水的循环利用

水的循环利用:随着全球化现代工业的快速发展，人类正面临着愈来愈严重的水资源短缺、水体恶化和环境污染等方面的威胁，特别是一些人口高度集中的干旱半干旱地区；目前，水危机也已成为全球化的问题。国内外的研究和实践表明，水的循环利用可以在一定程度上缓解水危机；本文在介绍什么是水的循环利用和如何进行水循环利用的基础上，分析了其潜在的社会、经济和环境效益，并进一步展望了其应用前景。关键词：水循环利用，污水处理，环境效益1.前言“没有水，就没有生命；但没有干净的水，就没有人类的现代生活”。地球上的淡水资源是非常有限的，只占地球总水量的5%左右，且多以冰川、土壤水、地下水等难直接利用水为主，地表淡水资源量不到0.2‰。近几十年来，随着现代工业、农业的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对淡水资源的需求量越来越大，因此，水资源的供需矛盾也日趋明显，特别在一些干旱和半干旱地区，为水而引发的民事纠纷日渐增多；在一些干旱季节，甚至出现人畜引用水困难的现象。有人指出，现代战争或许是为自然矿产能源的掠夺，如果人类没有及时找到有效的解决水危机的途径，可能下个世纪或几十年后的未来战争的起因将是为水资源的争抢。国内外实践表明，采取水资源保护、合理使用、管理水资源可在一定程度上缓解目前面临的水危机，水的循环利用是水资源保护的重要措施之一，该措施不仅可以满足环境保护的需要，而且可以实现水资源的可持续利用和发展。2.水循环利用及其过程广义的水循环指自然界中由降水、蒸发和径流过程构成的水分循环过程，通过自然界中的水循环，地球上的水资源已经重复利用了数百万年；狭义的水循环指将处理后的废水重新用于具有商业、社会和环境效益的目的，例如农业和景区灌溉、工业制造业冷却塔运行、厕所冲洗、地下水补充等方面。本文所指的水循环为狭义水循环，最通常的形式来对城市废水或污水的回收利用。水的循环和再利用通常有“有计划的水循环利用”和“无计划的水循环利用”之分，“无计划的”水循环的一个最常见的例子就是城市从天然河流的上游取水，城市废水经过处理后再排入河流，在河流下游城市取水之前，这些水或许已经得到了若干次的重复使用。“有计划”的水资源再利用是根据一定的商业利益目的，通过有计划地修建一些工程项目和供水设施达到水资源的重复循环和再次利用。经过处理后达到适合于不同工业、农业用途水质标准的废水称为循环水。目前每年用于农业灌溉、厕所冲洗、工业冷却和除尘等方面的再循环水已达到数十亿加仑。农业灌溉是用水大户，在一些国家和地区，农业用水依然来自于可饮用水源，因此，将再循环水用于农业的目的在一定程度上保护了可饮用的淡水资源。