(中國北京市西城區大茂胡同26號，北京市市政工程科學技術研究院，郵編100035)
中國是壹個水資源貧乏的國家，人均水資源只有2200m3，僅為世界平均水平的1/4，在世界銀行連續統計的153個國家中排名第88位。同時，我國水資源在時間和區域上分布不均衡，南方多，北方少。北方大部分地區人均水資源低於聯合國可持續發展委員會確定的1750m3缺水線，9個地區低於500m3嚴重缺水線。水資源短缺已成為制約中國經濟和社會發展的重要因素。
1水資源可持續利用中的問題
1.1水資源緊缺。
50年來，我國總用水量從1949增加到1997，5566億m3，其中農業用水占75.3%，工業用水占20.2%，城市生活用水占4.5%，人均年綜合用水量從不足200m3增加到458m3。目前全國每年缺水近400億m3，其中農業缺水300億m3，每年因幹旱造成糧食損失200多億kg。城市和工業缺水60億m3，影響工業產值2300多億元。全國668個城市缺水超過400個，110城市嚴重缺水。特別是1999以來，我國北方持續幹旱，對工農業生產造成了很大影響，也給城鄉居民用水造成了很大困難。2001在旱情最嚴重的6月上旬，全國受旱面積壹度達到4.2億畝(1畝= =100m2)。由於持續幹旱，城鄉群眾供水緊張，城鎮人口2198萬人，農村人口3300萬人，145萬人。天津、長春、大連、青島、唐山、煙臺等大中城市已受到水資源短缺的嚴重威脅，許多水庫和河流從未斷流幹涸。未來，隨著人口的增長、生活水平的提高和城市化進程的加快，水資源的供需矛盾將更加突出。據預測，中國的用水高峰將出現在2030年左右。2030年，中國人口將達到6543.8+0.6億，糧食總產量將達到7億噸，年總用水量為7000億-8000億m3，中國年缺水量在700億m3左右。
氣候變化也對中國水資源的可用性產生了負面影響。根據1950 ~ 1997的降水和氣溫資料分析，近20年來我國出現了北方幹旱，南方澇災。80年代華北幹旱持續，京津地區、海灤河流域、山東半島10年平均年降水量偏少10% ~ 15%。20世紀90年代，黃河中上遊、漢江流域、淮河上遊、四川盆地8年平均降水量偏少約5% ~ 10%，黃河花園口天然來水量估計偏少約20%，海灤河、淮河年徑流量也明顯偏少。北方缺水地區連續枯水年的出現以及黃河、淮河、海河、漢江同時枯水年等不利因素的影響，加劇了北方水資源供需矛盾。根據相關研究，未來50年，由於人類活動導致的溫室效應，全球年平均氣溫可能升高，這將增加地表蒸發量，相應減少水資源。
1.2水資源分布不均
中國水資源在時間和空間上分布不均衡。長江流域及其以南地區的陸地面積僅占全國的36.5%，水資源占全國的81%。黃淮海流域人口、糧食產量和國內生產總值約占全國的1/3，但其多年平均水資源量僅占全國的7.2%。在季風氣候的影響下，年內各地降水分布極不均勻。大部分地區汛期四個月的降水量占全年總降水量的70%左右，容易形成春旱夏澇。水資源在時間和空間上的不均衡分布給水資源的充分利用帶來了壹定的困難。
1.3水資源浪費嚴重。
中國壹方面水資源嚴重短缺，另壹方面又浪費嚴重。長期以來，以需求為基礎的不可持續的水資源利用模式是水資源短缺的人為原因。盲目發展第壹、二產業，特別是片面追求糧食增產和重工業發展，導致產業結構不合理，水資源利用效率低下，使本已稀缺的水資源問題更加嚴重。
