城市節(jié)水新技術 

  

        近年來，城市水資源短缺和環(huán)境污染造成的水危機已經(jīng)嚴重制約了我國城市的可持續(xù)發(fā)展，盡管淡水資源位居世界第六，但是人均淡水資源僅2300立方米，為世界平均水平的四分之一，因此，建立節(jié)約型社會，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用勢在必行。城市對用水的科學預測與規(guī)劃，合理調整用水結構及管理模式，可以實現(xiàn)水資源的高效利用，使有限的水資源得以滿足人們的生活需求，并保障城市經(jīng)濟和建設可持續(xù)發(fā)展。 

  

 

        1.我國城市用水現(xiàn)狀和未來需求 

 

        1.1用水現(xiàn)狀  

        我國現(xiàn)今沿海城市和北方城市的的水資源利用率都比較高，達到了75%的利用程度，有些甚至達到90%以上，部分城市如西安，大連，天津，青島等已經(jīng)從外區(qū)域引水；然而，大多數(shù)南方城市的水資源利用率卻令人擔憂，其中，水源污染是造成地表水資源不能充分利用的重要原因之一。 

        雖然我國地下水資源的開采總體來說還有一定潛力，但對于大多數(shù)中大型城市開采狀況卻不容樂觀，例如唐山、煙臺、太原等城市的地下水資源開采率已經(jīng)超過了120%，已經(jīng)屬于嚴重開采；北京、石家莊、濟南、天津等城市的開采率也達到了100% ~120%，也已經(jīng)是超采范圍。因此城市用水問題必須得到重視與關注，地下水資源的開采如果得不到有效的管理，必將導致地下水資源瀕臨枯竭、地面沉降、水質惡化、海水侵入等嚴重后果，進而加劇水資源的短缺問題，而我們也將面臨今天用明天的水，明天用后天的水的惡性循環(huán)。 

 

        1.2未來需求 城市水資源的需求變化與社會、經(jīng)濟、文化、科技、政策等諸多因素有關，其變化過程也很復雜，主要影響因素有人口增長與城市化進程，產業(yè)結構變化與工業(yè)生產總值，生態(tài)環(huán)境保護與城市建設等等。然而城市未來水資源的需求依然集中在以下幾方面： 

        （1）城鎮(zhèn)居民生活用水：北京市環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院的專家曾在2009年于《資源科學》雜志第31卷，第一期，預測我國城鎮(zhèn)居民生活用水量到2020年將達到670億立方米，又有專家預計到2050年前后，我國城鎮(zhèn)居民生活用水量將達到890億立方米，因此城鎮(zhèn)居民生活用水量的增長將成為未來城鎮(zhèn)供水與需水的主要矛盾之一。

 

        （2）工業(yè)生產用水：《水科學進展》雜志在第16卷，第4期中《中國水資源長期需求展望》一文作者預計在中發(fā)展情況下，我國在2030年工業(yè)生產用水量將達1704億立方米，年增長平均達11.35%；到2050年工業(yè)生產用水量將達1957億立方米，年均平均增長11.09% 。 

        （3）生態(tài)環(huán)境用水：城市綠化越來越完善的今天，城市生態(tài)環(huán)境用水也將占領相當大的一個比重，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，到2030年我國年平均降雨量小于800毫米的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境用水量將達到485億立方米；而到2050年，生態(tài)環(huán)境用水量將達到501億立方米。  

2.城市節(jié)水新技術 

 

        2.1 城市雨水利用新技術  

        我國城市雨水利用起步較晚，但在北京、上海、大連、南京等地區(qū)都已投入研究并應用。目前城市雨水利用的應用范圍有：建筑群活小區(qū)集中式雨水收集利用中水系統(tǒng)，分散住宅的雨水收集利用中水系統(tǒng)，分散式雨水滲透系統(tǒng)，集中式雨水滲透系統(tǒng)，生態(tài)小區(qū)雨水綜合利用系統(tǒng)，綠色屋頂花園雨水利用系統(tǒng)等，即可概括為雨水集蓄利用和雨水滲透兩大類。 