拦污栅拦污栅沉沙池初级处理瀑气池二级处理澄清过滤消毒搀气活性泥淤泥生物固体脱水污水重复利用再利用图1水的循环处理过程水的再循环利用过程其实是一个如何将城市废水处理、转化为可利用水的过程，其流程如图1所示。这是一个利用基本的物理、生物和化学方法将污染物从水体中除去的简单过程。在世界多数地区，废水通常进行两级处理，初级污水处理是指使用机械或物理的处理系统进行废水处理，二级处理指使用生物、化学过程进行的水处理；有时为满足更高水质标准的需要，要在二级处理的基础上进行第三级处理，其目的主要是除去残留在水体中的化学物质和溶解的固体物质，但由于第三级处理费用昂贵，因此并没有得到广泛使用。水的循环处理系统包括物理处理系统、生物处理系统和化学处理系统，其功能如下：（1）物理处理系统：物理过程是水重复利用过程的第一个环节，将拦污栅浸入水中，污水经过拦污栅时，将一些大的固体物质如树枝、垃圾袋等拦住，这样不但除去了这些大的污染物，而且具有进一步保护抽水泵或旋转式机械装置的作用。然后污水通过初级澄清器进入沉沙池，初级澄清器可以使水流变缓，这样一些泥沙颗粒和可沉淀的有机质在沉沙池中沉淀、淤积，同时，一些油脂类的污染物可以漂浮到水面并通过机械过滤的方式除去。通过物理处理过程基本上可以将污水中大约一半的污染物清除出去。（2）生物处理系统：生物处理过程基本上可以除去大部分剩余的污染物，初级处理后的污水进入曝气池，在曝气池中污水和氧气充分混合，有机物质作为曝气池中微生物的食品而消耗，这样不仅极大地减少了水体中生物需氧量，而且还可以将不可沉淀的物质转化为可以沉淀的固体物质。由于该过程是一个生物学过程，因此，水中的一些化学物质或者有损健康的物质可能会杀死这些微生物，从而影响污水处理效果。（3）化学处理系统：化学处理系统如加氯池，其作用主要是使用氯杀死从水体中的一些病原微生物。为消除处理后水体中残留的氯，通常采用二氧化硫进行中和后排放河流或湖泊等水体中，这样可以保护这些水体中的水生物。由于使用具有毒性的氯气具有一定的风险，因此目前有些污水处理厂使用紫外线代替氯气进行水体消毒。3.水循环利用的社会环境效益对污水进行适当处理并达到一定的水质标准后，这些水便可以满足大多数的用水需求而进行循环利用。图2给出了污水在不同程度处理后的可能用途。可以看出，经过简单物理过程处理后的污水中，由于仍富含污染物，一般不使用。经过生物和化学过程处理后的二级处理污水，则可以满足大多数非饮用水的目的，如农业作物、景区、公园、和高尔夫球场的灌溉，电场、石油精炼厂的冷却水，此外，还可以用于造纸厂，煤矿业、染坊、厕所、除尘、建筑、混凝土搅拌、和人工湖泊等。经过三级处理后的污水，基本上可以用于非直接饮用水的所有目的，包括补补充地表水库和地下水层等。一级处理一级处理（物理处理）三级处理，（高级处理，化学凝结、过滤及消毒）