目前我國農田灌溉面積約占75%，而渠系損失約占50%，農田蒸發損失約為17%，實際利用率僅為33%左右。由於大部分地方采用傳統灌溉方式，實際每畝灌溉量達到450~500m3，比實際需水量多1倍左右，浪費極其嚴重。我國主要依靠降水的旱田面積約為654.38+0.2億畝，其中70%分布在降水量250-600毫米的北方地區，由於蓄水保水等基礎設施的缺乏，農田自然降水利用率僅為56%左右。據最新統計，我國灌溉水利用率僅為1.0kg/m3，旱地水分利用效率為0.60 ~ 0.75 kg /m3，我國農業用水平均效率為0.8kg/m3，綜合經濟效益為0.2美元/m3，而以色列已超過1美元/m3。差距非常明顯。目前，我國農業水資源的利用不符合水資源可持續利用的要求。
中國工業用水效率總體水平仍然較低。2001年，我國每萬元工業產值取水量為90m3，約為發達國家的3 ~ 7倍。工業用水重復利用率約為52%，遠低於發達國家80%的水平。2000年，中國城市人均生活用水量達到220.2L/d，遠高於發達國家。節水措施未得到有效落實，節水技術和管理水平不高。近十年來，雖然我國根據經濟可持續發展戰略進行的經濟結構調整取得了初步成效，但水資源的消耗和利用方式並沒有發生實質性的變化。
1.4水汙染形勢嚴峻
目前，我國汙水處理率仍然較低，大量城市和生活汙水未經處理直接排入河流、湖泊和水庫，使得我國大部分水域和近50%重點城鎮的集中式飲用水源受到不同程度的汙染，其中水汙染嚴重的城鎮有98個，主要分布在三河三湖流域。由於水汙染，壹些水源被迫停止使用並尋找新的水源，這加劇了城市的缺水問題。水汙染還影響供水質量，危害居民健康。目前，全國水土流失面積356km2，占國土面積的37%。我國地下水多年平均超采74億，已形成164個地下水超采區。壹些地區出現了地面沈降和海水入侵。許多重要河流和湖泊汙染嚴重，由汙染引起的水資源矛盾日益突出。水汙染嚴重影響水資源的可持續利用和中國經濟社會的可持續發展。
2.實現中國水資源可持續利用的措施
我國政府高度重視水資源的可持續利用，明確指出水資源的可持續利用是我國經濟社會發展的戰略問題。多年來，針對我國水資源的特點和利用中存在的問題，采取了壹系列措施，確保水資源的可持續利用。
2.1水資源的合理利用
中國水資源可持續利用的根本出路在於堅持可持續發展戰略，變傳統的“按需供給”發展模式為水資源可持續利用模式。以保護和合理利用可利用水資源為基礎，根據水資源承載能力，確定經濟社會發展結構，保證各類水資源的可持續利用，對經濟結構進行戰略性調整，在水資源豐富和稀缺的地區采取不同的經濟結構。大力發展節水、節能和高附加值的高新技術產業和服務業。根據我國水資源的時空分布特點，合理發展農業，采取必要的退耕還林，改善生態系統，保證水資源供需平衡。
2.2水資源的合理配置
根據我國年內降水分布不均的特點，應建設大量蓄水設施，充分利用水資源。目前，中國已建成8.5萬座水庫，大大提高了年供水能力。壹方面，蓄水設施可以儲存雨季多余的降水，供旱季使用。另壹方面可以減少洪澇災害，保障經濟發展。從地理上看，中國南水北調，南方水資源豐富，北方嚴重缺水。南水北調工程是解決我國北方缺水矛盾，實現水資源合理配置的重要戰略工程。南水北調東線、中線、西線將與長江、黃河、海河相連，形成水資源合理配置的總體格局，實現南北調配、東西互助的水資源配置目標。三條調水線路年調水總量為380億~ 480億m3，可基本改變我國黃淮海地區水資源嚴重短缺的狀況，保證我國水資源的總體可持續利用。
2.3大力開展節水工作
中國壹向重視節約用水。20多年前，國家提出了開源與節流並重的方針，認真開展節水工作，制定了壹系列節水法律和標準，建立了比較健全的管理制度，城市節水取得了壹定成效。到了2000年，城市用水總量在過去的五年裏基本沒有增長，這就改變了城市。但是，目前我國農業用水利用率仍然較低，萬元工業產值用水量和城鎮居民日均用水量仍然較高，節水潛力仍然很大。在農業方面，要發展和推廣農業節水技術，減少農田深層滲漏和地表流失，降低單位面積用水量，減少田間和輸水過程中的蒸發蒸騰，提高灌溉和降水的用水效率，不斷提高單位水資源的產量和效益。在工業節水方面，要調整工業生產結構，改進生產工藝，提高水的重復利用率，降低萬元工業產值用水量。為了保證節水工作，必須制定和完善相關政策法規，建立符合市場經濟原則的體制和機制，改革現有的低水價，建立水資源宏觀調控和微觀定額制度，形成總量控制和定額管理相結合的水資源管理體制。
