水的循環(huán)利用

水的循環(huán)利用:隨著全球化現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，人類(lèi)正面臨著愈來(lái)愈嚴(yán)重的水資源短缺、水體惡化和環(huán)境污染等方面的威脅，特別是一些人口高度集中的干旱半干旱地區(qū)；目前，水危機(jī)也已成為全球化的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐表明，水的循環(huán)利用可以在一定程度上緩解水危機(jī)；本文在介紹什么是水的循環(huán)利用和如何進(jìn)行水循環(huán)利用的基礎(chǔ)上，分析了其潛在的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，并進(jìn)一步展望了其應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：水循環(huán)利用，污水處理，環(huán)境效益1.前言“沒(méi)有水，就沒(méi)有生命；但沒(méi)有干凈的水，就沒(méi)有人類(lèi)的現(xiàn)代生活”。地球上的淡水資源是非常有限的，只占地球總水量的5%左右，且多以冰川、土壤水、地下水等難直接利用水為主，地表淡水資源量不到0.2‰。近幾十年來(lái)，隨著現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)淡水資源的需求量越來(lái)越大，因此，水資源的供需矛盾也日趨明顯，特別在一些干旱和半干旱地區(qū)，為水而引發(fā)的民事糾紛日漸增多；在一些干旱季節(jié)，甚至出現(xiàn)人畜引用水困難的現(xiàn)象。有人指出，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)或許是為自然礦產(chǎn)能源的掠奪，如果人類(lèi)沒(méi)有及時(shí)找到有效的解決水危機(jī)的途徑，可能下個(gè)世紀(jì)或幾十年后的未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的起因?qū)⑹菫樗Y源的爭(zhēng)搶。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐表明，采取水資源保護(hù)、合理使用、管理水資源可在一定程度上緩解目前面臨的水危機(jī)，水的循環(huán)利用是水資源保護(hù)的重要措施之一，該措施不僅可以滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的需要，而且可以實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和發(fā)展。2.水循環(huán)利用及其過(guò)程廣義的水循環(huán)指自然界中由降水、蒸發(fā)和徑流過(guò)程構(gòu)成的水分循環(huán)過(guò)程，通過(guò)自然界中的水循環(huán)，地球上的水資源已經(jīng)重復(fù)利用了數(shù)百萬(wàn)年；狹義的水循環(huán)指將處理后的廢水重新用于具有商業(yè)、社會(huì)和環(huán)境效益的目的，例如農(nóng)業(yè)和景區(qū)灌溉、工業(yè)制造業(yè)冷卻塔運(yùn)行、廁所沖洗、地下水補(bǔ)充等方面。本文所指的水循環(huán)為狹義水循環(huán)，最通常的形式來(lái)對(duì)城市廢水或污水的回收利用。水的循環(huán)和再利用通常有“有計(jì)劃的水循環(huán)利用”和“無(wú)計(jì)劃的水循環(huán)利用”之分，“無(wú)計(jì)劃的”水循環(huán)的一個(gè)最常見(jiàn)的例子就是城市從天然河流的上游取水，城市廢水經(jīng)過(guò)處理后再排入河流，在河流下游城市取水之前，這些水或許已經(jīng)得到了若干次的重復(fù)使用?！坝杏?jì)劃”的水資源再利用是根據(jù)一定的商業(yè)利益目的，通過(guò)有計(jì)劃地修建一些工程項(xiàng)目和供水設(shè)施達(dá)到水資源的重復(fù)循環(huán)和再次利用。經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到適合于不同工業(yè)、農(nóng)業(yè)用途水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的廢水稱(chēng)為循環(huán)水。目前每年用于農(nóng)業(yè)灌溉、廁所沖洗、工業(yè)冷卻和除塵等方面的再循環(huán)水已達(dá)到數(shù)十億加侖。農(nóng)業(yè)灌溉是用水大戶(hù)，在一些國(guó)家和地區(qū)，農(nóng)業(yè)用水依然來(lái)自于可飲用水源，因此，將再循環(huán)水用于農(nóng)業(yè)的目的在一定程度上保護(hù)了可飲用的淡水資源。