我国水资源再生利用现状与管理建议

我国水资源再生利用现状与管理建议
徐玉，李橙，郑冰冰，田在锋＊
（河北省生态环境科学研究院　水环境科学重点实验室，河北　石家庄　０５００３７）
摘要：“节约－循环－减排”是实现水资源高效利用的重要途径。

近年来，我国不断发展完善污水深度处理与再生水回用技术体系，污水收集治理水平及再生水资源利用水平大幅提升。

研究基于公开统计数据和文献报道，调研了水资源利用现状，对水资源再生利用技术及应用案例进行总结分析，结合再生水利用技术进展，从不同应用终端梳理了再生水利用在城市工业、农田灌溉和生态补水领域的实践案例，同时针对再生水利用的风险局限，从生产生活和生态环境方面，提出了风险控制管理建议，旨在为水资源治理保护、绿色循环和高效利用提供有力参考。

关键词：水资源；再生水；应用案例；风险控制；管理建议
基金项目：河北省省级科技计划资源与环境创新专项项目“白洋淀流域水生生物保护水质基准和优控污染物水质标准研究”（２０３７４２０４Ｄ）
引言
我国华北地区水资源禀赋条件总体较差，资源性缺水严重，２０世纪７０年代就开始大规模开发利用地下水，是世界上地下水开发范围最广、规模最大、强度最高的地区。

由于华北地区长期依靠超采地下水支撑经济社会发展，因而引发了一系列生态环境地质问题，如备受关注的地下水“大漏斗”问题，治理修复迫在眉睫。

区域水资源循环利用及再生水回灌补给对解决地下水超采问题具有重要生态意义，相比高成本海水淡化、跨流域调水、冰川利用等水资源获取手段，再生水利用成本较低，且污水处理再生利用有益于生态环境改善和水生态良性循环，在全球范围内均能有效发挥重要的社会、经济和生态效益，因此再生水利用具有显著的发展优势。

本研究针对我国水资源现状，结合新时代、新发展阶段战略布局和目标举措，探索总结水资源再生利用技术研究与管理实践进展，对实现生态环境高质量保护及经济社会高质量发展具有重大现实意义。

１我国水资源利用现状
根据国家水利部２０２２年６月发布的２０２１年度《中国水资源公报》可知，水资源利用情况中，生活用水占比１５．４０％、农业用水占比６１．５０％、工业用水占比１７．７０％、人工生态环境补水占比５．４０％；全国供水总量中，其它水源供水量占比２．３％，再生水、集蓄雨水利用量分别占比　８４．６％、５．０％；城镇污水处理量显著增加，处理能力和效率均得到明显提升，与２０２０年相比，２０２１年万元国内生产总值用水量和万元工业增加值用水量分别下降５．８％和７．１％。

目前，在全国城镇污水处理中，再生水工程规模占比超１／４，同时随着污水深度处理与再生水回用技术体系的不断发展完善，一系列再生水工程应用示范已经取得了重大技术
突破，国内水务行业治污水平和再生水资源利用水平大大提升，但再生水对水资源的补充供应仍有进一步提高的空间。

２再生水利用技术及实践案例
２．１　再生水利用技术进展
经调研，国外发达国家再生水利用起步较早，日本再生水利用率已达９０％，居世界首位；美国再生水大部分用于工业和农业领域，工业再生水、农业再生水分别占３１％、６０％；我国２００１年才开始正式启动再生水利用相关工程，历经２０余年的发展，在污水处理、净化回用技术与设备创新应用方面均取得显著进步，现已有效地推动了再生水合理化利用进程［１］［２］。

再生水利用技术涉及多种污水处理方法和资源化技术工艺，包括沉淀过滤的物理处理方法、加氯或者加铁的化学处理方法、活性污泥等生物处理方法，根据不同应用领域的再生水水质标准要求，污水处理程度和处理技术工艺不尽相同。

如，污水二级处理常用工艺有活性污泥法、生物膜法；三级处理工艺包括混凝、过滤、生物滤池、人工湿地、微滤、超滤、臭氧等技术；高级处理工艺有纳滤、反渗透、高级氧化、生物活性炭、离子交换等［３］。

２．２　再生水应用案例分析
经不同污水处理技术工艺处置后，再生水达到不同级别水质要求，可满足多种使用功能，如工业利用（冷却用水和锅炉补给水）、城市杂用、景观环境利用、绿地农田灌溉、河道／地下水生态补给等典型用途。

目前，我国再生水在不同终端应用实践，已积累了一些成功案例。

２．２．１城市工业应用
我国水资源利用统计和分析结果表明，工业冷却水占工业用水总量的５０％左右，主要用于给生产设备、工艺介质冷却降温。

由于我国淡水资源分布不均，个别地区自来水供应能力明显欠缺，严重影响正常工业生产活动，因此研究循环冷却水系统，在企业生产环节实现水循环再生利用，不仅可节约水资源，还能降低企业用水成本［４］。

