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(bǔ)充。
本文以再生水系統(tǒng)發(fā)展比較成熟的美國(guó)和日本為例，對(duì)比分析了再生水集中和分散處理模式的發(fā)展進(jìn)程和特點(diǎn)。同時(shí)，結(jié)合北京市小區(qū)分散式處理系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，對(duì)我國(guó)特別是北京市分散模式的現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，從建設(shè)、設(shè)計(jì)、運(yùn)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(wèn)題。
目前國(guó)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(shí)施或者有特定需求的情況下才會(huì)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(yùn)行維護(hù)可靠性差、缺少替代系統(tǒng)、水質(zhì)和水量變化大等問(wèn)題。
國(guó)際上再生水系統(tǒng)發(fā)展比較成熟的國(guó)家有美國(guó)、日本、歐洲部分國(guó)家、以色列、新加坡等。美國(guó)、歐洲等國(guó)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(duì)較少。日本則根據(jù)本國(guó)情況，在發(fā)展集中模式的同時(shí)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(guó)際上相對(duì)來(lái)說(shuō)分散模式應(yīng)用比較好的國(guó)家。
1美國(guó)污水集中式和分散式處理模式的歷史進(jìn)程
19世紀(jì)80年代中期
美國(guó)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(yíng);
20世紀(jì)初期
地方政府采取與私營(yíng)公司簽訂長(zhǎng)期合同的方式共同經(jīng)營(yíng);
1958年
開(kāi)始研究三級(jí)處理，當(dāng)時(shí)己擁有10萬(wàn)m3/d以上處理能力的三級(jí)處理廠數(shù)座;
20世紀(jì)70年代
新廠建設(shè)和舊廠改、擴(kuò)建的高峰期;
1984年
國(guó)己擁有不同規(guī)模的城市污水處理廠2 300多座，其中一級(jí)處理廠約占14%，二級(jí)處理廠約占81%，三級(jí)處理廠約占5%;
1987年
美國(guó)開(kāi)始實(shí)施《清潔水法》;
1972~1990年
聯(lián)邦政府將超過(guò)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(jí)改造;
到2010年
美國(guó)約有16583座污水處理廠。
2000年，美國(guó)環(huán)保署(EPA)對(duì)其投資所建的一批污水處理廠進(jìn)行過(guò)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(jì)和操作兩個(gè)因素造成的。
自1920年亞利桑那州修建了第一個(gè)分質(zhì)供水系統(tǒng)，用于澆灌綠地、沖廁、洗車(chē)、冷卻水和建筑以來(lái)，美國(guó)的城市污水再生利用已經(jīng)從試驗(yàn)研究階段進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段。美國(guó)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(lè)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(lè)和漁業(yè)等。美國(guó)再生水利用的突出特點(diǎn)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(guó)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(shí)在美國(guó)將近有1800萬(wàn)套住宅(約占住宅總數(shù)的25%)。
20世紀(jì)70年代開(kāi)始，對(duì)不同類(lèi)型的分散式處理系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，80年代在數(shù)百個(gè)小型社區(qū)同時(shí)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(duì)分散在城市區(qū)域外圍的住宅來(lái)說(shuō)成本太高，聯(lián)邦政府開(kāi)始尋找可替代集中式污水處理系統(tǒng)的方法，鼓勵(lì)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(lèi)型的分散式處理系統(tǒng)。到1990年，約有2 500萬(wàn)個(gè)家庭使用就地處理系統(tǒng)。2008年，在美國(guó)估計(jì)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(jì)美國(guó)國(guó)土面積中僅有32%的土壤適合作為就地處理系統(tǒng)的過(guò)濾系統(tǒng)，因此有許多就地處理系統(tǒng)實(shí)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(lái)源，如在切薩皮克海灣項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入就地處理系統(tǒng)中的氮有55%~85%都滲入地下水。
一份全國(guó)范圍內(nèi)的調(diào)查報(bào)告顯示，僅1993年的系統(tǒng)失效案例就高達(dá)90632個(gè)。美國(guó)普查局1997年的調(diào)查顯示，在3個(gè)月的調(diào)查期內(nèi)估計(jì)有403000個(gè)住宅化糞池曾有過(guò)失效的記錄，其中31000個(gè)發(fā)生過(guò)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(jì)、不恰當(dāng)?shù)陌惭b、不規(guī)范的操作/維護(hù)，而且缺乏強(qiáng)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(wèn)題和挑戰(zhàn)，并作出長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，USEPA委托美國(guó)水環(huán)境研究基金會(huì)于2007年舉辦了美國(guó)“分散式污水處理與利用需求”中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃研討會(huì)。研討會(huì)的主要目的是為美國(guó)今后在分散式污水處理與利用需求方面制定中長(zhǎng)期(目標(biāo)至2025年)研發(fā)計(jì)劃，并就所需國(guó)家研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入與去向等議題規(guī)劃并圈定研發(fā)范圍。