        雨水集蓄利用是最為常見的雨水利用技術，而傳統(tǒng)的蓄水設施有引水渠、混凝土或塑料蓄水池、沉砂池、人工湖等。但由于我國大部分城市雨水水質較差，因此簡單的集蓄再利用似乎會對某些用水設備造成一定的影響。在德國城市家庭現(xiàn)多設一種雨水集蓄利用系統(tǒng)，其由雨水匯集裝置、輸水管線、截污裝置、貯水區(qū)（地下水池或水箱）、凈化系統(tǒng)（過濾消毒）和配水系統(tǒng)等組成。但是由于在德國的地中海氣候，降雨量一年中分配較平均，且少暴雨，我國的氣候條件復雜，特別是沿海地區(qū)在6~9月降雨多數(shù)以暴雨形式；另外，德國的屋面雨水經(jīng)截留和簡單過濾就能滿足中水雜水回用標準，但我國現(xiàn)今城市工業(yè)化越來越發(fā)達，因此環(huán)境污染也更嚴重，因此雨水處理則更為麻煩。如在北京雨水利用則需要先舍棄初期2mm左右的初期降雨量，得到較穩(wěn)定的雨水后再進入調節(jié)系統(tǒng)，然后投加混凝劑后再進行過濾，最終得到的雨水可用于綠化、沖刷、洗車、景觀用水等多種用途。 

        城市雨水滲透技術現(xiàn)今也得到了越來越廣泛的利用，其主要分為分散滲透和集中回灌兩大類，分散滲透包括滲透檢查井、滲透管、滲透溝、滲透池、滲透地面、綠地滲透，集中回灌式包括干式深井回灌和濕式深井回灌。2010年上海世博會的雨水利用與綜合利用系統(tǒng)是極具代表性的雨水滲透技術，其整個系統(tǒng)包括入滲、收集、回用處理和排放四個單元，采用滲水混凝土，滲水地板磚鋪設路面，建設初期雨水調蓄池以收集污染較為嚴重的初期雨水，設置地綠地和下排水系統(tǒng)以提高土壤滲透性和集蓄更多的雨水，采用沉淀、過濾等常規(guī)處理，以及人工濕地的物理及生化作用處理后，處理雨水可用于沖廁、道路清洗、場館清洗、綠化灌溉等，一些較穩(wěn)定處理雨水甚至可用于直接飲用。  

        2.2 城市中水回用技術  

        城市中水回用可減少城市新鮮水的使用量，減輕城市用水供需矛盾的壓力和負擔，緩解水資源嚴重短缺的現(xiàn)狀，使水資源更有效地使用，因此中水回用技術是很有發(fā)展前途的生活節(jié)水方式?，F(xiàn)今中水回用技術大致可分為三種，物理化學處理法，即以混凝沉淀(氣浮)技術和過濾技術相結合的基本方式, 主要用于處理優(yōu)質雜排水；生化處理法，即利用好氧微生物的吸附、氧化作用, 降解污水中的有機物質；膜處理法，又分為連續(xù)濾膜和膜生物反應器，連續(xù)膜法即以微濾膜為中心處理單元, 實現(xiàn)物理分離之目的，而膜生物反應器則使污水中的大分子等難降解成分在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間, 從而達到較高的去除效果。 

上述三種處理方法中最常見也是出水較為穩(wěn)定費用較低的是生化處理法，如北京師范大學就采用了該種方法，主要收集學生公共浴室，學生宿舍樓盥洗間的廢水和少量操場的雨水，經(jīng)處理后用于宿舍樓沖洗廁所，綠化地區(qū)和足球場的灌溉，操場的沖洗等。經(jīng)統(tǒng)計計算，投入中水回用技術之后該校年節(jié)水量可達20萬立方米。  

        2.3 城市新型綠地與灌溉  

        城市水資源短缺，有時遇到暴雨還會造成洪澇災害，而水質的污染又引發(fā)城市的河涌發(fā)臭等問題。如今的城市被水泥覆蓋越來越嚴重，水資源的流失也更加厲害，而城市綠地是很好解決水資源流失的重要方式，因此綠地改造也是城市節(jié)水的重點之一。如北京市就在開發(fā)區(qū)和舊城改造區(qū)內做區(qū)域設計規(guī)劃和建造時合理調整其路面高程、綠地高程和雨水口高程的關系，使得路面高程比綠地高程高，而雨水口則設置在綠地內，雨水口高程高于綠地高程而又低于路面高程，這樣就形成了下凹式綠地，降雨后的雨水徑流入綠地集蓄，多余的雨水則可以從雨水口排出。下凹式綠地可以很好地集蓄降雨從而增加地下水資源，一定程度上海可以降低洪澇災害，并且可以減少綠地的灌溉用水量，達到城市節(jié)水的目的。 