工业行业领域企业再生水应用分析如表１所示。

除表１中的工业应用案例外，再生水在城市规划中也有不少成功的应用案例。

王志勇等［９］通过对城市再生水人工湿地景观设计工程进行生态绩效评价，发现城市人工湿地对再生水具有净化作用，再生水经过人工湿地后，水质相关检测指标均明显下降，再生水回用于人工湿地可提高湿地基质土壤肥力，保障了人工湿地景观服务特性，且具有运行、维护成本低等经济优势。

李文静［１０］通过对再生水在城市绿地中的应用研究，表明短期内使用再生水对城市景观绿化植物生长影响较小，将再生水作为城市绿地灌溉和景观环境用水，有助于缓解景观绿地水资源供需矛盾，促进生态可持续良性循环。

王艳萍等［１１］的研究表明，城市绿化和道路浇洒用水量较大，但对水质的要求较低，因此在实践中绿地再生水供水可通过敷设再生水管网实现道路清扫，如洒水车可通过再生水设表１　再生水工业应用案例总结分析
企业类型再生水利用工艺应用效果
火电厂
改进再生水深度处理
节水工艺，优化应用
敞开式循环冷却水系统
企业回用水质达标，
每年可节约２８８万ｔ
自来水用量　［５］
造纸厂
开展造纸废水再生利用
试验，通过采用“浸没式
超滤＋两级反渗透
深度处理”工艺，对造纸
废水进行达标回收利用
大幅降低废水量，
促进企业节能减排　［６］化工厂
以厂区预处理后的生产
废水和生活污水为原水，
采用“混凝沉淀＋袋式
过滤＋超滤＋两级反渗透”
工艺，开展再生水工程
设计应用
再生水回用系统
实现７３％的系统
水利用率［７］
热电厂
在经济可行条件下，自建
中水回用设施，对企业
周边污水进行资源化利用
再生水产率达
２０００　ｍ３／ｄ，进一步
降低自来水消耗量［８］
施就近补水。

２．２．２农田灌溉应用
连续多年的《中国水资源公报》统计结果均表明，我国农业用水占总用水量比例基本维持在６０％以上，其中２０２１年的统计结果显示农业用水占比６１．５％，是用水组成的最大部分，因此未来农业用水可能成为制约我国发展的重要因素。

我国北方干旱和半干旱地区占国土总面积的５０％以上，统筹协调好再生水、雨水等非常规水资源在农田灌溉方面的合理应用，对于缓解北方干旱和半干旱地区农业用水紧张、保障农业生产、促进灌溉农业生产绿色和可持续发展具有重要的实践价值。

因此，再生水利用对缓解我国水资源供需矛盾具有重大现实意义［１２］。

我国再生水灌溉区域集中在北方水资源严重短缺的黄、淮、海及辽河流域，主要涉及北京、天津、辽宁、山西、新疆５大灌区。

再生水水质虽然比常规水复杂，但含有丰富的氮、磷等营养元素，应用于农田灌溉既可促进作物生长又能提高产量，同时还能减少化肥施用量［１３］。

目前，在我国南方，以太湖流域为典型区域的基于农业面源污染防治的示范工程，通过处置农村生活污水、优化水肥管理、完善排水与灌溉系统，实现了富营养污染物氮磷等的农业种植全过程防控和近零排放，不仅取得重要技术突破，还形成“安吉模式”等具有推广价值的技术模式。

张亚平等［１４］通过调研太湖流域农村生活污水处理工程，对应用的生物脱氮除磷技术、复合生物滤池技术、膜生物反应技术、活性污泥法进行了分析、比较，结果表明因地制宜并结合稳定有效的经济和管理机制选择水处理技术模式，既能保障农村生活污水处理达到预期目标，又能对再生水农田灌溉提供技术指导。

２．２．３生态补水应用
《中国水资源公报》显示，２０２１年我国人工生态环境补水用量为３１６．９亿ｍ３，占用水总量的５．４％。

近年来，面对京津冀地区缺水难题，我国开展的京津冀地区水专项大多涉及再生水资源综合利用，如“北运河上游水环境治理与水生态修复综合示范项目”研发集成了非常规水源补给河道生物协同调控水质改善与水生态修复技术，从水资源效益方面为再生水用于水生态功能提升提供了有力的科学依据［１５］；北京市通过人工补给河道积极广泛地采取再生水补给措施，改善提升生态环境质量，“十三五”期间至潮白河顺义段累计补给水量２．３×１０８ｍ３　［１６］。