美國(guó)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?chē)乃h(huán)境，或用于景觀用水。2008年美國(guó)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(qiáng)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(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，美國(guó)居民分散式處理之后，再利用的途徑較少，但針對(duì)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(jìn)程和模式
日本為海洋環(huán)繞的島國(guó)，雨量充沛，水資源相對(duì)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(jì)進(jìn)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(kù)和人工引水渠，開(kāi)展大規(guī)模的水資源開(kāi)發(fā)，但由此也引發(fā)公眾對(duì)生態(tài)破壞的擔(dān)憂，新建水庫(kù)選址變得越來(lái)越難。60年代起，日本國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)污水再生利用。80年代起，日本政府開(kāi)始在水資源短缺地區(qū)推廣再生水利用，同時(shí)在當(dāng)時(shí)的通產(chǎn)省下設(shè)專(zhuān)門(mén)從事污水再生利用技術(shù)開(kāi)發(fā)和推廣的機(jī)構(gòu)“財(cái)團(tuán)法人造水促進(jìn)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(jī)，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(kāi)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(shū)》 中強(qiáng)調(diào)了再生水利用在日本的重要性，對(duì)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(bǔ)水、噴泉等景觀用水、寒冷地區(qū)的融雪用水、寫(xiě)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(lái)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(guó)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(guó)內(nèi)再生水利用的模式，根據(jù)規(guī)模可分為單獨(dú)循環(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(guó)土交通省《日本水資源白皮書(shū)》以及2003年8月東京都發(fā)布《水資源有效利用促進(jìn)綱要》中作了詳細(xì)規(guī)定。所謂單獨(dú)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(jìn)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(jìn)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(guò)專(zhuān)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(jìn)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(kāi)展了再生水關(guān)于循環(huán)利用模式示范。2003年?yáng)|京都頒布的《水資源有效利用促進(jìn)要綱》中規(guī)定，建筑面積10000 m2以上的建筑物，以及開(kāi)發(fā)規(guī)模3000 m2以上的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，必須采用廣域循環(huán)模式或單獨(dú)循環(huán)模式開(kāi)展再生水的有效利用。
近年來(lái)，為推進(jìn)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(kāi)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(wàn)m3/d，其中包括3座再生水廠，日產(chǎn)再生水50萬(wàn)m3，通過(guò)專(zhuān)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(bǔ)充等。
截至2010年底，日本全國(guó)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(guó)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(jiàn)廣域循環(huán)模式在日本占主導(dǎo)地位。表2列出了日本國(guó)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(jī)構(gòu)設(shè)施開(kāi)展雜用水利用的通知》，開(kāi)始發(fā)展在大型樓宇中進(jìn)行分散式中水回用，日本是國(guó)際上分散模式(主要以大型樓宇為主)應(yīng)用相對(duì)較為多且較成熟的國(guó)家。
3我國(guó)集中和分散模式歷史進(jìn)程及北京市小區(qū)分散模式調(diào)查