        隨著水的成本年年上升，城市綠地灌溉技術的科學節(jié)水也必將得到發(fā)展，過去城市綠地大多采用漫灌或溝灌方式，相當浪費水資源也耗費人力資源；目前，城市使用最廣泛的是灌溉新技術是地埋升降式噴灌技術和微灌技術。噴灌技術利用噴頭將水均勻噴灑到綠地上，可以達到很好的節(jié)水效應；而且噴灌還可以適時適量地滿足植物對水分的要求，控制土壤水分保持土壤肥力，提高綠地植物的品質；另外，由于其機械化程度高，這樣不僅便于自動控制，節(jié)省人工，而且由于其地埋升降式的特點還不影響綠地美觀。

 

        微灌也是一種新型節(jié)水技術，它通過低壓管道也滴頭或其他微噴頭根據(jù)綠地的需水量，以持續(xù)和受控的方式向其根系輸送水分和養(yǎng)分；微噴技術采用地面敷設管線，可避免復雜的土建工程，而且對水源的位置和管道壓力并無太高要求。 

 

        2.4 城市工業(yè)節(jié)水  

        城市工業(yè)節(jié)水的方式有很多，但一般而言可分為技術性和管理性兩類。其中技術性節(jié)水，首先可以建立和完善循環(huán)用水系統(tǒng)，使工業(yè)用水的重復使用率提高,減少取用水量和耗水量,并大大降低工業(yè)污水產生量,減少水環(huán)境的污染,減緩水資源供需緊張的壓力。另外還可以改革生產工藝和用水工藝,例如采用省水新工藝，采用無污染或少污染技術，推廣新的節(jié)水器等。管理性節(jié)水則需要通過公司企業(yè)自身員工節(jié)水意識的管理教育，或者當?shù)胤煞ㄒ?guī)的強制性要求，以達到節(jié)水目的。 

        國外的工業(yè)用水體系比我國發(fā)展的更為成熟，如日本則開創(chuàng)了一條獨特的工業(yè)水道體系是通過專用管道供給的，在各大城市創(chuàng)建并保留使用至今的工業(yè)水道形成了和自來水道并存的有一條城市動脈，工業(yè)水道的普遍采用可節(jié)省大量自來水和凈水處理費用，日本全國工業(yè)用水量基本穩(wěn)定在每年544億m3的水平，而這很大程度上都歸功于工業(yè)廢水的凈化處理和再利用。國內現(xiàn)今的工業(yè)節(jié)水也有創(chuàng)造性的發(fā)展，例如改進廢水處理工藝使經(jīng)處理的廢水用于再生產，以提高工業(yè)生產用水系統(tǒng)的用水效率；或者采用循序用水，使場內串聯(lián)用水、一水多用，以達到工業(yè)生產用水的重復利用率；而在一些有著地勢資源以及擁有資金與成熟技術的地區(qū)已經(jīng)在探討利用海水、微咸水、地下水回灌、大地冷源、人工制冷等技術，實現(xiàn)減少淡水資源或冷卻水量，以提高用水效率。 

 

        3.城市節(jié)水小結 

 

        城市節(jié)水剛剛起步，但是其潛力卻是巨大的，因為這是解決城市用水矛盾的必然趨勢，而城市節(jié)水的核心思想就在于將一切可能再利用的水資源加以利用，例如雨水曾也被當作災害加以防止，而現(xiàn)在雨水已經(jīng)成為重要的可用水資源，城市的雨水集蓄利用技術也是緩解水資源緊張的重要措施之一；另外，在具有一定規(guī)模和用水量的建筑，我們也應該建筑中水處理回用技術，最終將集蓄的雨水和處理后的中水用于建設用水、家庭沖廁、灌溉綠地、道路用水、生態(tài)用水等。而再利用這些水資源的時候我們也需要利用科技的力量將以節(jié)約使用，例如綠地灌溉中我們可以推廣噴灌技術和微灌技術，將水資源更加合理科學高效地利用起來。 

        工業(yè)的節(jié)約用水也是使城市走出水資源短缺困境的十分重要的環(huán)節(jié)，因此我們必須將工業(yè)用水發(fā)展成為一種水耗少、排污少、水資源優(yōu)化配置的節(jié)水型用水模式，這不僅要求我們采用常規(guī)的省水新工藝，采用無污染或少污染技術，推廣新的節(jié)水器等，我們還需要發(fā)展非常規(guī)水資源利用技術，如發(fā)展城市污水再生水工業(yè)利用技術，發(fā)展海水、微咸水直接利用或淡化利用技術等。而這些技術創(chuàng)新的最終目的是將城市工業(yè)逐步建成節(jié)水工業(yè)，實現(xiàn)城市的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益相和諧。