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未来水资源500(一)
未来水资源500(二)
水资源之中水回用
学院：环境学院，专业：建筑与土木工程，
学号：632085213129，姓名：车晓冬
摘要
随着国民经济的高速发展，水资源遭到了严重的污染并日益短缺，未来我国面临严峻的水资源形势。因此必须在现有水资源的基础上开展开源、节流等措施，最大程度的利用水资源，缓解人类用水压力。在倡导节约用水，提高人民节约意识的同时，发明节约用水新技术，大力开发利用非常规水资源，对于水资源进行重复利用，降低对自然水源的开发。中水回用便是其中之一。
关键词 水资源；短缺；严峻；中水回用
With the rapid development of the national economy， water resources suffered serious pollution and shortage of water resources is growing. Our country will be facing a severe situation in the future. It must carry out open throttle and other measures on the basis of existing water resources ，maximize the utilization of water resources， ease the pressure on water for human consumption. In advocating water conservation， improving the people's awareness of conservation， at the same time ，the invention of new technologies should be invent to save water， vigorously develop the use of unconventional water resources， water resources for reuse and reduce the development on natural water sources. Water reuse is one of them.
1、我国水资源的现状
我国水资源主要来自降水，水资源总量较为丰富，水利水电部的调查统计表明，我国年平均降水总量约为6×1012 m3，平均降水深648mm，小于世界平均降水深798mm和亚洲平均降水深741mm。有45% 的降水转为地表和地下水资源量， 其余55% 的水量为植物蒸腾或地表水分蒸发所消耗。以河川径流量为代表的地表水资源约为2.7×1012 m3，折合径流深284mm，地下水资源量约0.83×1012 m3，扣除地表和地下水重复计算的0.73×1012 m3，水资源总量为2. 8124×1012 m3， 与河川径
流量相似。我国湖泊的储水总量为0.76×1012 m3，其中淡水储量约占28% ，为0.217×1012m3 [1]。我国河川年径流量位居世界第六位，按国土面积计算，平均每1km2的产水量为世界陆地平均每1km2产水量的90% 左右，但由于人口众多，我国的人均占有水资源量仅有2300m3，不足世界人均占有水量的四分之一，列世界第110位； 我国耕地每公顷平均水量约26250m3，只占世界平均值的二分之一。预计到2030 年，中国人口接近16×108的高峰时，人均水资源仅有1760m3，即使在充分考虑节水的情况下，估计用水总量为7000×108～8 000×108m3，要求供水能力比现在增长1300×108～2 300×108m3。扣除必须的生态环境需水后，全国实际可能利用的水资源量约为8000×108～9 000×108m3，预计的用水量已经接近合理利用水量的上限。不仅如此，我国水资源时空分布不均匀，淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的63.5%，但水资源仅占全国总量的19%。此外，水资源的年内、年际分配严重不均， 大部分地区60%～80%的降水量集中在夏秋汛期，洪涝干旱灾害频繁[2]。
根据最近水利部全国第2次水资源评价的结果，我国的多年平均降水总量为6108万亿m3( 648mm)，通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量为2177万亿m3。其中地表水2167 万亿m3，地下水181万亿m3，由于地表水与地下水相互转换、互为补给，扣除两者重复计算量171万亿m3 ，与河川径流不重复的地下水资源量约为11万亿m3。我国人均水资源量为2200m3 ，目前有16个省( 区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500m3 ，我国未来水资源的形势严峻[3，4]。
2、严峻的水资源形势所采取的的对策
加大宣传节约用水力度，增强公民节约用水意识，鼓励支持新节水器具的研发，同时大力开发利用非常规水资源，包括中水利用、污水回用、雨水利用、微咸水利用和海水利用[5]。其中，中水回用是非常规水资源中非常重要的部分。
3、中水使用的意义
中水是国际公认的第二水源[8]。城市污水量大而集中，回用范围广；中水的深度处理回用彻底清除了尾水对环境的污染，从而能够有效解决目前资源型和水质型缺水的双重压力。对于缺水城市而言，污水再生回用比开发建设新水源更为
重要，更符合我国贫水的客观现实，更具深远与现实意义。但从我国各类水资源开发利用的现状看，地表水和地下水利用率已经很高，开发潜力和空间非常有限，中水回用和雨水利用率却极低，从1997 年到2001年，其占全国供水总量的比重由0.5%下降到0.4%[7]。
中水，也称再生水，它的水质介于污水和自来水之间，是城市污水、废水经净化处理后达到国家标准，能在一定范围内使用的非饮用水，可用于城市景观、农业灌溉、市政同林绿化，车辆冲洗，建筑内部冲厕及工业冷却水等方面。因为它的水质指标低于生活饮用水的水质标准，但又高于允许排放的污水的水质标准，处于二者之间，所以叫做“中水” [9]。我国于20 世纪80 年代才开始着手中水利用工作，并在北京、天津、大连、青岛、西安等许多城市得到广泛应用[10]。其中北京、大连、青岛等城市开展的中水工程运行取得了显著的效果[11]。
4、水质要求
（1）满足卫生要求。其指标主要有大肠菌群数、细菌总数、余氯量、悬浮物、BOD5等。
（2）满足人们感观要求，即无不快的感觉。其指标主要有浊度、色度、臭味等。
（3）满足设备构造方面的要求，即水质不易引起设备、管道的严重腐蚀和结垢。其衡量指标有pH 值、硬度、蒸发残渣、溶解性物质等[14].
