城市水資源循環(huán)的義烏實踐

龔向紅

（義烏市水處理有限責任公司 浙江義烏 322000）

引言

隨著我國城市化的不斷推進，城鎮(zhèn)人口持續(xù)上漲，水資源的取用與污水的處理和處置是一個城市發(fā)展需要考慮的重要問題。例如，義烏市2019 年對居民和非居民供水量超過1.57 億立方米，較2018 年增加5.24%，不斷增加的水消耗不僅對水源水量提出了新的要求，對末端污水的處理也是新的挑戰(zhàn)。

如果將一個城市看成一個封閉的系統(tǒng)，從用水的角度考慮，一方面需要從自然界取用水資源，另一方面將使用后的水再排放到自然界中去（見圖1）。在這個水資源經(jīng)過城市循環(huán)，再次進入自然界的過程中，就不可避免地攜帶了一些對環(huán)境有害的物質(zhì)，如有機物、總氮（含氨氮）、總磷、重金屬離子等。這就需要加強對水資源在城市區(qū)域內(nèi)循環(huán)的深入研究，實現(xiàn)水資源在城市內(nèi)的梯級利用和循環(huán)利用，以最大限度地降低城市用水對環(huán)境造成的影響。

圖1 城市水循環(huán)系統(tǒng)與自然界關(guān)系示意圖

城市區(qū)域水循環(huán)一般需要包括以下幾個過程：自然界取水、居民/非居民用水、污水處理、中水回用和廢水外排，其中的居民/非居民用水、污水處理、中水回用等幾個過程是可以施加更多人的影響，加強城市用水區(qū)域內(nèi)循環(huán)的關(guān)鍵。本文將從城市用水的污水分類處理、水的梯級利用和中水回用三個方面來探討如何加強城市區(qū)域水循環(huán)的問題。

1 厘清居民用水和非居民用水

居民用水是指城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民日常生活所需用的水，包括飲用、洗滌、沖廁、洗澡等。居民生活用水的供應量和質(zhì)量，可以反映某一地區(qū)城市發(fā)展水平、衛(wèi)生狀況和當?shù)厮Y源可持續(xù)利用水平。非居民用水主要是指工業(yè)、商業(yè)等領域的用水。較非居民用水，居民用水主要與居民日常生活息息相關(guān)，同人體直接接觸，更注重其衛(wèi)生安全、健康風險等特性。有調(diào)查顯示，在城市用水中，與人體密切接觸的用水約占40%，如洗浴、飲用等；而多達60%的是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)衛(wèi)和綠化等方面的用水[1]。義烏市2017～2019 年居民用水量占總?cè)∮盟康谋壤?9%-44%之間，非居民用水量的比例則在56%～61%。一些研究和實踐表明，部分工農(nóng)業(yè)和環(huán)境綠化用水需求可以使用中水滿足，其不僅在水質(zhì)上完全符合用水標準，而且可以節(jié)約大量的新鮮水源[2]。

2 城市污水的分類處理

居民生活用水一般占到城市生活用水的40%左右，加上部分農(nóng)業(yè)和環(huán)衛(wèi)用水，城市污水處理廠接納的低濃度污染廢水應該在60%。這部分廢水具有污染物種類單一、濃度低、水質(zhì)水量相對較穩(wěn)定等特點，在城市污水中屬易于處理的廢水。工業(yè)廢水由于污染物濃度高、含有一定的有毒有害物質(zhì)、水質(zhì)水量穩(wěn)定性較差等問題，一直是污水處理的難題。目前城市污水處理最經(jīng)濟的方法是生化處理法，但是，工業(yè)廢水中高濃度有毒有害污染物會影響微生物的生理生化過程，并對污水的最終處理效果產(chǎn)生較大影響。因此，需要對城市污水處理進行分類設計，分類處理。

可將各種廢水處理分為四級進行分類處理：首先對于比較清潔的雨水和城市清洗水，可以使用較簡單的物理沉淀或絮凝沉淀等方法處理后，進行再利用；對于高濃度或有毒有害物質(zhì)含量較高的工業(yè)廢水，需要先進行高效的物理化學處理，一方面降低污染物濃度，另一方面減輕其對微生物的毒害作用，然后進入生化系統(tǒng)與生活污水一起進行生化處理；第三級處理為生化處理，主要利用微生物的代謝過程處理廢水中的有機物及氮磷等微量元素，也是目前污水處理成本最低的方法；經(jīng)過生化處理后的水，已經(jīng)達到排放標準的，可以經(jīng)過殺菌消毒后排入到自然水體或者進行濕地處理。部分處理水可以經(jīng)過深度處理，如膜處理工藝后，進行中水回用，實現(xiàn)水資源的高效循環(huán)利用，見圖2。

