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    地球不是厄拉克斯,但我們仍應該向弗雷曼人學習節水

    2021-11-30 17:46 中國發展網

    摘要:從區域來看,2018年,全國整體非常規水源利用量占總用水量的比例為1.34%,北方地區這一數值為2.15%,黃河流域為3.31%,海河流域為6.22%(比例最高的流域)。由此可見,非常規水源利用量占總用水量的比例與水資源短缺程度存在正相關關系。

    中國發展網訊 前一陣子,好萊塢科幻電影《沙丘》在國內上映,給觀眾描繪了發生在遙遠的厄拉克斯星球上的兩大家族間的爭斗故事。

    厄拉科斯星球是一顆被干旱和沙漠覆蓋的星球,其惡劣的生存條件使得正常人無法在戶外生存超過兩個小時,而本土居民弗雷曼人發明的蒸餾服就是在此生存的必要裝備。這種蒸餾服是一套高效率的回收過濾系統。它在穿著時會覆蓋全身,其內部裝置從腳底開始收集全身所有的代謝廢液,將其過濾成飲用水。如果整個系統運行良好的話,穿著者身體一天都不會損失一勺水。

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    圖片源自:網絡

    這個故事告訴我們,即使未來科技再發達,也沒有什么能代替水的地位。

    別說百分百沙化的厄拉克斯星球了,即便生活在四分之三都被水覆蓋的地球上的人類,也一直處在缺水的陰影下。據聯合國糧農組織《2020年糧食及農業狀況》報告顯示,全球32億人口面臨水資源短缺問題,約有12億人生活在嚴重缺水和水資源短缺的農業地區。

    對于中國來說,即便淡水資源總量達到了28000億立方米排在世界第四,但人均淡水擁有量僅達到世界人均水平的1/4。2014年數據顯示,全國300多個城市屬于聯合國人居環境署評價標準中的“缺水”和“嚴重缺水”城市。

    2020年,全國用水總量達5812.9億立方米。其中,生活用水為863.1億立方米,雖然城市居民生活用水只占我國水資源利用的不到20%,卻覆蓋了超過9億人口。因此,保障城市居民生活用水對我國經濟健康增長、民生改善以及可持續發展至關重要。

    在我們還沒有能力給9億城鎮居民穿上弗雷曼人的蒸餾裝(估計很長很長很長時間也不能實現)的情況下,有效利用非常規水資源就是緩解城市居民用水短缺的重要手段。

    近期,國家發改委、水利部等五部門印發《“十四五”節水型社會建設規劃》(下稱《規劃》),其中明確指出建設非常規水源利用設施——到 2025年,全國非常規水源利用量要超過170億立方米。

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    《規劃》專辟非常規水源利用部分,并提出了“十四五”期間該領域將建設的重點工程。

    我國非常規水源資源充足,但應用仍滯后

    所謂的非常規水源,涵蓋了常規水源(地表水、地下水)以外的一切其他水源,主要包括再生水、集蓄雨水、淡化海水、微咸水、礦坑水等。而非常規水源在常規條件下不易開發利用,但隨著科學技術的進步,可通過新的技術、工藝、方法和管理措施獲得。它具有特殊的水量、水質特性和開發利用方式,可以在一定程度上替代常規水源?!渡城稹分械恼麴s裝實際上就是一種高效利用非常規水源的微型裝置。

    我國非常規水源較為豐富。比如全國年降水資源總量在6萬億立方米左右,2020年降水偏多,甚至接近6.6萬億立方米;我國海水資源也很豐富,有著長達1.8萬公里的海岸線。近年來,作為“城市第二水源”的再生水利用逐漸受到重視。在污水處理再利用方面,我國先后開展了多項重點科技攻關計劃,取得了大量的實際經驗和研究成果。

    盡管如此,《規劃》也指出了我國非常規水源利用所面臨的一系列問題:污水資源化利用設施建設滯后,還未形成按需供水、分質供水格局;雨水、礦井水、苦咸水利用能力不足;沿海缺水地區還未將海水淡化水作為主要備用水源,規?;贸潭炔粔?。

    中國水科院水資源所副所長趙勇2019年接受媒體采訪時表示,“在技術層面,技術標準不完善、技術帶動不足、管網建設滯后等因素都制約了非常規水源利用率的提高。”同時他提到,在管理層面,主要存在政策扶持力度不夠、缺乏統一規劃、水價與成本倒掛三方面問題。

    拿成本問題來說,非常規水源水價普遍偏離治水成本。再生水成本一般在1.0—4.5元/立方米,海水淡化的成本也較高,但進入市政管網的非常規水一般不高于當地自來水價格。受市場、成本、價格等因素影響,再加上財政補貼資金有限,使得一些非常規水處理企業多處于虧損狀態。