5、常用的中水回用处理技术
常规的中水处理通常由混凝、沉淀、活性炭吸附、脱氨、离子交换、微滤、超滤、氧化、消毒等单元技术优化组合而成。在不同的条件下采取的中水处理工艺不同，要根据用水水质要求，结合水量平衡和试验确定工艺流程，然后根据投资、运行成本等进行技术经济分析， 优选出适合的方案[15]。中水处理工艺流程可分为前处理、主工艺和后处理三部分：前处理的目的是沉砂、除渣、隔油和调节水量；后处理主要是消毒。中水必须经过严格的消毒才能使用，所以消毒是中水制备工艺中最重要的环节；主工艺将随水源水质和用水用途的不同而变化[16]，中水回用主要有以下几种工艺：
5.1 物化法中水处理工艺[17]
该工艺是以优质杂排水为中水水源， 处理目的主要是去除原水中的悬浮物
和少量有机物，降低水的浊度和色度。该工艺的过程是将原水在调节池中混合均匀，并进行预曝气处理，通过混凝沉淀，将大分子有机物、胶体截流去除。具体工艺流程如下：
原水→格栅→调节池→物理处理→消毒→中水
特点：占地少，系统可间歇运行，管理简单。但该工艺对来水的要求较高，不适合多种水源混合后的处理，因此具有一定的局限性。当利用污水处理厂二级出水作为中水水源时，为达到回用水的水质标准，需进一步进行深度处理，包括脱氮除磷、消毒、脱臭、除色及有毒物质的处理。深度处理技术可采用过滤、活性炭吸附、膜法、臭氧氧化、离子交换等。其工艺流程如下：
二级出水→调节池→化学处理滤池→消毒→中水
5.2 生化法中水处理工艺[17]
中水水源为综合排水，处理目的是同时去除水中的悬浮物和有机物。该工艺是将不同水量、不同水质的原水在调节池中混合均匀，并进行预曝气处理，进入生化池(接触氧化池)后，利用填料上的生物膜吸附、氧化水中有机污染物，再经过过滤消毒，得到水质稳定的中水。工艺流程如下：
原水→格栅→调节池→生物处理→过滤→消毒→中水
特点：曝气管气泡分散性好，氧转移效率高。填料采用弹性组合填料，具有材质优异，结构稳定，易挂膜，微生物附着量大，不易结团，不宜堵塞、耐冲击负荷、使用寿命长等优点。投加含氯或臭氧消毒剂，性能稳定，消毒杀菌彻底；无原水时，可间歇曝气，保持生物菌活性。
5.3 膜分离中水处理工艺
膜分离技术是指在分子水平上，不同粒径混合物在通过半渗透膜(分离膜)时，实现选择性分离的技术。其实质是物质被透过或被截留于膜的过程，依据滤膜孔径的大小而达到物质分离的目的。其工艺流程如下：
原水→格栅→调节池→膜→消毒→中水
特点：膜壁遍布微小孔洞，根据孔径大小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。其优点是膜分离装置简单，操作容易且易控制，便于维修而且分离效率高[18,17]，但是工程投资较大，处理成本较高。
5.4 膜生物反应器中水处理工艺
该工艺将生物处理技术与膜分离技术相结合，膜分离组件置于曝气池中，污水中的绝大部分有机物被微生物所分解，根据筛分原理，膜分离组件将微生物直径大于膜孔径的颗粒截留下来，得到优质的处理出水。其工艺流程如下：
原水→格栅→调节池→膜生物反应器→消毒→中水
特点：工艺简单，占地面积小，出水水质好，一般不需经三级处理即可回用，操作方便，可实现全自动化管理。生物处理技术与膜分离技术相结合的一种新工艺，取代了传统工艺中的二沉池，能高效地进行固液分离，将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分离；膜分离的高效性，使处理单元水停留的时间大大缩短[17,19]。
5.5 硅藻精土中水处理工艺
在进行水处理时，将硅藻精土处理剂加入污水中，在高速搅拌或抽吸污水的泵机叶片的旋转作用下，处理剂散于水体之中，依靠硅藻表面的不平衡电位，借助重力作用将悬浮粒子沉淀到底部，加上硅藻的巨大表面积，巨大的孔体积和较强的吸附力，把细微和超细微污染物质吸附到硅藻表面。其工艺流程如下：
原水→格栅→调节池→污水处理专用设备→消毒→中水
↑
硅藻精土
特点：出水水质稳定，具有工艺流程简单、投资少、适应性强、占地面积小、运行管理简单、水回收率高、处理效果好、运行费用低等优点[17,20].