我國(guó)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(jìn)一步加劇了水資源危機(jī)。城鎮(zhèn)污水再生利用是解決水資源危機(jī)的一個(gè)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(jìn)城鎮(zhèn)污水資源化。至今為止，我國(guó)已經(jīng)相繼出臺(tái)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(shí)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(shí)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(kuò)大再生水應(yīng)用范圍?！痹诖嘶A(chǔ)上，2012年住建部印發(fā)《污水再生利用技術(shù)指南(試行)》，專(zhuān)門(mén)針對(duì)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(duì)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(guó)的住宅小區(qū)中水沒(méi)有列為全國(guó)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(guò)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(xiàng)目建筑面積超過(guò)2萬(wàn)m2的旅館、飯店、公寓，超過(guò)3萬(wàn)m2的機(jī)關(guān)、科研單位、大專(zhuān)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(jìn)一步促進(jìn)污水綜合利用的實(shí)用化進(jìn)程，北京市政府2001年2號(hào)文件到“關(guān)于加強(qiáng)中水設(shè)施建設(shè)管理的通告”中規(guī)定：“建筑面積5萬(wàn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑中水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50336-2002)，北京市也于2006年頒布《建筑中水運(yùn)行管理規(guī)范》(DB11/T 348-2006)。
北京市是我國(guó)開(kāi)展建筑中水較早的城市，通過(guò)近年來(lái)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(wèn)題需要解決。通過(guò)北京市節(jié)約用水管理中心近年來(lái)委托相關(guān)單位進(jìn)行的水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告和設(shè)施運(yùn)行調(diào)查報(bào)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(wèn)題，如運(yùn)營(yíng)單位的積極性不高、中水設(shè)施設(shè)計(jì)產(chǎn)水量與使用量不匹配、自來(lái)水補(bǔ)水情況嚴(yán)重、中水的水質(zhì)時(shí)有超標(biāo)等。以北京市住宅小區(qū)的中水設(shè)施為研究對(duì)象，對(duì)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(yùn)行管理模式的進(jìn)行了資料收集和現(xiàn)場(chǎng)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(chē)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(guò)濾器消毒單元。
目前北京市住宅小區(qū)中水處理的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：
(1)前期中水系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量不過(guò)關(guān)。中水設(shè)施的建設(shè)方、投資方和運(yùn)行方不是一家單位，存在建設(shè)和運(yùn)行間的脫節(jié)。投資方為節(jié)約成本，變相鼓勵(lì)中水設(shè)施建設(shè)公司低價(jià)競(jìng)標(biāo)從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)、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(yùn)行方承擔(dān)著巨大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
(2)中水價(jià)格偏低，影響中水運(yùn)營(yíng)方積極性。2014年5月之前，北京的居民用中水售價(jià)統(tǒng)一為1元/m3，2014年5月，北京市水務(wù)局將中水價(jià)格規(guī)定為最高不超過(guò)3.5元/m3。據(jù)調(diào)查，即使小區(qū)中水價(jià)格執(zhí)行3.5元/m3的上限，也是經(jīng)常在虧損運(yùn)營(yíng)。中水的成本高，需要專(zhuān)門(mén)的管理維護(hù)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(jì)中普遍存在設(shè)計(jì)處理量偏離實(shí)際產(chǎn)水量的情況。很多小區(qū)總面積在5萬(wàn)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(yùn)行，還須添加部分自來(lái)水補(bǔ)充才能維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
(4)缺乏有效的設(shè)施運(yùn)行管理機(jī)制，設(shè)施運(yùn)行管理水平低下;人員素質(zhì)不高，同時(shí)缺乏工作人員的系統(tǒng)培訓(xùn)機(jī)制;缺乏現(xiàn)場(chǎng)例行監(jiān)測(cè)和管理部門(mén)檢測(cè)，管理不到位，無(wú)法保證用戶用水要求，居民不愿使用中水。同時(shí)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(fèi)，而物業(yè)上門(mén)查表收費(fèi)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(wèn)題是消毒劑的投加量與實(shí)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(lái)水管錯(cuò)接的現(xiàn)象，健康風(fēng)險(xiǎn)較大。
(6)對(duì)中水使用及安全性等知識(shí)的普及及宣傳不到位，造成人們對(duì)中水使用的相關(guān)知識(shí)參差不齊，使得人們對(duì)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(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象，造成從心理上排斥使用中水。
來(lái)源:給水排水 作者:苑宏英 谷永等
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