本研究以河北省为例，汇总梳理了如表２所示的河北省各地市在农业节水、工业循环用水及生态补水等方面积累的亮点工作经验和具体措施。

表２　河北省部分市／区水资源利用与管理措施经验总结市／区亮点经验具体措施
辛集农业种植节水高产品种某农场推广应用近２０个节水小麦品种，覆盖面积３５００多万亩，节水超１２５亿ｍ３　，大幅减少了用于农业灌溉的地下水开采
邢台农田喷灌设备、节水浇灌某县建设５万亩高效农田示范区，推广水肥一体化等先进技术，种植小麦、玉米用水量减少５０％以上
邯郸　工业企业技术改造，
一水多用、循环利用
某纺织公司投资引进水循环系统，企业日新增用水由超２００ｍ３　降到不足１ｍ３　，每年可节
约３０万元费用；某钢铁公司践行“节水即治污”理念，水处理中心将生产废水和生活污
水经处理后循环使用，实现污废水“零排放”
石家庄生态补水利用长江水和本地水库补水，开展河渠、湖泊生态补水，弥补地下水“亏空”，断流多年的滹沱河石家庄段恢复，沿河两侧１０ｋｍ范围内地下水位显著回升，最大升幅超１．９ｍ
３再生水利用管理与研究建议
根据我国再生水利用现状，综合考虑需求与风险，未来需针对再生水利用的风险因素及其作用机理、风险管控对策等开展深入研究，优化管理思路。

在应用创新方面，建议工业企业继续大力发挥创新主体作用，加强针对再生水利用风险因素及水中不利因子的分级、分类管控；在技术与管理方面，建议政府部门及科研单位有针对性地提供前沿技术服务与政策支持，并在理论和应用上同步实现技术研究与材料突破，提升水处理和资源化能力，同时严格依规落实管控措施，促进雨、污水利用和废水循环回用。

３．１　生产生活安全风险控制
受初始ｐＨ、含氯物质浓度等因子影响，污水处理厂出水与企业再生水的污染物质之间、水污染物与管道材料之间会发生生化反应、吸附效应［１７］，导致输配再生水水质变化、管道腐蚀等，因此需针对风险因子做好铸铁管材保护，及时更换耐腐蚀材料，确保生产安全和用水安全。

罗晓松等［１８］的研究表明，某污水厂再生水含盐量增加，不仅影响了整个厂区循环水水质，还导致氯离子增加，造成了生产工艺隐患和风险，必须通过改进再生水循环水系统，才能在短期内协调焦化废水、含钒废水、绿色脱盐废水的合理使用；同时，引进或研发先进技术对浓盐水进行深度处理，减少高盐废水输入，增加循环水浓缩倍数，降低新水消耗，实现提高再生水水质和循环水利用率的目的。

此外，针对再生水城市应用，还需进一步完善管线设施的规划建设，匹配再生水与用户，改进城市污水再生利用技术和设备，落实再生水居民用户终端的水质、水量监管，防止管道错接引发的居民用水安全风险。

３．２　生态环境污染风险控制
由于再生水中氮磷营养盐、内分泌干扰物、抗生素、重金属、耗氧有机物等污染物浓度较高，会对生态系统造成长期不利影响，因而实施再生水补给河道时应开展河道水质状况与污染分布特征研究，评价上、中、下游水质指标，分析再生水厂退水的影响，为再生水补水型河道水质管理提供技术参考［１９］。

李肇桀等［２０］根据生态功能区、河湖库水功能区、农田灌溉区、地下水回补区管理要求，研究和完善水资源再生利用技术体系，进一步细化和严格再生水水质指标，明确了再生水利用的区域范围，制定了应急响应方案，开展合理的长期监测，保障生态环境质量，防治生态环境污染风险；同时，严格落实《水生态监测技术指南　河流水生生物监测与评价（试行）》（ＨＪ　１２９５－２０２３）、《水生态监测技术指南　湖泊和水库水生生物监测与评价（试行）》（ＨＪ　１２９６－２０２３）有关规定，做好再生水受纳水体，包括河流、湖泊和水库等区域的水生生物监测及保护工作。

结语
通过对我国水资源利用现状进行调研分析，以及结合污水处理再生技术发展与实践应用，总结水资源循环利用趋势及技术特征，概述涉及火电厂、造纸厂、化工厂、热电厂等工业企业及典型流域农村地区、“京津冀”生态
市／区亮点经验具体措施
保定生态补水开展河道内垃圾、障碍物、违章建筑清理，畅通生态补水线路；充分利用南水北调工程向多条河道进行生态补水，适当延长补水时间，除主汛期外，实现全年常态化生态补水
雄安新区生态补水统筹黄河水、长江水和水库水，向白洋淀实施生态补水，淀区面积由１７０ｋｍ２左右恢复至
２７５ｋｍ２左右，水位稳定在７ｍ左右，淀区向下游泄水超１０亿ｍ３，水系生态功能增强
（续表）
圈等领域的应用案例，同时针对再生水利用管理与研究，提出了基于生产生活和生态环境风险控制的优化建议，以期为水资源再生利用提供思路和途径，助力生态环境高质量保护、经济社会高质量发展。

参考文献
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作者简介
徐玉（１９９１—），女，汉族，河北保定人，博士，　工程师，　研究方向为生态学。

李橙（１９８５—），女，汉族，河北沧州人，硕士，　高级工程师，　研究方向为环境工程。

郑冰冰（１９９４—），女，汉族，河北邯郸人，硕士，　工程师，　研究方向为环境工程。

通信作者
田在锋（１９７１—），男，汉族，河北邢台人，硕士，　正高级工程师，　研究方向为水环境治理修复。