攔污柵攔污柵沉沙池初級(jí)處理瀑氣池二級(jí)處理澄清過(guò)濾消毒攙氣活性泥淤泥生物固體脫水污水重復(fù)利用再利用圖1水的循環(huán)處理過(guò)程水的再循環(huán)利用過(guò)程其實(shí)是一個(gè)如何將城市廢水處理、轉(zhuǎn)化為可利用水的過(guò)程，其流程如圖1所示。這是一個(gè)利用基本的物理、生物和化學(xué)方法將污染物從水體中除去的簡(jiǎn)單過(guò)程。在世界多數(shù)地區(qū)，廢水通常進(jìn)行兩級(jí)處理，初級(jí)污水處理是指使用機(jī)械或物理的處理系統(tǒng)進(jìn)行廢水處理，二級(jí)處理指使用生物、化學(xué)過(guò)程進(jìn)行的水處理；有時(shí)為滿(mǎn)足更高水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的需要，要在二級(jí)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行第三級(jí)處理，其目的主要是除去殘留在水體中的化學(xué)物質(zhì)和溶解的固體物質(zhì)，但由于第三級(jí)處理費(fèi)用昂貴，因此并沒(méi)有得到廣泛使用。水的循環(huán)處理系統(tǒng)包括物理處理系統(tǒng)、生物處理系統(tǒng)和化學(xué)處理系統(tǒng)，其功能如下：（1）物理處理系統(tǒng)：物理過(guò)程是水重復(fù)利用過(guò)程的第一個(gè)環(huán)節(jié)，將攔污柵浸入水中，污水經(jīng)過(guò)攔污柵時(shí)，將一些大的固體物質(zhì)如樹(shù)枝、垃圾袋等攔住，這樣不但除去了這些大的污染物，而且具有進(jìn)一步保護(hù)抽水泵或旋轉(zhuǎn)式機(jī)械裝置的作用。然后污水通過(guò)初級(jí)澄清器進(jìn)入沉沙池，初級(jí)澄清器可以使水流變緩，這樣一些泥沙顆粒和可沉淀的有機(jī)質(zhì)在沉沙池中沉淀、淤積，同時(shí)，一些油脂類(lèi)的污染物可以漂浮到水面并通過(guò)機(jī)械過(guò)濾的方式除去。通過(guò)物理處理過(guò)程基本上可以將污水中大約一半的污染物清除出去。（2）生物處理系統(tǒng)：生物處理過(guò)程基本上可以除去大部分剩余的污染物，初級(jí)處理后的污水進(jìn)入曝氣池，在曝氣池中污水和氧氣充分混合，有機(jī)物質(zhì)作為曝氣池中微生物的食品而消耗，這樣不僅極大地減少了水體中生物需氧量，而且還可以將不可沉淀的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可以沉淀的固體物質(zhì)。由于該過(guò)程是一個(gè)生物學(xué)過(guò)程，因此，水中的一些化學(xué)物質(zhì)或者有損健康的物質(zhì)可能會(huì)殺死這些微生物，從而影響污水處理效果。（3）化學(xué)處理系統(tǒng)：化學(xué)處理系統(tǒng)如加氯池，其作用主要是使用氯殺死從水體中的一些病原微生物。為消除處理后水體中殘留的氯，通常采用二氧化硫進(jìn)行中和后排放河流或湖泊等水體中，這樣可以保護(hù)這些水體中的水生物。由于使用具有毒性的氯氣具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此目前有些污水處理廠使用紫外線代替氯氣進(jìn)行水體消毒。3.水循環(huán)利用的社會(huì)環(huán)境效益對(duì)污水進(jìn)行適當(dāng)處理并達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，這些水便可以滿(mǎn)足大多數(shù)的用水需求而進(jìn)行循環(huán)利用。圖2給出了污水在不同程度處理后的可能用途?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單物理過(guò)程處理后的污水中，由于仍富含污染物，一般不使用。經(jīng)過(guò)生物和化學(xué)過(guò)程處理后的二級(jí)處理污水，則可以滿(mǎn)足大多數(shù)非飲用水的目的，如農(nóng)業(yè)作物、景區(qū)、公園、和高爾夫球場(chǎng)的灌溉，電場(chǎng)、石油精煉廠的冷卻水，此外，還可以用于造紙廠，煤礦業(yè)、染坊、廁所、除塵、建筑、混凝土攪拌、和人工湖泊等。經(jīng)過(guò)三級(jí)處理后的污水，基本上可以用于非直接飲用水的所有目的，包括補(bǔ)補(bǔ)充地表水庫(kù)和地下水層等。一級(jí)處理一級(jí)處理（物理處理）三級(jí)處理，（高級(jí)處理，化學(xué)凝結(jié)、過(guò)濾及消毒）