2.4大力發展汙水處理和循環利用。
水汙染加劇我國水資源短缺，直接威脅飲用水安全和人民健康，影響工農業生產和農作物安全，造成的經濟損失約為國民生產總值的1.5% ~ 3%。水汙染已經成為不亞於洪水、幹旱甚至更嚴重的災害。水汙染早在20世紀70年代就出現了，但沒有引起足夠的重視，采取的措施也不恰當和有力，所以出現了今天的嚴重局面。如果不及時采取有效對策，將嚴重影響我國水資源的可持續利用。長期以來采用的以末端治理和達標排放為主的工業汙染治理策略，被國內外經驗證明是壹種成本高、效果差、不符合可持續發展的策略。大力推進以清潔生產為代表的汙染防治戰略，淘汰物耗能耗高、耗水量大、技術落後的產品和工藝，提高水資源利用率，減少工業生產汙染排放。對於工業和城市生活排水造成的點源汙染，應大力發展汙水處理工程，在2000年34.3%的基礎上進壹步提高我國汙水處理率。非點源汙染包括各種無組織的大規模汙染源，如含有化肥和農藥的農田徑流、畜禽養殖排放的廢水和廢物，其控制應與生態農業和生態農村建設相結合，通過合理使用化肥和農藥，充分利用農村各種廢棄物和畜禽養殖廢水，最大限度地減少非點源汙染。應積極開展汙水循環利用，提高汙水的重復利用率。
3汙水再生利用是實現水資源可持續利用的有效途徑
汙水再生利用是開源節流的經濟可靠的措施。與跨流域調水、海水淡化、雨水調蓄等其他開源措施相比，汙水再生利用經濟可靠。人類使用的水只占汙染雜質的0.1%左右，遠低於海水的3.5%，其余大部分是可重復使用的清潔水。跨流域調水和雨水調蓄工程需要投入大量資金來控制水體的進壹步汙染，跨流域調水也會對現有生態系統產生影響。在我國目前的經濟條件下，跨流域調水和雨水調蓄只能分步進行。汙水再生回用的本質是利用再生水和不同等級的水，將再生後的汙水回用於對水質要求較低的用戶。隨著工業化的加速發展，人們的生活水平不斷提高，水汙染的範圍也在擴大，汙染的程度也在加深，形成了社會經濟發展與環境汙染的壹對尖銳矛盾。發展汙水循環利用，減少廢水排放是解決環境問題最有力的措施。此外，為了滿足用戶的需求，再生水必須符合相應的水質標準。因此，有必要對汙水處理廠的二級出水進行深度處理，從而減少汙染物總量，減輕廢水對環境的壓力。
應根據回用對象和目的嚴格控制再生水的水質，確保再生水的安全性。為此，我國制定了壹系列相關回收標準。比如生活汙水經過二級處理後可以達到汙水綜合排放標準，但不能作為生活雜用水或工農業用水；如果考慮回收，就必須進壹步加工。汙水回用於農田灌溉時，水質指標應符合農田灌溉水質標準。汙水回用於城市景觀時，水質指標應符合再生水回用於景觀用水的水質標準。汙水回用於城市生活雜用時，水質指標應達到生活雜用水質標準；工業廢水回用的水質指標應符合相應的工業用水標準。
城市供水80%變成汙水，排入城市下水道。收集再生後，70%可以安全再利用。加在壹起，城市供水量的56%左右可以轉化為再生水，回用於對城市水質要求較低的用戶，換成等量的清水，這樣城市供水量就增加了壹半以上。廢水是壹種非常寶貴的資源，具有巨大的潛力。中國2000年全國汙水排放量為620m3，這是壹個巨大的再生水資源。汙水再生利用是在自身水資源的基礎上增加城市供水量，實現水資源可持續利用的有效措施。汙水回用可以有效緩解城市水資源短缺。