    如今,《規劃》的出爐解決了趙勇提出的部分難題,特別是解決了 “缺乏統一規劃”“政策扶持力度不夠”等問題,將為我國未來非常規水源利用提供政策支撐。

    那么,如何進一步釋放非常規水源的利用潛力呢?不妨探討一下目前主流的三種途徑:城鎮污水處理回用、雨水集蓄和海水淡化。

    污水處理回用:從灌溉農田到再生水多元利用

    全國節約用水辦公室提供的數據顯示,2018年我國非常規水源利用量86.4億立方米,其中污水處理回用量75.8億立方米,占87.34%,已成為非常規水源利用的最主要方式。

    不過,處理不代表再利用。有專家指出,中國再生水利用率僅占污水處理量的10%左右,與發達國家70%的利用率相比還有相當大的差距。

    資料顯示,美國亞利桑那州在1920年將城市污水再生利用從試驗研究階段發展到生產應用階段。20世紀60年代,美國就已大規模建設污水處理廠回收利用生活污水。

    日本由于人口密度差異導致了水資源分配不均,致使有些地區出現了水資源短缺狀況。20世紀70年代,瀨戶內海當地污水回用量就已達2/3。2002年,日本建設了各種中水利用設施2789處,再生水主要用于城市污水集中處理回用和分散處理回用。

    以色列70%的國土為沙漠,水資源極度貧乏,在中水回用方面最具特色。20世紀60年代的污水回用政策中規定,在污水沒有用盡的情況下不得采用海淡水,城市的每一滴水都至少回用一次。以色列為水資源管理設立了相關機構并制定了健全的制度。早在1987年,以色列就利用已有的210個市政污水回收工程,重復使用100%的生活污水和72%的市政污水。

    我國干旱半干旱地區廣闊,新中國成立初期,政府就倡導污水再利用,但是很長時間以來僅停留在污水灌溉農田這個范圍內。在深度凈化方面,受制于技術和設備造價高昂等問題,一直滯后于經濟發展。

    目前,我國非常規水源利用存在發展不平衡不充分問題。

    從區域來看,2018年,全國整體非常規水源利用量占總用水量的比例為1.34%,北方地區這一數值為2.15%,黃河流域為3.31%,海河流域為6.22%(比例最高的流域)。由此可見,非常規水源利用量占總用水量的比例與水資源短缺程度存在正相關關系。

    從城鄉看,國家統計局數據顯示,2017年,全國建制鎮污水處理率為49.4%,不足50%,分別低于城市、縣城45.1個百分點和40.8個百分點。分區域看,除東部地區建制鎮污水處理率較高(50.8%)外,中、西部地區均不足30%,治理水平均較落后。

    要提高污水資源化利用,不僅要提高污水處理率,而且要加強處理后的再利用率。

    今年6月,國家發展改革委和住房城鄉建設部發布了《“十四五”城鎮污水處理及資源化利用發展規劃》,提出到2025年,基本消除城市建成區生活污水直排口和收集處理設施空白區,全國城市生活污水集中收集率力爭達到70%以上;城市和縣城污水處理能力基本滿足經濟社會發展需要,縣城污水處理率達到95%以上;水環境敏感地區污水處理基本達到一級A排放標準;全國地級及以上缺水城市再生水利用率達到25%以上,京津冀地區達到35%以上,黃河流域中下游地級及以上缺水城市力爭達到30%。

    11月發布的《規劃》提出了更加明確的利用率目標­——到2025年,全國地級及以上缺水城市再生水利用率超過25%。為此,制定污水資源化利用“1+N”實施方案,缺水地區堅持以需定供,分質、分對象用水,推進再生水優先用于工業生產、市政雜用、生態用水。同時,創新服務模式,鼓勵第三方機構提供污水資源化利用整體方案。

    雨水集蓄:從挖井打窖到建設海綿城市

    雨水是非常規水源的主要組成部分,也是利用最為便捷的一種。《規劃》提出,在干旱半干旱地區,建新型窖池高效集雨工程,加大雨水利用;將海綿城市建設理念融入城市規劃建設管理各環節,提升雨水資源涵養能力和綜合利用水平。

    雨水收集利用簡單來講,就是通過系統的收集與滲透等方法,使雨水徑流最大程度地收集與下滲,然后再經過凈化過濾設施實現雨水回用。雨水收集利用有直接收集利用、間接收集利用和綜合收集利用三種方式。直接收集利用是集蓄處理后用作生活雜用水,包括景觀補水、噴灑道路等,常見的是蓄水池的建設;間接收集利用是通過雨水花園或下沉綠地等天然或者人工的滲透設施來補充地下水;綜合收集利用是調蓄排放,回用與滲透相結合利用。

