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王洪臣:总量达1000亿吨,污水资源化的重点方向在哪?灌溉!

2021-05-07 14:38:49来源:中国水网 王馨整理 阅读量:21036

导读:王洪臣在“2021(第十九届)水业战略论坛”上详尽梳理了我国水资源特征以及用水状况,列举分析了以色列污水再生利用的进展,根据我国水情以及国际污水再生利用经验,指出我国污水资源化利用的重点方向应是农业灌溉。
  “水资源短缺是中国未来几十年可持续发展的瓶颈,由于我国农业灌溉用水严重不足,有效灌溉面积仅为50%,中国的农业灌溉现状就如同‘等米下锅’。”中国人民大学教授、中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣在“2021(第十九届)水业战略论坛”上表示。
 
  论坛上,王洪臣详尽梳理了我国水资源特征以及用水状况,列举分析了以色列污水再生利用的进展,根据我国水情以及国际污水再生利用经验,指出我国污水资源化利用的重点方向应是农业灌溉。
 
  什么是污水资源化?
 
  污水资源化包括污水中碳、氮、磷等物质资源的循环利用和其中蕴含能量的回收利用,其中的重点是将污水再生后替代传统水资源,也就是水资源化方向的利用。“水资源化”方向细分方向较多,包括市政杂用、工业利用、生态环境、土地灌溉、生活饮用等。
 
  中国有多少污水可以资源化?王洪臣指出,根据2019年测算的数据显示,我国有城镇污水750亿吨、农村污水250亿吨,可以进行资源化的污水为总量为1000亿吨。
 
  我国污水资源化重点方向
 
  王洪臣梳理了我国污水资源化的几个路径:
 
  市政杂用:根据住建部统计,2019年,城市加县城园林绿化、景观娱乐、道路压尘、车辆冲洗、融雪等等公共服务用水总量为100亿立方米,存在用量小、再生水输配困难等问题。
 
  工业利用:工业用水方面,我国的工业节水空间非常大,2019年,我国万元工业增加值用水量低于40m³,提前完成了国家水资源规划规定的2030年指标。2019年,城市加县城生产运营用水190亿立方米,同样存在用量小、再生水输配困难的问题。
 
  生态环境:2019年,人工生态环境补水250亿立方米。水体排放具有生态效用,但不属再生利用。
 
  “要将我国污水高质量的进行资源化,上述这三个方向的空间显然是不够的”,王洪臣指出,我国市政杂用、工业利用、生态环境三个方向全部用再生水替代,污水再生利用率也只有55%,如果按照替代50%计算,则污水再生利用率只有25%。
 
  从国际经验看,美国的污水再生利用历史长达40年,然而目前全国污水再生率仅为7%-8%。其中由于加州严重干旱,再生水设施比较发达,然而也只有30%-40%。
 
  其余国家沙特再生水利用率为20%,澳大利亚为25%,新加坡也不高。国际的经验也充分证明,市政杂用、工业利用以及生态环境补水这三个方向,最高也只能达到20-30%污水再生利用率。
 
  因此王洪臣指出,要想提高再生利用率,充分的利用污水资源,“灌溉”是一条更宽的路。
 
  中国水资源状况
 
  中国是一个高度缺水的地区,我国水资源总量为2.84万亿立方米,可利用量上限为8140亿立方米,开发利用率为29%,基本生态流量为8400亿立方米。
 
  同时,我国水资源存在分布不均匀的情况:北方六区水少,约占20%,同时有60%的土地需要灌溉,并且人多、用水多;而南方四区水多,耕地少、人少、用水少。更为现实的趋势是,南方水资源在不断增加,而北方水资源在减少。
 
  中国污水资源化的重点方向应是农业灌溉
 
  王洪臣进一步分析了中国的农业灌溉情况,他指出,我国有18亿亩耕地的刚性需求,农业灌溉总量至少为3700亿,并在近十年基本趋于稳定。
 
  其中有效灌溉面积为11亿亩,可以进行节水灌溉的面积为5.4亿亩,可以进行高效节水灌溉面积为3.3亿亩,高效节水灌溉喷微灌面积为1.6亿亩。按此计算,北方六区灌溉需求为2000亿立方米,南方四区为1700亿立方米。
 
  我国的农业灌溉区域按照水资源的分布情况,可分为常年灌溉区、补充灌溉区以及水稻灌溉区:
 
  常年灌溉区指年降水量及其季节分布不能满足作物需要,没有灌溉就没有农业的地区,主要农作物为玉米、小麦等;
 
  补充灌溉区指受到季风气候影响,降水分布极不均匀,作物灌溉需水量年际变化很大,此区域灌溉和排水是实现稳定高产的必需措施,主要农作物为冬小麦、玉米以及水稻;
 
  水稻灌溉区指降水量高,但仍需对水稻进行灌溉,干旱季节需对旱作物补充灌溉,排水是实现作物稳产的基本条件。
 
  我国的灌溉水库10万座,库容约为9035亿立方米,蓄水量为10万立方米以下的塘坝约600万座,蓄水量小于300立方米的水池或窖约500万个。万亩以上大中型灌区7292处,30万亩以上大型灌区447处。
 