為保證水資源的可持續利用，支撐經濟的可持續發展，針對我國水資源存在的問題，近十年來，通過國家科技攻關和缺水城市為解決水汙染和缺水問題所做的努力，我國建設了壹批不同工藝、不同回用目標的城市汙水回用示範工程。表1列出了華北地區部分城市汙水回用工程的統計結果。目前，我國汙水回用工程的主要回用對象為汙水處理廠內部用水、市政雜用、河流補水、綠化、工業用水等。，且未再用於地下回灌和飲用水源。2001在北京建成的高碑店汙水處理廠出水回用工程，是目前國內規模最大的汙水資源化工程。大量汙水回用工程實踐表明，汙水回用是解決水資源可持續利用的有效途徑。
表1華北部分城市汙水回用單位:萬m3/d
4中國最大的汙水資源化項目
4.1項目概述
高碑店汙水處理廠回用工程是目前國內最大的汙水再生回用工程。1999年3月至8月完成項目前期研究工作，完成可行性研究。1999+00完成立項和審批。2000年6月完成項目初步設計及批復，2月完成施工圖設計，同年4月開始施工，2001年5月完成工程建設，2001年6月完成調試試運行，2001年7月開始通水。
高碑店汙水處理廠是目前中國最大的汙水處理廠，處理能力為65438萬m3/d..該廠汙水系統排水面積96km2，服務240萬人，收集北京南部城區大部分生活汙水，東郊工業區、使館區、化工路全部汙水。該處理廠采用帶預缺氧段的活性汙泥法，即在推流曝氣池前設置缺氧段，目的是改善汙泥性質，防止汙泥膨脹。該廠出水水質水量穩定，二級出水接近相關回用水水質標準。但在回用工程投產前，高碑店汙水處理廠二級出水直接排入通惠河下遊。除每年約5500萬m3用於農業灌溉外，其余汙水每年超過3億m3，這是對水資源的極大浪費。為緩解21世紀北京面臨的城市發展與可利用水資源的矛盾，實現北京水資源的可持續利用，支持國民經濟的可持續發展戰略，北京市政府決定開發該廠汙水資源。高碑店汙水處理廠回用面積141km2，回用水用戶涉及工業、公園綠化、道路噴灑沖刷、河湖供水等。
4.2項目規模和技術方案
本項目近期規模為30萬立方米/日，遠期規模為47萬立方米/日..在確定回收工程技術方案時，應盡可能利用現有設施，以減少工程投資。具體設計方案為:高碑店汙水處理廠二沈池出水經新建泵站(規模47萬m3/d)提升後，分別通過兩條管道輸送至高碑店湖(規模30萬m3/d)和第六水源廠(規模654.38+70萬m3/d)。送至高碑店湖的處理水經第壹熱電廠現有的深度處理設施進壹步處理後，供應給該廠作為冷卻水；經深度處理後，送至第六水源廠的部分處理水通過第六水源廠現有供水系統供應給東郊工業區和焦化廠。壹部分通過新管道輸送到西便門和東便門。第六水源廠沿現有供水管道和新建管道設置取水口，新建壹條回用支線用於市政雜用水取水口。
4.3回用水水質的技術保障措施
高碑店汙水處理廠建成時，國家對城鎮汙水處理廠出水的要求中沒有氮、磷的指標控制。因此，目前該廠出水氮磷含量較高，將直接影響回用水的水質。有必要進行技術改造，以進壹步改善該廠的出水水質。改造規模為50萬m3/d，即高碑店汙水處理廠壹期工程(50萬m3/d)改造。改造工程分兩步進行。第壹級後，出水水質優於第壹熱電廠的冷卻水取水水源高碑店湖。出水BOD、COD、總磷和氨氮分別達到65438±00mg/L、40mg/L、65438±0mg/L和65438±00mg/L。第二步使該廠50萬m3/d達到高碑店湖ⅳ類水體水質要求。第壹步主要包括曝氣池和汙泥處理系統的改造。原曝氣池1/12為厭氧區，其余為好氧區。改造後原池2/9為缺氧區和厭氧區(水力停留時間* * *為2h)，在進水口處分離出壹個停留時間為15min的強化吸附區。其余仍為好氧區(水力停留時間7.25h)。原汙泥系統剩余汙泥泵入初沈池，其混合汙泥在汙泥濃縮池中濃縮，然後消化脫水。由於濃縮汙泥池長時間處於厭氧狀態，磷被釋放出來，通過上清液回到汙水中，無法達到除磷的目的。改造後將原濃縮池改為濃縮酸化池，濃縮酸化池上清液作為碳源排入水處理系統。收集蒸煮器的上清液、脫水器的濾液和洗滌水用於化學除磷。
