城市水系统的发展规律及建立健康水系统的构思

1、城市水系统的发展规律及建立健康水系统的构思吴兆申 陈宏伟（杭州市城市规划设计研究院，杭州310012）摘 要：反思现行城市大集中水系统的利弊，提出城市水系统发展的三个阶段，其最终目标是实现水的健康循环。从加强水源保护和给水深度处理、污水再生利用和“零”排放着手，形成分区集中式与分块式污水收集处理相结合的健康城市水系统布局模式。关键词：城市水系统 水健康循环 再生利用 “零”排放 健康水系统的构思改革开放三十年来，我国城市水系统（本文仅指城市给水系统和城市污水系统）得到快速发展，全国655座设市城市，已基本建成较完善的城市给水系统，并初步形成城市污水系统。据统计资料，至2008年底，全国城市日总

2、供水能力达26604万立米，供水普及率达94.7%；已建成城市污水处理厂1442座，日总设计能力9092万立米，处理率为70.2。在取得成绩的同时，必须认识到目前我国水环境依然十分严峻，与发达国家相比仍存在的巨大差距，为此对过去三十年城市水系统作回顾和反思，了解存在的问题，研究发展的目标及规律，建成符合科学发展观的城市水系统，在当前转变时期是十分紧迫的任务。本文拟提出一些观点供同行讨论。1 评说城市大集中水系统目前城市普遍采用大集中水系统。即从水源取水后，经过给水系统净化和配水，供给居民及工厂用水，使用后的水大部分汇入城市污水系统，经管道收集后，由污水处理厂处理达到排放标准后排入水体，形成一种

3、“单向直流、末端处理”的大集中水系统。该系统，由城市（即政府或下属部门）承担全市水系统的建设和管理，它能集中力量较快实施，对城市的社会经济发展和居民生活需要提供保障，对减少水污染排放量，保护水环境起到积极的作用。城市大集中水系统在实施过程中也产生众多问题，主要是：1.1 城市水资源紧缺，未能将污水再生利用作为非常规水源我国谈水资源缺乏，而大集中水系统对取水水量缺少制约，系统内又未将污水再生利用作为补充水源，是造成全国半数城市存在不同程度缺水的因素之一，很多城市只能修建高价的跨市域、省域的引水工程。1.2 达标排放不能使水体污染得到根本改善大集中水系统以达标排放水体作为污水处理的目标，现行的排放

4、标准只与水体的功能和水质目标有关，而与水体的水文特征无关，其要求又远低于水体的水质目标。据资料目前城市污水处理厂已承担全国水污染物CODcr 约23的削减量，但由于水污染物总量很大，即使采用总量控制等措施，每天仍有大量污染物排入水体，是我国水环境得不到根本改善的原因之一。1.3接纳工厂污水，造成污水设施运行困难大集中水系统允许达到接管标准的工厂污水接入，由于工厂超排等原因，工厂污水与生活污水混合后的污水成份复杂，致使污水处理困难，是目前综合排放达标率仅为61和每年产生的2000万吨湿污泥处理和处置困难的原因之一。1.4 工程规模较大，建设和运营费用较高大集中水系统一般将取水口放在水体的上游，排

5、放口设在水体下游，因而工程规模较大，使工程投资较高。估计每天取用到排放1立方水的工程造价约需0.8万元，由于处理混合污水耗电多，运营费用较高。目前大部分费用由政府负担，未能发挥社会对治污的积极性，而工厂又未尽到治理污染应有的职责。采用大集中水系统是以往普遍采用的方案，是由当时方针政策和技术经济等客观条件所决定的，有其正确和可行的一面，但从发展需要分析，城市水系统应进行完善和提升。2 目标是实现水的健康循环城市水系统是城市的重要基础设施，水工厂（包括给水净水厂和污水处理厂）是城市必备的工厂。城市水系统的任务是满足城市社会经济发展和居民生活的需要，但其最终目标是实现水健康循环。水是人类生产和生活不