圖2 城市水資源循環(huán)利用示意圖

3 雨污分流

雨污分流，是一種排水體制，是指將雨水和污水分開，各用一條管道輸送，進行排放或后續(xù)處理的排污方式。雨水通過雨水管網(wǎng)直接排到河道，污水則通過污水管網(wǎng)收集后，送到污水處理廠進行處理，避免污水直接進入河道造成污染。雨水的收集利用和集中管理排放，可降低水量對污水處理廠的沖擊，保證污水處理廠的處理效率。但還有一種觀點認為，隨著城市的發(fā)展，城市雨水中除了含有顆粒物之外，還會含有一定濃度的污染物，特別是在降雨初期，其中的污染物含量是相當大的，如果這些污染物不經(jīng)處理直接排放到自然水體，會對自然水體產(chǎn)生較大的影響[3]。

2019 年，義烏市年最大污水處理量為1.97 億立方米左右。同期義烏市城市年用水總量達到了1.57 億立方米，中間只有4000 萬立方左右的差值。而義烏市的常年平均降水量在1386.6毫米[4]，這么大的降雨量如果一并歸集到污水處理系統(tǒng)中，將會對污水處理系統(tǒng)造成巨大的沖擊，不利于污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和達標排放。同時，對義烏市這么大的降雨量而言，雨水中污染物濃度是極低的，實行雨污分流，直接將雨水排入到自然水體中并不會超過自然界的自凈能力，也不會對自然水體產(chǎn)生明顯影響。

因此，城市雨污分流是一種趨勢，但也要綜合考慮、因地制宜地進行差異化處理，既做到城市污水處理系統(tǒng)的充分合理利用，又確保不對自然水體產(chǎn)生明顯的影響。

4 工業(yè)污水處理

城市工業(yè)用水占到了總用水量的60%，甚至更高。同時，工業(yè)廢水具有污染物成分復雜、差異大，污染物濃度范圍寬、波動大，難生物降解和生物毒性污染物種類多，濃度高等特點[5]，特別是難生物降解和生物毒性物質(zhì)，如氰類、酚類、農(nóng)藥、抗生素等含量較高。目前廢水處理技術(shù)中，生化法是最經(jīng)濟的技術(shù)，大部分工業(yè)廢水采用的都是生化處理工藝。問題在于，工業(yè)廢水中污染物濃度高、生物難降解和生物毒性物質(zhì)含量多，一方面對生化工藝的處理效果產(chǎn)生較大影響，另一方面，即使運行良好的生化處理工藝，出水中難降解物和生物毒性物質(zhì)含量仍然較高。

關(guān)于工業(yè)廢水的處理，有觀點認為每個工業(yè)企業(yè)的廢水中污染物的種類和濃度都不同，在此基礎上提出讓工業(yè)企業(yè)先在內(nèi)部進行處理到一定程度后再排入城市污水管網(wǎng)，進入城市污水處理廠進行處理。這雖然在一定程度上能夠解決工業(yè)廢水難處理的問題，但是每一個企業(yè)內(nèi)需要建設一套污水處理系統(tǒng)，從經(jīng)濟性方面考慮，卻不是最好的選擇。

針對這種情況，可以通過對工業(yè)污水進行分類收集，統(tǒng)一處理。主要分為有機污染污水、重金屬污染污水兩大類。對于以重金屬污染為主的工業(yè)廢水，需要采用化學絮凝、沉淀、吸附、膜處理等工藝處理。對于有機物污染為主的工業(yè)廢水可以統(tǒng)一收集，采用高級氧化技術(shù)先進行預處理，例如鐵碳氧化、芬頓氧化、臭氧氧化、電化學氧化等工藝等[6][7]。高級氧化工藝的預處理并不以降低COD 為目的，而是盡量降低難降解物和生物毒性物質(zhì)的濃度，使大部分有機物變?yōu)榭缮?，提高工業(yè)廢水的B/C 值，使其適合生化處理。

工業(yè)廢水先經(jīng)過分類收集，然后對有機工業(yè)廢水統(tǒng)一進行高級氧化技術(shù)預處理，提高污水的可生化性能，再進入市政污水處理廠進行生化處理。目前，我國各個地方的工業(yè)園區(qū)或產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的建設，使得這種收集和處理更具有優(yōu)勢。