高碑店汙水處理廠二級出水水質穩定，達到設計要求，但達不到城市雜用水標準。綠化用水、道路噴灑等市政雜用水的水質會對人體健康和城市環境產生影響。因此，城市雜用水必須經過深度處理才能回用，達到相應的標準。本設計選擇第六水源廠進行深度處理。第六水源廠設有深度處理設施，日處理能力為654.38+70萬m3/d，主要采用機械加速澄清、砂濾和消毒，其出水可滿足相應用戶的要求。由於北京市產業結構的調整，目前該廠平均實際供水量不足5萬m3/d，65438+20萬m3/d的處理能力尚未利用。此外，第六水源廠距離城市雜用水戶較近，城市雜用水深度處理設在第六水源廠，可利用其剩余處理能力滿足城市雜用水的近期和遠期規模需求，該廠深度處理後的水質可滿足城市雜用水的水質要求。
4.4主要復用對象
根據規劃要求，該項目近期為北京第壹熱電廠提供20萬m3/d的冷卻循環水，遠期為北京第壹熱電廠提供30萬m3/d的冷卻循環水。近期通過北京市第六水源廠向東郊工業區和焦化廠供應5萬m3/d，5萬m3/d用於城市綠化、道路噴灑沖刷、城市河道景觀用水等市政雜用水。遠期，第六水源廠提供的工業和城市雜用水將擴大至654.38+70萬m3/d..
4.5主要項目內容及投資
本項目總投資3.6億元，其中征地拆遷費用約654.38+0億元，工程造價265.438+0.8億元。項目建設的主要內容有:
(1)高碑店汙水處理廠47萬m3/d泵站。
(2)高碑店汙水處理廠改造。
(3)高碑店汙水處理廠至高碑店湖水管道:DN1800mm，長度1480m..
(4)高碑店汙水處理廠至第六水源廠管道:DN1400mm，長4766m..
(5)市政雜配水管:DN1200mm，長度6791m；DN1000mm，長度1431m；DN800mm，長度4615m；DN600mm，長度2845mD=500mm，長度為2880m。
(6)第六水源廠改造:包括深度處理設施改造、水庫清淤及圬工防護、汙泥池擴建、供水泵站改造、進出水口改造、新增自控及電氣設備。
(7)園林給水支管。
4.6工程效益
該項目每年可節約凈水16673萬m3，節約自來水3650萬m3/a，相當於建設壹座10萬m3/d的自來水廠可節約4億元，達到了增收節支的目的，為北京市城市綠化面積的擴大和道路噴灑粉塵創造了條件，為環境綜合治理發揮了巨大作用。環境的改善也會帶來周邊地區的土地升值。該工程在壹定程度上緩解了北京缺水的矛盾。該項目的巨大經濟和環境效益促進了北京的節水和汙水循環利用。目前，北京已完成汙水再生利用規劃，7個汙水再生利用項目正在建設或做前期工作。北京市汙水再生利用的實踐表明，汙水再生利用符合環境保護和水資源可持續利用的戰略，是解決水資源可持續利用問題的有效途徑。
5結論
中國是壹個水資源貧乏的國家。隨著經濟發展和城市化進程的加快，水資源短缺的矛盾已成為我國水資源可持續利用和管理中亟待解決的問題。我國水資源可持續利用面臨著水資源總量不足、分布不均、水利用率低和水汙染等問題。實現中國水資源可持續利用的出路在於堅持可持續發展戰略。應根據我國水資源的特點進行水資源的合理利用和配置，將傳統的“按需供給”的發展模式轉變為基於用水需求的水資源可持續利用模式，並根據水資源的承載能力對經濟結構進行戰略性調整；同時，要繼續發展節水技術，減少生產過程中水資源的浪費，大力發展汙水處理和循環利用，提高汙水處理率和處理效果。汙水再生回用可以減少汙染物總量，增加供水能力，是壹項既經濟又可靠的開源節流措施。近年來汙水再生利用的實踐表明，汙水再生利用可以有效緩解城市水資源短缺，是實現水資源可持續利用的有效途徑。