6、可缺少的自然资源，也是世界万物赖以生存和发展的生命之源。能源能够替代，但不能再生；水能够再生利用，但不能替代。水是可再生的循环型资源，在水的自然循环中，存在水量和水质的动态平衡。水的社会循环是指人类利用水来满足生产和生活活动的需要而产生的人工水循环，而城市水系统是人工水循环最主要的组成。水的社会循环所产生的水量、水质和循环途径的改变，如果超出水的自然循环允许范围，将造成巨大的负面影响，使水资源枯竭、水环境恶化，又会影响人类对水的利用。城市水系统的任务即是使水的社会循环服从水的自然循环的规律，实现水的健康循环，从而使人与自然和谐发展。城市水系统可分成给水系统和污水系统两部分，是不可分割的统一有机

7、体，共同完成水的社会循环，其中污水处理再生利用是水的健康循环的关键和纽带。根据水健康循环的理念，城市健康水系统的模型是：“节制地取水净水用户节约地用水污水深度处理再生水循环利用排放水体不产生污染”，这种模式符合可持续发展和循环经济的原则。3 城市水系统的发展规律世上任何事物都在发展，都有发展的过程和规律，即由初步至完善、局部至全面的过程。促进城市水系统发展的因素是：对水健康循环认识的提高；水资源的日益短缺；水环境的不断恶化；水处理技术的提高，以及国家、企业、居民经济实力的增强。我国各城市的基本情况各异，发展的过程、水平不尽相同，但其总趋势是一致的。3.1 城市给水系统的发展规律城市给水系统的发

8、展经历自由开发用水、制约开发用水和可持续用水三个发展阶段。约在1990年前的数十年间都处于自由开发用水阶段，由于需水量不多，社会经济不发达，主要是解决有无问题。自1991年至2010年的二十年间，给水系统快速发展，同时造成水资源紧缺、水污染严重等问题，但随着经济实力的增强，采取各种措施来解决存在的问题。预计约2011年后，如能引入水健康循环的理念，通过采取节约用水和污水再生利用等措施来提高供水水质和优化供水方式，城市给水系统将得到健康发展，达到理想的境界。预计这一阶段要持续约20年才能完成。城市给水系统各发展阶段特征见表3.1。3.2 城市污水系统的发展规律城市污水系统的发展经历水环境轻度污染

9、，水环境严重污染和水健康循环水环境生态良好三个发展阶段。在建国后的三十年间，普遍认为水污染是资本主义社会所造成，至八十年代初还认为水污染问题会很快得到解决，随着工业迅速发展和居民生活的提高，排放污染物快速增加，虽同时建设大量城市污水系统，但由于经济发展和环境保护之间未能妥善协调，使水环境污染日益严重。要解决水污染问题，必须引入水健康循环的理念，预计约2011年或2015年后将调整产业结构减少排污量，并按照污水再生利用的要求，减少污水处理厂的污染物排放量，使水体得到休养生息，逐步形成良性循环，实现人与水的和谐相处。预计这一阶段要持续约30年才能完成。城市污水系统各发展阶段特征见表3.2。表3.1

10、 城市给水系统各发展阶段特征汇总表发展阶段自由开发用水阶段制约开发用水阶段可持续用水发展阶段对水资源的认识认为取之不尽、用之不竭水资源是有限的，应保护水资源，但水源水质普遍受到污染用水健康循环的理念满足社会经济可持续发展的需求，支持水生态系统的稳定需水量增长情况城市需水量快速增长，每年达10以上需水量增长，但受水资源短缺的制约节约用水深入全社会，需水量逐步稳定开发新水源的主要手段就近取用地下水或地表水水库蓄水，远距离或跨流域调水，解决水源的水量及水质问题将污水再生利用、海水淡化、雨水收集蓄存作为第二水源用水形式一次性用水，供水采用一种水质开始采用循环用水和污水再生利用改变产品结构和生产工艺，减

11、少用水量，合理用水结构，采用分质供水，大量使用循环用水和再生水供水水质符合生活饮用卫生标准85标准。居民对水质要求不高，主要解决有无问题居民对水质要求提高，开始采用生活饮用水卫生标准2006标准全面执行2006标准，并逐步达到直饮自来水。不同用途采用相应的供水水质净水厂建设及净水工艺净水厂开始建设，采用常规净水工艺在水源受污染地区采用预处理工艺，部分地区采用深度处理工艺全面采用深度处理工艺，第二水源净水厂大量建设输配水管网建设使用管材材质较差，普遍采用屋顶水箱采用较好管材，逐步取消屋顶水箱输配水管网安全可靠、用户水咀水质符合标准饮用水安全较少发生水致疾病。水致病多发水致病得到有效控制管理及付费