建议不直接使用水的再循环处理及其利用不同级别的污水处理集水系统二级处理，（生物处理及消毒）

非食品作物灌溉

部分景区蓄水

非饮用蓄水层的地下水补给

湿地、野生物栖息地及河流的水补充

工业冷却处理

景区灌溉

厕所冲洗

机动车辆冲洗

食品作物灌溉

娱乐场所蓄水

非直接饮用水源的补给，如可饮用地下水层的补给，水库蓄水补给图2水的再循环处理及其利用水的循环利用具有巨大的社会经济效益，不仅在一定程度上减少了人们对淡水资源的需求，从而间接地增加可利用水资源量；在一些国家，一些地下水补给工程项目已经成功运行多年，不仅提高了水资源的利用效率，而且同时在一定程度上减少了水库等地表水利工程的建设，而某些大型水利工程的建设常常可对当地自然环境产生重大影响。例如，在维吉尼亚，分期建设的奥克泉水库是凡尔凡克斯县的主要水源，由于政府自1979年实施了利用循环水增加水库储蓄水量项目，后期工程没有继续建设就基本满足了当地的用水需求，从而节约了大量工程投资；在加利福尼亚圣地亚哥，由于实施了水的再净化工程，每年可增加20亿立方米的重复循环用水，减轻了政府面临的水危机压力。水的循环及重复利用还具有巨大的环境效益，可以减少敏感性生态系统中水的流失，减少废水的排放，防止环境、保护湿地和改善野生物的栖息环境等。（1）水的循环利用可以减少敏感性生态系统中的淡水流失：大量野生物和鱼类均依赖于充足的水源而生存、繁衍；农业、工业的发展和城镇开发均需要消耗大量的水资源，而生态系统对水则非常敏感，可能会因大量的淡水流失而遭到破坏。水的循环利用可以减轻人们对生态系统中的水需求，从而减少了生态系统中的淡水流失，相对增加了用于维持生态系统健康运行的环境水量。例如，在加利福尼亚州，摹那湖的水质曾经因为水电部门的能源开发而日益恶化，1994年，洛杉矶水电部门政府被勒令停止从该流域内取水，同时建立了水的循环利用项目，从而减轻了流域的水量流失，也使得摹那湖的生态得以恢复。（2）水的循环利用可以减少向敏感性水体中的污水排放：水的循环利用不仅增加了可利用水源，而且减少了污水的排放；例如，旧金山圣何塞污水处理厂1997年花费1.4亿美元建立的水循环利用项目，每天可以提供2100万加仑的循环水用于工业和农业灌溉，从而减少了大量的废水排放；若这些废水不进行处理直接排放到南旧金山海湾，将会对该地区自然湿地产生致命的影响。（3）水的循环利用可以保护湿地，改善野生物的栖息环境：湿地不仅是野生动植物、鱼类良好的栖息地，而且具有改善水质、滞洪的功能。因为大量水消耗而濒临干涸的河流湿地可以通过充分利用循环水而得以维持、改善和恢复。（4）水循环利用可以减轻和防止环境污染：若将氮、磷含量很高的循环水排放到海洋、河川、湖泊等水体时，会引起水体的富营养化，从而造成水质恶化和环境污染；若将这些循环水用于农业灌溉，不仅减少了自然水体的污染，而且可以增加农田肥力，提高农业产量。在加利福尼亚州使用循环水进行葡萄园的浇灌已经有数年的历史，并且将循环水用于农田灌溉的目的具有增加趋势。（5）此外，利用循环水对地下含水层的补充还可以有效地防止沿海地区海水对地下水的入侵而造成的地下水的含盐量过高、土壤烟碱化等一系列环境问题。4.讨论尽管循环水已经被证明是一种有效、成功、而且可靠的可利用水源，但广泛推行水的循环利用还存在一些障碍，主要表现在以下两个方面：（1）在习惯上，人们对污水有“脏”的感觉，认为水的循环利用将会危及人体健康，这是在一些地区人们拒绝使用循环水的原因。（2）由于循环水不能直接用于饮用水的目的，因此使用循环水必须建造与天然淡水资源分开的供水管网，这样与直接利用地表水或者抽取使用地下水相比，废水再利用处理及其供水管网建设费用相对较贵；同时，限于一些体制上的障碍及某些部门之间的局部利益冲突，也一定程度上限制了循环水的利用。水质监测和健康学研究表明，恰当地进行水的重复利用不会对人体健康产生不利的影响。另外，水的循环利用是一种可持续的水资源开发，从长远观点来看，是非常经济、有效的。由于降水的区域分配不均和人口众多，我国是一个水资源缺乏的国家，特别是华北和西北等干旱、半干旱地区，人均水资源量不足800m3/a；近年来，随着国家西部大开发战略的实施，快速的城镇企业及社会经济增长使该地区的用水量和排污量也快速增长；黄河是华北和西北地区的重要水源，目前，每年向黄河的排污量达到40亿立方米，导致河流水体污染严重，自净能力快速下降。2000年水利部水质监测结果表明，在3163km的干流监测河段，IV级及其以下水质标准的河段长度接近50%。水体污染和水资源短缺不仅恶化了当地生态环境，而且已经成为我国经济快速发展的瓶颈，如何协调区域经济发展和环境保护之间的关系，已经成为我国政府和当地主管部门急待解决的问题。充分进行水的循环和再利用应该是我国未来一段时间内水资源管理中的一项重要措施。随着水需求的增加和环境保护的需要，水的循环利用将在水的供应中扮演越来越重要的角色，通过各部门之间的协调共同克服目前面临的一些障碍实施水的循环