5 處理后污水的梯級利用和中水回用

處理后的污水主要指經(jīng)過物理處理后的雨水和經(jīng)過生化處理后的出水再進行深度處理獲得的再生水（或稱為中水）。經(jīng)過處理的雨水中污染物含量少，可以作為城市沖洗水、市政綠化水、濕地和景觀用水進行充分利用，一般都排放到自然水體。相比之下，再生水需要對經(jīng)過生化處理后的污水再進行深度處理，包括膜處理、反滲透等。由于處理深度較深，處理后的水質(zhì)較好，基本上能達到工業(yè)和非接觸式居民用水的標準，但處理再生水的成本較高，因此，需要對再生水進行合理高效地利用。

再生水目前有以下用途：補充河道水、人工濕地處理、景觀用水、工業(yè)回用水和非接觸式的城市居民用水。人工濕地處理，不但可以進一步提升水質(zhì)，而且可以和當?shù)刈匀换蛉嗽炀坝^建設相結(jié)合，起到保障水質(zhì)安全的作用。景觀用水對水質(zhì)要求不是特別高，而且用水量較大，適合于再生水的回用。

對于再生水作為城市居民用水和工業(yè)回用水這兩方面需要視具體情況進行分析。在城市居民生活方面，再生水可以作為城市沖洗水、城市綠化水、城市水體補充水和城市消防用水等，這樣做一方面用水比較集中，改造費用小，另一方面不需要直接面對城市居民，便于統(tǒng)一實施和管理，極大地降低了再生水回用的建設、運行和維護成本。

義烏市建有義亭、大陳、佛堂、蘇溪四個污水處理廠尾水濕地，面積約27 萬平方米，尾水濕地不僅使污水廠出水水質(zhì)得到了進一步的凈化，也使尾水濕地內(nèi)用水得到充分補充，綠化改善、環(huán)境更加干凈整潔。同時，義烏市已經(jīng)建成污水廠配套尾水回灌管道，2017 年、2018 年和2019 年利用污水廠尾水分別向城中河、楊村溪、香溪等配水5836.2 萬方、6089.58 萬方和6002.7萬方，城市內(nèi)河得到有效補給，水環(huán)境明顯改善。

再生水的另一大用途是工業(yè)用水。工業(yè)用水在城市用水中所占比例大，用水也比較集中，特別是對于集中式的工業(yè)園區(qū)，工業(yè)用水的集中供應優(yōu)勢明顯，再生水水質(zhì)較好，完全可以滿足一些工業(yè)企業(yè)對水質(zhì)的要求。再生水回用成本相對較低，例如，根據(jù)北京市再生水設施運行調(diào)查結(jié)果，若不考慮折舊費可使再生水系統(tǒng)運行費降到0.75 元/m3以下，而海水淡化費用為5.0元/m3[3]。同期，各個大中城市自來水價格在2.5～5.0 元/噸之間[8]，工業(yè)企業(yè)使用再生水的價格優(yōu)勢明顯。

對于再生水的工業(yè)用水利用，義烏市建設了生產(chǎn)高品質(zhì)再生水的義烏市稠江工業(yè)水廠。該再生水廠采用 “浸沒式超濾”+“反滲透”雙膜處理工藝（見圖3），設計產(chǎn)能為3 萬噸/日，向義烏市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)的印染、電鍍、塑料制品等十八家企業(yè)裝表供水，供水量穩(wěn)步增長，逐步替代了部分企業(yè)自來水的使用，極大的緩解義烏市水資源短缺問題。

圖3 義烏市稠江工業(yè)水廠再生水生產(chǎn)處理工藝流程圖

表1 義烏市稠江工業(yè)水廠再生水產(chǎn)水與原水水質(zhì)對比

圖4 城市水循環(huán)路徑示意圖

污水再生回用是減輕水體污染程度、改善生態(tài)環(huán)境、解決區(qū)域水資源短缺問題的有效途徑之一，既可以緩解水資源不足的壓力，還可以節(jié)省開發(fā)水資源投入費用，產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益和社會效益。

結(jié)語

在城市水循環(huán)系統(tǒng)中形成一個水資源多元化、多層次循環(huán)利用的水流網(wǎng)，使水資源物盡其用并盡可能地減少對環(huán)境的污染。通過對水資源在城市中的合理分類和梯級處理、處理水的多元化回用，構(gòu)建科學取用、內(nèi)部多次循環(huán)、梯級利用和達標高質(zhì)量排放的城市水資源高效循環(huán)系統(tǒng)，是解決城市水資源分布不均、資源短缺和環(huán)境污染較嚴重的有效措施之一。城市水資源循環(huán)的義烏實踐，從各個環(huán)節(jié)統(tǒng)籌考慮，提高清潔水資源的利用效率，開發(fā)再生水資源的利用途徑，提高水資源在城市水循環(huán)中的利用率，創(chuàng)造更加優(yōu)美的城市環(huán)境和自然環(huán)境，為城市水資源循環(huán)提供了可參考的實用案例。