12、管理松弛，免费或低费。管理得到加强，水费增加科学规划和管理，合理付费阶段年限约1990年前约19912010年约2011年后表3.2 城市污水系统各发展阶段特征汇总表发展阶段水环境轻度污染阶段水环境严重污染阶段水健康循环、水环境生态良好阶段对水环境的认识认为水环境不会造成严重污染，并能较快治愈。对水环境严重污染缺乏有效的治理方法通过对水健康循环原理的认识和采取有效措施，使水体休养生息，生态环境逐步得到改善，达到人水和谐相处对水体环境容量的认识认为水体有充裕的环境容量，污水排入后不致造成水体污染。大量污水在达标排放及合理利用环境容量的前提下，污染物超出水体的允许环境容量，造成严重污染认为自然界的

13、水经过使用后，要经过处理，达到排放水体的水质后才能回到自然界。水体的环境容量是有限的对工业项目的认识盲目引资，只重经济效益，对环境影响不考虑。成为污染项目的“世界工厂”，产生的污染物很难处理，是造成水体污染的主要原因对污染严重的项目进行严格控制，调整产业结构和产品工艺，减少排污量。工厂污水经自行处理后回用污水系统布局及排放水体标准在“谁污染、谁治理”的政策引导下，各工厂自行污水处理设施，效果很差。城市开始建设污水系统，利用环境容量，排放标准较低大量工业污水排入城市污水系统，形成城市大集中直流污水系统，以达到排放标准后排入水体为目标，城市承担主要污水治理责任以污水再生利用为目标，形成污水分区集中

14、治理后再生利用、各工厂自行处理后回用及分块治理相结合的污水治理系统污水水量增长、城市污水处理厂建设、处理工艺及再生利用情况污水量逐步增加，开始建设污水处理厂，采用物理及生化处理工艺，出水无法再生利用污水量快速增加，各城镇普遍建设污水处理厂，采用二级生化处理工艺，但水量经常不能达到设计负荷。污水很少再生利用随着给水量逐步稳定，污水厂建设由量转为质，按照再生水和排放水体的要求，采用深度处理工艺，再生利用成为主流污水管道建设开始建设城市污水管道，雨污合流，使用管材较差。污水管道建设滞后，影响污水厂的正常运行，后期对管道建设开始重视实行雨、污分流，污水收集系统逐步完善。中水系统成为城市管网的组成部分管

15、理及付费管理松弛，免费或低费。管理得到加强，收取污水费对城市污水系统进行科学管理，污水处理厂由专业公司经营，污水收费合理阶段年限约1995年前约19952010年约2011年或2015年后4 实施更严格的技术经济政策4.1 加强对水资源的保护和利用，提高供水水质城市应立足于依靠本地区的水资源，取水量一般不超过径流量的40，并消除水源的危害性污染物。将节水和非常规水源开发作为保持水资源可持续利用的重要措施。净水厂全面采用深度处理工艺，多层建筑采用直接供水，确保生活用水用户取水水质符合饮用水卫生标准。4.2 将污水再生利用作为城市水系统必需的组成污水再生利用不仅是解决水资源短缺的措施，更是实现水健

16、康循环的关键。各城市都应列入规划内容和发展计划，并逐步实施和完善。4.3 由“达标排放”向“零”排放转变污水处理厂达到排放标准后允许排入水体是建立在水体有一定的环境容量的基础上。实际上我国水资源不仅不丰富，且时空分布极不均匀，水体的环境容量十分有限。在一定水文保证率时的环境容量大多已瓜分殆尽。对水体造成污染的原因除城市、工厂排污等“点”源外，还有更难治理的“面”污染问题，只有将“点”源做到“零”排放，让有限的环境容量用于消除“面”源产生的污染物，才能解决水污染问题。“零”排放不是指不向水体排水或不排污染物，而是指排放标准等同于水体的水质目标，即不改变水体的功能等级。目前污水深度处理技术已有较快