建議不直接使用水的再循環(huán)處理及其利用不同級(jí)別的污水處理集水系統(tǒng)二級(jí)處理，（生物處理及消毒）

非食品作物灌溉

部分景區(qū)蓄水

非飲用蓄水層的地下水補(bǔ)給

濕地、野生物棲息地及河流的水補(bǔ)充

工業(yè)冷卻處理

景區(qū)灌溉

廁所沖洗

機(jī)動(dòng)車(chē)輛沖洗

食品作物灌溉

娛樂(lè)場(chǎng)所蓄水

非直接飲用水源的補(bǔ)給，如可飲用地下水層的補(bǔ)給，水庫(kù)蓄水補(bǔ)給圖2水的再循環(huán)處理及其利用水的循環(huán)利用具有巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，不僅在一定程度上減少了人們對(duì)淡水資源的需求，從而間接地增加可利用水資源量；在一些國(guó)家，一些地下水補(bǔ)給工程項(xiàng)目已經(jīng)成功運(yùn)行多年，不僅提高了水資源的利用效率，而且同時(shí)在一定程度上減少了水庫(kù)等地表水利工程的建設(shè)，而某些大型水利工程的建設(shè)常?？蓪?duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境產(chǎn)生重大影響。例如，在維吉尼亞，分期建設(shè)的奧克泉水庫(kù)是凡爾凡克斯縣的主要水源，由于政府自1979年實(shí)施了利用循環(huán)水增加水庫(kù)儲(chǔ)蓄水量項(xiàng)目，后期工程沒(méi)有繼續(xù)建設(shè)就基本滿(mǎn)足了當(dāng)?shù)氐挠盟枨?，從而?jié)約了大量工程投資；在加利福尼亞圣地亞哥，由于實(shí)施了水的再凈化工程，每年可增加20億立方米的重復(fù)循環(huán)用水，減輕了政府面臨的水危機(jī)壓力。水的循環(huán)及重復(fù)利用還具有巨大的環(huán)境效益，可以減少敏感性生態(tài)系統(tǒng)中水的流失，減少?gòu)U水的排放，防止環(huán)境、保護(hù)濕地和改善野生物的棲息環(huán)境等。（1）水的循環(huán)利用可以減少敏感性生態(tài)系統(tǒng)中的淡水流失：大量野生物和魚(yú)類(lèi)均依賴(lài)于充足的水源而生存、繁衍；農(nóng)業(yè)、工業(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)均需要消耗大量的水資源，而生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水則非常敏感，可能會(huì)因大量的淡水流失而遭到破壞。水的循環(huán)利用可以減輕人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的水需求，從而減少了生態(tài)系統(tǒng)中的淡水流失，相對(duì)增加了用于維持生態(tài)系統(tǒng)健康運(yùn)行的環(huán)境水量。例如，在加利福尼亞州，摹那湖的水質(zhì)曾經(jīng)因?yàn)樗姴块T(mén)的能源開(kāi)發(fā)而日益惡化，1994年，洛杉磯水電部門(mén)政府被勒令停止從該流域內(nèi)取水，同時(shí)建立了水的循環(huán)利用項(xiàng)目，從而減輕了流域的水量流失，也使得摹那湖的生態(tài)得以恢復(fù)。（2）水的循環(huán)利用可以減少向敏感性水體中的污水排放：水的循環(huán)利用不僅增加了可利用水源，而且減少了污水的排放；例如，舊金山圣何塞污水處理廠1997年花費(fèi)1.4億美元建立的水循環(huán)利用項(xiàng)目，每天可以提供2100萬(wàn)加侖的循環(huán)水用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉，從而減少了大量的廢水排放；若這些廢水不進(jìn)行處理直接排放到南舊金山海灣，將會(huì)對(duì)該地區(qū)自然濕地產(chǎn)生致命的影響。（3）水的循環(huán)利用可以保護(hù)濕地，改善野生物的棲息環(huán)境：濕地不僅是野生動(dòng)植物、魚(yú)類(lèi)良好的棲息地，而且具有改善水質(zhì)、滯洪的功能。因?yàn)榇罅克亩鵀l臨干涸的河流濕地可以通過(guò)充分利用循環(huán)水而得以維持、改善和恢復(fù)。