5.6 电吸附技术
电吸附技术始于20世纪60年代，是利用带电电极表面吸附水中离子/带电粒子的现象，使水中溶解盐类及其他带电物质在电极表面富集浓缩而实现水的净化/淡化。2000 年北京建立国内第一个电吸附实验研究中心，逐步将其应用于中水处理。其工艺流程如下：
原水→纤维球过滤器→电吸附原水池→保安过滤器→电吸附模块
↑ ↑
加酸 中水
特点：不易结垢，抗油类污染，运行成本低，操作维护方便，绿色环保，对氟、氯、钙、镁离子去除效果较好。可以广泛应用于饮用水、废水、污水处理等
未来水资源500(三)
中国水资源稀缺性分析
宁显胜；农经一班，222011303210010
分析背景：21世纪头20年是中国经济发展的一个阵痛期，很多经济学家预计这个阵痛期还会更长一些。引发阵痛的原因很多，其中，资源的稀缺是一个起到决定作用的因素。过去的三十多年里，中国经济的高速发展极大的依赖于中国“地大物博，物产丰富”，而这种依赖使得中国在未来的发展中极大的受限于这种依赖。本文将从水资源的人均分配、地域分布、以及水资源的污染浪费等方面对中国的水资源稀缺性进行简要分析。
一、我国的水资源概况
注：图表自制，数据来源水利部《中国水资源公报》
综合05年至11年的情况来看，中国水资源总量在2.8万亿立方米上下浮动。其中地表水约为2.7万亿立方米，地下水约为0.83万亿立方米，由于地表水与地下水相互转换、互为补给，扣除两者重复计算量0.73万亿立方米，与河川径流不重复的地下水资源量约为0.1万亿立方米。按照国际公认的标准，人均水资源低于3000立方米为轻度缺水；人均水资源低于2000立方米为中度缺水；人均水资源低于1000立方米为重度缺水；人均水资源低于500立方米为极度缺水。中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500立方米，为极度缺水地区。
我国水资源总量已不丰富，人均占有量则更低。中国水资源总量居世界第六位，人均占有量为2240立方米，约为世界人均的1/4，在世界银行连续统计的153个国家中居第88位。我国严峻的水资源态势决定了我国在未来的发展中必须将水资源的合理开发利用置于至关重要的位子上。
二、水资源地域分布
地区分布不均，水土资源不相匹配。 我国水资源稀缺的主要原因之一就是地域分布极度不均匀。东多西少，南多北少的水资源分布格局与我国的经济发展态势和水资源需求极度不相符。我国北方是传统的重工业地区，西部拥有大量的土地，水资源对这些地方的限制性作用极度明显。长江流域及其以南地区国土面积只占全国的36.5%，其水资源量占全国的81%；淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的63.5%，其水资源量仅占全国水资源总量的19%。正是这样的分布状况才使得水资源的科学合理开发利用显得那么的重要。
除了区域分布的不均外，年内年际分配不匀，旱涝灾害频繁也是导致我国水资源稀缺的一个关键原因。大部分地区年内连续四个月降水量占全年的70%以上，连续丰水或连续枯水较为常见。我国广大的非季风区长期饱受缺水的困扰，而季风区则常发洪涝灾害。对于中国这样一个农业大国而言，这样的态势深刻的影响着国计民生问题。
图源：百度图片
三、中国每年的用水总量及构成
资源的稀缺性最根本的原因就在于人类对他的依存度。水是生命之源，没有水我们将无以为继我们的生存。从水利部的水资源公报中我们不难看出，每年的水资源总量总是在一个范围内上下波动，人们对水资源的使用量相对于总量而言也处于一个比较稳定的程度。但是，为什么中国还总是处于一个缺水的状态呢？水资源的总量是一个概量，在这个总量中可供人类利用的水资源量却只有一部分，加之之前的空间分布和时间分布不均匀，水资源的稀缺就显得更加的明显。
注：图表自制，数据来源水利部《中国水资源公报》
单从水资源的使用量这个数据来看，我们还是可以清楚的发现2005年至2011年这段时间里用水总量始终处于一个上升的态势。这样的态势绝对不单单是05至11年之间的个例而是一个长期的状态，这个状态在未来还会加剧，会一直伴随着中国的经济发展不断的变化。只是结构会不断的发生变化。通过对数据的整
注：图表自制，数据来源水利部《中国水资源公报》