17、的发展，技术和经济已进入可操作的范围，据初步测算由“达标排放”提高到“零”排放，其污水处理设施的建设费和运行费约增加50至1倍左右。现在我国已有较强的经济实力，为了减少水污染对经济发展的负面影响，政府和企业拿出更多资金是有可能和值得的。4.4 大、中型工厂应自行承担水污染物治理的全部责任大、中型工厂及工业区承担所产生的水污染物（包括污水及污泥）的全部处理、处置的责任，即自行进行污水治理，城市污水系统不再接纳工厂污水。工厂自行处理所产生的污染物，不侵占社会资源和环境资源是天经地义的事，这样才会产生调整产品、改革工艺、物料回收、节水减排的动力，起到事半功倍的作用。工厂及工业区的污水经内部处理后，首

18、先用于厂内的再生利用，若不能全部回用而必须排入水体，则应做到“零”排放。小型工厂的排污，若不影响城市污水处理厂的运行，可排入城市污水系统。总之对工业污水建议实行“谁污染，谁治理，谁回用”的政策。4.5 积极推广大型居民区及公共建筑的生活污水实行自行处理后再生利用大型居民区及公共建筑在规划设计时应将污水再生利用作为配套工程项目，所产生的再生水就地用于杂用水和景观用水。自行处理可有两种模式，第一种模式是将生活污水全部收集至污水处理站，经处理后再生利用；第二种模式是将生活污水中的粪便污水（褐水）和洗涤污水（灰水）分别收集，将褐水接入城市污水系统。灰水量大，但污染较轻易于处理，灰水经污水处理站处理后就

19、地利用。小型污水处理站及再生利用在技术上完全成熟和可行，在经济上也是有利的。5 健康水系统的布局构思城市水系统已经历满足“量”到提高“质”转变的过程，建议将实现水的健康循环作为新一轮发展的理念和目标。城市水系统的布局应“因地制宜、因城而异”，但都应包含污水再水利用的内容，逐步实现水的健康循环。5.1 在规划阶段安排好城市水系统布局给水系统布局应以流域为单元进行统筹安排，并对水资源进行综合开发与统一管理，将污水再生利用，海水、雨水等作为城市非常规水源进行统一布局。为确保供水的水量、水质、水压及安全经济，应建立符合饮用水标准的集中供水系统，若有多个水源供水的城市，主干管间应有连接管，确保供水安全。

20、非常规水源的供水系统则应分区安排。在城市规划各阶段应根据用地布局确定现有和潜在的再生水用户的水量、水质的需求，按照污水再生利用的要求确定污水分区、污水再生水厂的布局，形成多个分区集中污水系统。如产生的污水不能全部再生利用，则多余的污水经处理达到水体水质标准可排入附近水体，做到“零“排放。现有的污水处理厂应增建深度处理工序，尽可能进行再生利用，主要是用作景观用水环境用水，实现“零”排放。5.2 城市宜采用分区集中式与分块式污水处理相结合的污水系统城市污水系统采用集中式还是分散式是多年讨论研究的问题，笔者认为应采用分区集中式与分块式相结合的模式。分区集中式污水处理是指以城市（政府）为主导建设的、分

21、区的、有污水再生利用的污水系统，分块式污水处理不是指一家一户自行处理的污水设施，而是指大中型工厂及大型居民区、公共建筑自行建造的有一定规模的、有污水再生利用的污水处理设施。这种模式形成以政府为主导，各主要排污单位参与，共同负责的治理系统。政府只负担分区集中污水系统的建设和运行，并对分块污水处理设施进行监管，有利于政府工作的优化。由于处理工艺和自动化程度的提高，建议由专业公司进行统一管理，确保污水处理设施正常运行。由于大量工业污水自行处理，使以生活污水为主的分区集中式污水处理厂所产生的污泥可用于农田，实现污泥回归自然成为有用的资源。5.3 城市健康水系统的布局概述城市健康水系统的布局应该是水源安