（4）水循環(huán)利用可以減輕和防止環(huán)境污染：若將氮、磷含量很高的循環(huán)水排放到海洋、河川、湖泊等水體時(shí)，會(huì)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，從而造成水質(zhì)惡化和環(huán)境污染；若將這些循環(huán)水用于農(nóng)業(yè)灌溉，不僅減少了自然水體的污染，而且可以增加農(nóng)田肥力，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。在加利福尼亞州使用循環(huán)水進(jìn)行葡萄園的澆灌已經(jīng)有數(shù)年的歷史，并且將循環(huán)水用于農(nóng)田灌溉的目的具有增加趨勢(shì)。（5）此外，利用循環(huán)水對(duì)地下含水層的補(bǔ)充還可以有效地防止沿海地區(qū)海水對(duì)地下水的入侵而造成的地下水的含鹽量過(guò)高、土壤煙堿化等一系列環(huán)境問(wèn)題。4.討論盡管循環(huán)水已經(jīng)被證明是一種有效、成功、而且可靠的可利用水源，但廣泛推行水的循環(huán)利用還存在一些障礙，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）在習(xí)慣上，人們對(duì)污水有“臟”的感覺(jué)，認(rèn)為水的循環(huán)利用將會(huì)危及人體健康，這是在一些地區(qū)人們拒絕使用循環(huán)水的原因。（2）由于循環(huán)水不能直接用于飲用水的目的，因此使用循環(huán)水必須建造與天然淡水資源分開(kāi)的供水管網(wǎng)，這樣與直接利用地表水或者抽取使用地下水相比，廢水再利用處理及其供水管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用相對(duì)較貴；同時(shí)，限于一些體制上的障礙及某些部門(mén)之間的局部利益沖突，也一定程度上限制了循環(huán)水的利用。水質(zhì)監(jiān)測(cè)和健康學(xué)研究表明，恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行水的重復(fù)利用不會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不利的影響。另外，水的循環(huán)利用是一種可持續(xù)的水資源開(kāi)發(fā)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)來(lái)看，是非常經(jīng)濟(jì)、有效的。由于降水的區(qū)域分配不均和人口眾多，我國(guó)是一個(gè)水資源缺乏的國(guó)家，特別是華北和西北等干旱、半干旱地區(qū)，人均水資源量不足800m3/a；近年來(lái)，隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，快速的城鎮(zhèn)企業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)使該地區(qū)的用水量和排污量也快速增長(zhǎng)；黃河是華北和西北地區(qū)的重要水源，目前，每年向黃河的排污量達(dá)到40億立方米，導(dǎo)致河流水體污染嚴(yán)重，自?xún)裟芰焖傧陆怠?000年水利部水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在3163km的干流監(jiān)測(cè)河段，IV級(jí)及其以下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的河段長(zhǎng)度接近50%。水體污染和水資源短缺不僅惡化了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，而且已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的瓶頸，如何協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，已經(jīng)成為我國(guó)政府和當(dāng)?shù)刂鞴懿块T(mén)急待解決的問(wèn)題。充分進(jìn)行水的循環(huán)和再利用應(yīng)該是我國(guó)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)水資源管理中的一項(xiàng)重要措施。隨著水需求的增加和環(huán)境保護(hù)的需要，水的循環(huán)利用將在水的供應(yīng)中扮演越來(lái)越重要的角色，通過(guò)各部門(mén)之間的協(xié)調(diào)共同克服目前面臨的一些障礙實(shí)施水的循環(huán)