調(diào)查報告的結(jié)果分析表明：北京市住宅小區(qū)的中水設(shè)施狀況存在一些問題，如運營單位的積極性不高、中水設(shè)施設(shè)計產(chǎn)水量與使用量不匹配、自來水補水情況嚴(yán)重、中水的水質(zhì)時有超標(biāo)等。以北京市住宅小區(qū)的中水設(shè)施為研究對象，對北京市住宅小區(qū)中水處理設(shè)施的技術(shù)結(jié)構(gòu)、處理效果與運行管理模式的進行了資料收集和現(xiàn)場調(diào)研。
研究表明，北京市824%的住宅小區(qū)中水處理原水采用的是洗浴廢水和盥洗廢水，采用生活污水為原水的占147%;采用洗浴廢水為原水占29%;中水主要用于沖廁(91%)和綠化(79%)，用于洗車和景觀用水的各占3%。北京市住宅小區(qū)的中水處理主要采用的技術(shù)單元為調(diào)節(jié)池、毛發(fā)聚集器、沉淀池、生物接觸氧化池、過濾器消毒單元。
目前北京市住宅小區(qū)中水處理的問題主要有以下幾個方面：
(1)前期中水系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量不過關(guān)。中水設(shè)施的建設(shè)方、投資方和運行方不是一家單位，存在建設(shè)和運行間的脫節(jié)。投資方為節(jié)約成本，變相鼓勵中水設(shè)施建設(shè)公司低價競標(biāo)從而導(dǎo)致設(shè)計、施工質(zhì)量差，中水系統(tǒng)使用壽命短、故障率高、維修成本高和出水難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，造成運行方承擔(dān)著巨大的運行風(fēng)險。
(2)中水價格偏低，影響中水運營方積極性。2014年5月之前，北京的居民用中水售價統(tǒng)一為1元/m3，2014年5月，北京市水務(wù)局將中水價格規(guī)定為最高不超過3.5元/m3。據(jù)調(diào)查，即使小區(qū)中水價格執(zhí)行3.5元/m3的上限，也是經(jīng)常在虧損運營。中水的成本高，需要專門的管理維護人員，需要電力和增添新設(shè)施，再加上用于凈化水質(zhì)的濾網(wǎng)和消毒劑，導(dǎo)致負(fù)責(zé)中水的小區(qū)物業(yè)管理公司入不敷出。
(3)設(shè)計中普遍存在設(shè)計處理量偏離實際產(chǎn)水量的情況。很多小區(qū)總面積在5萬m2以上，但由于水源水量不穩(wěn)定以及節(jié)水器具的推廣使用，回用規(guī)模較小，不能滿足中水設(shè)施的基本要求，導(dǎo)致建設(shè)的中水設(shè)施難以運行，還須添加部分自來水補充才能維持正常運轉(zhuǎn)。
(4)缺乏有效的設(shè)施運行管理機制，設(shè)施運行管理水平低下;人員素質(zhì)不高，同時缺乏工作人員的系統(tǒng)培訓(xùn)機制;缺乏現(xiàn)場例行監(jiān)測和管理部門檢測，管理不到位，無法保證用戶用水要求，居民不愿使用中水。同時由于物業(yè)公司與業(yè)主之間存在一定的矛盾，業(yè)主拒交中水水費，而物業(yè)上門查表收費也很困難，為避免麻煩直接停用中水。
(5)目前中水處理站存在的主要水質(zhì)問題是消毒劑的投加量與實際需求量不合，造成臭味、總大腸菌群和管網(wǎng)末端總余氯指標(biāo)不達(dá)標(biāo);存在和自來水管錯接的現(xiàn)象，健康風(fēng)險較大。
(6)對中水使用及安全性等知識的普及及宣傳不到位，造成人們對中水使用的相關(guān)知識參差不齊，使得人們對中水的質(zhì)量和使用心存疑慮，加之一些小區(qū)在使用中出現(xiàn)水質(zhì)時好時壞的現(xiàn)象，造成從心理上排斥使用中水。
來源:給水排水 作者:苑宏英 谷永等
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