  近些年,我国一直在大力推进节水灌溉,加快灌区现代化改造,分区域规模化推进高效节水灌溉。开展农业用水精细化管理,科学合理确定灌溉定额。同时我国大力推广喷灌、微灌、滴灌、低压管道输水灌溉、集雨补灌、水肥一体化、覆盖保墒等技术。加强农田土壤墒情监测,实现测墒灌溉,要求在2020年前每年发展高效节水灌溉面积2000 万亩、水肥一体化面积 2000 万亩。2022年前创建 150个节水型灌区和100个节水农业示范区。
 
  中国的三大地带,五大地区灌溉需求很大,但由于我国灌溉用水严重不足,目前的现状只能“以水定灌”,有效灌溉面积仅为50%。王洪臣指出,水资源短缺是中国未来几十年可持续发展的瓶颈,中国的农业灌溉现状就如同“等米下锅”,农业灌溉应该成为中国污水资源化的重点方向。

  三个灌溉地带的灌溉需求指数
 
  王洪臣用四个情景,进一步对农业灌溉应作为污水资源化利用的重点方向进行了印证:
 
  情景一:2019年,我国有1000亿吨污水可以利用,如果以50亿吨用于市政杂用,80亿吨用于工业利用,可以少取水130亿吨,再生水利用率为13%。
 
  情景二:同样是1000亿吨污水,除了用50亿吨用于市政杂用,80亿吨用于工业利用,再以100亿吨作为生态用水,可以减少取水230亿吨,此时污水再生利用率为23%。
 
  情景三:同样的条件,加上以200亿吨污水用于农业灌溉,可以减少取水430亿吨,污水再生利用率跃升到43%。
 
  情景四:如果将用于农业灌溉再生水进一步提升为800亿吨,市政杂用为10亿吨,工业用水为20亿吨,生态用水仍为100亿吨,此时可以实现减少取水930亿吨,污水再生利用率为93%,基本实现了污水的彻底资源化。
 
  国际经验:以色列再生水只用于农业灌溉
 
  纵观解决水资源紧缺问题的国际经验,跨流域调水可以部分缓解一定地区范围内的紧缺状况,但根本上还是依靠非传统水资源的开发利用,以色列、新加坡、澳大利亚、南非、纳米比亚等缺水国家都是开发利用非传统水资源的典范。
 
  其中,以色列是目前公认污水再生利用最成功的国家,美国将以色列作为国际合作伙伴纳入了国家水回用行动计划。上世纪九十年代,随着世界各地越来越多的犹太人回国定居,以色列决定开始大规模进行污水再生利用,解决严重的缺水问题。
 
  为提高再生水利用率,自上世纪九十年代开始,以色列修建了大量再生水输配管线、泵站和储存调蓄水库,以色列大小调蓄水库270座总库容超过2亿立方米。根据最新报道,如今以色列的污水再生利用率已超过90%,下一步目标为达到100%,实现全部污水的再生利用。
 
  以色列再生水利用最大的特征是90%用于农业灌溉,目前,以色列800万人,产生5亿立方米污水,92.3%污水处理率,占灌溉用水的60%,支撑起现代高效农业,除了自给自足,还成为农产品出口国。美国作家赛斯西格尔(Seth M. Siegel)在深入考察以色列水务后认为,“没有再生水,就没有以色列的农业,也就没有这样一个中东强国”。
 
  随着以色列人口的增加,以色列目前正在实施面向2050年的水资源规划,至2050年,将进一步提升污水再生利用量,再生水农业灌溉量将会继续增大。
 
  以色列通过开发非传统水资源成功解决了水安全问题,王洪臣指出,实际上,我国北方许多地区年降水量、许多城市的人均水资源量均低于以色列,这些地区或城市应借鉴以色列污水资源化成功经验,开发非传统水资源,解决当地缺水问题。

  规模化长期使用再生水存在一定的风险,关于病原体、盐度以及内分泌干扰物等新兴污染物对人体健康和生态影响的研究一直在进行,争论也一直在持续。以色列在开始大规模农业灌溉以后,发现部分地区地下水有盐渍化倾向,在2010年开展了全国性源头减盐行动,包括工业企业减少用盐或寻找替代品、严禁高盐废水排入下水道以及倡导公众避免过度耗盐等措施,无法避免的高盐水则另外处理后排入水体,沿海地区则直接排到海洋,通过这些对策,有效控制了地下水盐渍化倾向。

  发言最后王洪臣总结:要以农业灌溉为重点,辅以市政杂用、工业利用、景观补水,以此为方向展开资源化设施的规划建设:
 
  1. 农业灌溉用水需求大,理论上可将全部污水再生后用于农业灌溉,理论上实现全回用,全部资源化;
 
  2. 目前的农业灌溉设施足以消纳全部污水资源化,只是个水源转换问题;
 
  3. 需要实施的工程是将再生水输配到就近灌区的渠首,并建设调蓄设施,现有不承担其他供水功能的灌溉调蓄库容可直接用于调蓄再生水,预测已可调蓄相当数量的再生水量。
 
  4. 农村污水可随同治理设施同步就地实现农业灌溉(关中平原的生态涝池);
 
  5. 由于输配及储存设施的施工均不在城市建成区,预计从经济技术角度比较,远优于其他方向的资源化利用;
 
  6. 再生水用于农业灌溉后,相应污水处理厂可降低脱氮除磷水平,将氮磷作为肥料进行水肥一体化利用;
 
  7. 再生水用于农业灌溉后,将大量减少从环境取水,不与生态争水,尤其是灌溉季节的生态需水,发挥关键作用。
 
  原标题:王洪臣:总量达1000亿吨,污水资源化的重点方向在哪?灌溉!

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