    干旱地區雨水收集利用的歷史悠久,從“坎兒井”發明到“母親水窖”工程,無不體現中華兒女勤勞智慧、艱苦奮斗的精神。11月12日,住建部就《雨水集蓄利用工程技術規范(局部修訂條文征求意見稿)》公開征求意見,在政策、技術的加持下,雨水收集利用將為節水型社會建設貢獻更大力量。

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    圖片源自:母親水窖工程官網

    “母親水窖”是一項集中供水工程,是中國婦女發展基金會2001年開始實施的慈善項目,重點幫助西部地區老百姓特別是婦女捐修混凝土構造的水窖,使她們能利用屋面、場院、溝坡等集流設施,有效地蓄集到有限的雨水,以供一年之基本飲用水,以擺脫因嚴重缺水帶來的貧困和落后。

    2015年,我國提出建設海綿城市,希望城市能夠像海綿一樣,在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”,下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。這一概念旨在指導各地推廣和應用低影響開發建設模式,充分發揮城市綠地、道路、水系等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用,將70%的降雨就地消納和利用,使城市開發建設后的水文特征接近開發前,有效緩解城市內澇、削減城市徑流污染負荷、節約水資源、保護和改善城市生態環境。

    根據國辦2015年發布的《關于推進海綿城市建設的指導意見》要求,海綿城市建設在全國30個城市試點,目標到2020年,城市建成區20%以上的面積達到目標要求;到2030年,城市建成區80%以上的面積達到目標要求。

    目前海綿城市建設正在加快推進,通過試點城市創新建設模式,探索成功經驗,并將這些成熟的做法、模式推廣落地。但海綿城市是城市建設和發展的新理念和新方式,其全面實現仍需要一個較長的過程。

    海水淡化:從技術創新到推動規模應用

    海水淡化是增加淡水供給的開源技術,海水淡化后不僅可作為市政供水,也可用作冷卻、鍋爐補給等各種工業用水,且生產不受氣候條件的制約。因此,淡化海水可以成為沿海缺水地區的重要補充和備用水源。

    國內海水淡化技術最早是引進關鍵設備、集成共性技術和建設示范工程,發展到現在已經可以突破多項決定海水淡化能耗的關鍵技術、材料和裝備,工程建設投資和造水成本也基本與國際水平持平。目前,國內海水淡化技術水平已有所提升、產業發展已初具規模,已掌握低溫多效和反滲透海水淡化技術,具備系統集成和工程成套的能力。截至2019年底,已建海水淡化工程規模達157.38萬噸/日,其中2019年新增規模約39.91萬噸/日,為歷史增長速度最快的年份,主要滿足沿海城市石化、鋼鐵、核電、火電等行業的用水需求,但市政供水用途只有29%,且因各種因素制約幾乎未真正進入管網。

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    某企業反滲透海水淡化設備

    但也要看到,雖然我國自主技術已取得較大進展,并得到了一定規模的應用,但與國際先進水平的技術相比,我國海水淡化技術的技術引領性不強、產品穩定性不足、裝備質量成熟度不夠,約 80%左右的萬噸級及以上的大型工程均采用國外的技術裝備,反滲透膜、能量回收裝置和高壓泵等關鍵核心裝備材料仍主要依賴進口,且缺乏大型工程化驗證與產業化的應用經驗,產業規模也不及國際水平。

    今年5月,國家發展改革委、自然資源部印發《海水淡化利用發展行動計劃(2021—2025年)》,提出到2025年,全國海水淡化總規模達到290萬噸/日以上,新增海水淡化規模125萬噸/日以上,其中沿海城市新增海水淡化規模105萬噸/日以上,海島地區新增海水淡化規模20萬噸/日以上,海水淡化關鍵核心技術裝備自主可控,產業鏈供應鏈現代化水平進一步提高。

    《規劃》進一步明確,沿海地區及島嶼根據工業利用和生活用水需求,建設海水直接利用工程和海水淡化工程。沿海缺水城市建設規?;Kこ?,示范開展海水淡化水摻混加入市政供水管網。在沿海石化化工、鋼鐵等高耗水企業和園區,建設一批海水淡化供水工程。推動建設海水淡化示范城市、示范工程、示范工業園區等。(中國發展改革報社 唐雅麗 綜合報道)

    參考文獻:

    1.《缺水型城市雨水收集技術應用研究》,魏廣龍 劉曼,藝術與設計 

    2.《昆明建“海綿城市”推進城市雨水集蓄利用》,楊官榮 戴文嬌,昆明日報

    3.《海水淡化技術產業現狀與發展趨勢》,張雨山,工業水處理

    4.《非常規水源利用問題分析》,李肇桀 王亦寧,水利部發展研究中心

    5.《回用率僅10%,解城市之“渴”要在污水上做文章》,唐婷,科技日報

    責任編輯:唐雅麗


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