22、全制约取水优质供水节约用水的集中式给水系统；分区集中与分块相结合、有污水再生利用及“零”排放的污水系统。6 对杭州水系统发展的建议杭州位于长江三角洲，是我国社会经济快速发展的城市，目前社会经济已达到中等发达国家水平。杭州是著名的国际风景旅游城市和国家环境保护模范城市，因而应对水环境治理有较高的目标，应为水环境保护作出更多的贡献。目前杭州规划部门正在编制新的城市给水工程和污水工程规划，建议将实施水环境健康循环作为新一轮规划的理念和目标。建议如下：6.1按照污水再生利用要求，核实规划水量规模现行的设计规范所提的水量预测指标及方法，以及现有的水量统计资料均为直流水系统所产生的指标。应按照污水再生利用

23、率的预测，确定规划给水水量和规划污水水量。6.2 保护取水水源，提高取水水质钱塘江、东苕溪是杭州的取水水源，由于上游污染，目前水源水质常为类和类。应加强管理、治理污染源，首先消除“三致”物质，达到要求的类及类水质标准。6.3 提高供水水质，达到直饮水目标政府应提供投资，加紧主城地区、余杭区、萧山区净水厂深度处理工程的建设和输配水管网的改造，实现直饮自来水的目标。建议滨江区作为首先实现直饮自来水的示范区域。6.4 七格污水处理厂提高出水标准七格污水处理厂承担主城区的全部污水的治理，三期工程建成后设计设计能力最终120万立米日，规划规模150万立米日，设计出水水质为一级B，投产以来实际进水水质超标

24、，但随着城区工业外迁，预期将有好转。七格厂位于城区末端，要进行再生利用比较困难，建议部分水深度处理后用于下沙人工湖（人工湿地）和用于下沙城区的杂用水和景观环境用水，但水量有限。为不致对钱塘江产生污染，建议进行深度处理，达到钱塘江功能确定的类水质标准。 6.5 上泗地区实施“褐水”、“灰水”污水系统上泗地区位于钱塘江水源保护区，水环境非常脆弱，不能往水体排放污水。目前该地区有一条输水能力5万立米日的污水管道通向主城污水系统。上泗地区以安排居住区及公建为主，建议采用“褐水”、“灰水”分别收集系统，“褐水”（粪便污水）收集后送到外接污水管。“灰水”（洗涤水）按居住区收集处理，达到再生水标准后就地回用

25、，避免排入水体。6.6 余杭现有四座污水处理厂深度处理后再生利用余杭已建成及在建的仓前、良渚、塘栖、崇贤污水处理厂，目前出水水质达到一级B排放标准，建议增加深度处理工艺，尽可能再生利用，若要排放水体，需达到运河类水体水质标准。6.7 临平北部新建工业区污水应再生利用临平北部目前在建新的工业区，已确定并正在实施的污水工程方案是将区内污水收集后在区外建污水处理厂，经处理后用管道输送到钱塘江排放。一期工程20万立米日，出水水质是一级A标准，是一种大集中直流末端治理的污水系统。由于是工业污水应该进行回用，建议工业区根据发展步骤，在区内安排几座污水处理厂，经处理达到再生利用标准后就近回用到工厂内。处理出

26、水水质由一级A提高到再生利用标准所化费的资金并不高，并可以形成水循环，不必建设长距离输送管道，不再向钱塘江排放污水。6.8 萧山城市污水处理厂增建再生利用设施萧山城市污水处理厂收集工业及居民生活污水，目前处理能力22万立米日，达到一级B标准后向钱塘江排放。建议增设污水再生利用设施，尽可能回用，不能回用部分达到钱塘江类水质标准后可排入江中。6.9 萧山东片污水处理厂增建再生利用设施萧山东片污水处理厂以收集印染等工厂污水为主，目前处理能力30万立米日，出水水质达到二级标准后向钱塘江排放。建议增设污水再生利用设施，应全部回用到工厂利用，不再向钱塘江排放。6.10 大江东新城应建成水环境保护示范区大江东新城总面积421.2平方千米，是“杭州的浦东”，再造一个“杭州工业”，因而环境保护应该有很高的起点。建议按照水健康循环的要求，应严格产业环境准入和建设各项设施。特别是工业污水的回用、分区污水系统的布局及对水环境保护的方案