理发现近些年用于生态环境补水的水量在不断的增加，虽然这个量还处于占总量2%左右，比较小，但是这个变化在对缓解中国水资源危机起到长远的作用。
注：图表自制，数据来源水利部《中国水资源公报》
四、中国的水资源污染
水资源污染的成因是复杂的，但排污是极为重要的原因之一。1997年我国的污水排放量584亿吨，05年增加到了717亿吨，相对于97年增加了22.77%；11年的排污量为807亿吨，相比97年增加了38.18%。在未来的十几年甚至更长的时间里，排污量还会不断的增加，只是增加的速度会有所减缓。但是面对这么大的基数，就如同中国的人口一样，再低的增长率都会产生极大的影响。巨大的排污量也是未来加剧水资源稀缺的原因。
工业废水的排放、第三产业、城镇居民的生活污水排放是一个“硬数据”，每一个经济高速发展的国家都无法回避这个数据，经济的发展本身就离不开污水的排放，因此，对于中国这样一个大国而言，如何在现有的排污水平下不断推动经济的发展显得极度的重要。
注：图表自制，数据来源水利部《中国水资源公报》
根据1997年度枯水期水质监测资料和地面水环境质量标（GB3838-88），在评价总河长65405公里中，Ⅰ、Ⅱ类水河长占32.8%，Ⅲ类水河长占23.6%，Ⅳ、Ⅴ类水河长占27.7%，超Ⅴ类水河长占15.9%。到2005年，全年期水质总体状况是Ⅰ类水河长占5.1%，Ⅱ类水河长占28.7%，Ⅲ类水河长占27.1%，Ⅳ类水河长占11.8%，Ⅴ类水河长占6.0%，劣Ⅴ类水河长占21.3%。最新数据显示的2011年的状况是全国全年Ⅰ类水河长占评价河长的4.6%，Ⅱ类水河长占35.6%，Ⅲ类水河长占24.0%，Ⅳ类水河长占12.9%，Ⅴ类水河长占5.7%，劣Ⅴ类水河长占17.2%。近些年来，国家加大了对水资源保护，对河流的治理，使得水污染有了一定程度的治理，但是这对于中国未来的发展来说是远远不够的。
五、水资源的浪费
水资源浪费是导致我国水资源稀缺的又一个主要原因。在此引入一个“用水消耗量”概念来论述我国的水浪费。用水消耗量指在输水、用水过程中，通过蒸腾蒸发、土壤吸收、产品吸附、居民和牲畜饮用等多种途径消耗掉，而不能回归到地表水体和地下含水层的水量。灌溉用水消耗量为毛用水量与回归地表、地下的水量之差，工业和生活用水消耗量为取水量与废污水排放量及输水的退归水量
之差。
2007年全国用水消耗总量3022亿m3，其中农业耗水占74.6%，工业耗水占11.0%，生活耗水占12.4%，生态与环境补水耗水占2.0%。全国综合耗水率（消耗量占用水量的百分比）为52%，干旱地区耗水率普遍大于湿润地区。各类用户耗水率差别较大，农田灌溉为62%，工业为24%，城镇生活为30%，农村生活为84%。2011年全国用水消耗总量3201.8亿m3，耗水率（消耗总量占用水总量的百分比）为52%。农田灌溉耗水量2078.9亿m3，占用水消耗总量的64.8%，耗水率62%；林牧渔业灌溉/补水耗水量283.8亿m3，占用水消耗总量的8.9%，耗水率74%；工业耗水量354.0亿m3，占用水消耗总量的11.1%，耗水率24%；城镇生活耗水量150.4亿m3，占用水消耗总量的4.7%，耗水率30%；农村生活耗水量245.5亿m3，占用水消耗总量的7.7%，耗水率85%；生态环境补水耗水量89.2亿m3，占用水消耗总量的2.8%，耗水率80%。水消耗是造成最大浪费的根源，提高水资源的利用效率减少用水消耗量至关重要。
六、对策
解决水资源的稀缺问题，是一个困难的、复杂的过程。但是这也是个不得不解决的问题。在此，我将针对我国的水资源现状提出一些相关对策。
（一）提升技术水平，优化产业结构，不断减小万元国内生产总值耗水量。
年人均用水量是一个刚性指标，查阅数据我们不难看出，这一指标各年基本没有什么变化。基本稳定在430到460之间，并且这个数据还有明显的上升趋势，所以想通过缩减该指标来减少水消耗是很难实现的。与这不同的是万元国内生产
注：图表自制，数据来源水利部《中国水资源公报》
总值的耗水量，05年我国万元国内生产总值的耗水量304m^3，到2011年这一指标降到了129m^3，下降了54.27%。在未来的经济发展中，不断减小万元国内生产总值的耗水量是一个解决我水资