城市節水技術研究論文

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摘要：隨著社會和經濟的不斷發展，環境和資源問題日益突出，水便是其中的主要問題之一。1997年聯合國水資源會議曾鄭重向全世界發出警告：“水，不久將成為繼石油危機之后的下一個社會危機”。我國......

關鍵詞：國內外城市節水

1.節水概論

隨著社會和經濟的不斷發展，環境和資源問題日益突出，水便是其中的主要問題之一。1997年聯合國水資源會議曾鄭重向全世界發出警告：“水，不久將成為繼石油危機之后的下一個社會危機”。我國是一個缺水的國家，人均水資源擁有量僅為2150m3/a（按13億人計），不到世界人均水平的四分之一，排在世界第109位。特別是“三北”（東北、華北和西北）地區和經濟發達的沿海地區，水的供需矛盾已十分突出。有關資料表明，我國每年因缺水而影響工業產值已達2300多億元。預計到本世紀末，全國年總需水量將達到700億m3，而缺水量也將達到70億m3，水資源短缺已成為制約我國經濟和社會發展的重要因素。

1.1節水的內涵

英文表達節水的概念有兩個，即“SavingWater”和“WaterConservation”。但兩個的意義有所不同。前者指較為具體的節約用水，后者的含義比較廣泛，不同的學者或研究機構有不同的理解，但都傾向于采用經濟的、社會的和技術的手段，以滿足社會利益為目標，提高水資源的利用效率，保持水資源的可持續利用。我國《節水型城市目標導則》（1997）中對節水作了如下定義：“節約用水指通過行政、技術、經濟等管理手段加強用水管理，調整用水結構，改進用水工藝，實行計劃用水，杜絕用水浪費，運用先進的科學技術建立科學的用水體系，有效地使用水資源，保護水資源，適應城市經濟和城市建設持續發展的需要”。這里，節約用水的含義已經超越了節省用水量的意義，它內容更廣泛，還包括有關水資源立法、水價、管理體制等一系列行政管理措施。

1.2節水的意義

節水是一個全球性的問題，即使是水資源相對豐富的國家，如美國，也經常發生供水不足問題，自本世紀30年代至90年代，美國用水人口增加了一倍，而水資源產量卻沒有增加，1990年前后，約22%的大型系統出現了供水短缺。供水不足帶來的損失是巨大的，世界有些城市為了滿足干旱期間的城市用水，不得不關閉城市周圍的農場，工業生產也受到影響。例如美國加利福尼亞的一次干旱中，僅一個縣的損失就數億美元。目前我國每年因缺水造成了工業產值的損失外，農業損失更是不計其數。另外，全球范圍內的氣候異常及水體污染，特別是人為造成的水污染，更加劇了本已十分緊缺的水資源。在這種情況下，節水具有非常重要的意義：

（1）可以減少當前和未來的用水量，維持水資源的可持續利用；

（2）節約當前給水系統的運行和維護費用，減少水廠的建設數量，或降低水廠建設的投資；

（3）減少污水處理廠的建設數量或延緩污水處理構筑物的擴建，使現有系統可以接納更多用戶的污水，從而減少受納水體的污染，節約建設資金和運行費用；

（4）增強對干旱的預防能力，短期節水措施可以帶來立竿見影的效果，而長期節水則因大大降低了水資源的消耗量而能夠提高正常時期的干旱防備能力；

（5）具有社會意義，通過用水審計及其它措施，可以調整地區間的用水差異，避免用水不公及其它與用水相關的社會問題；

（6）具有明顯的環境效益，除了對野生生物、濕地和環境美化等方面的效益外，還有維護河流生態平衡、避免地下水過度開采而帶來地下水污染等方面的效益。

2.國外節水技術概況

無論是美國、歐洲一些相對豐水的國家，還是阿拉伯海灣地區等貧水國家，節水作為水資源管理的一項重要活動和內容，已在世界范圍內得到了廣泛的實施，并形成了一些成熟的節水方法和技術，主要包括工業節水、生活用水節水、供水系統節水和其他節水技術。

美國是世界上節水研究最多的國家。早些時候，節水就已經成為干旱和意外缺水的應急措施。到了七十年代，受電力部門節約用電的影響，節水在硬件設備和公眾教育等方面都得到了大大的發展，并成為基本的水管理措施。進入八十年代后，雖然還沒有建立起專門的節水機構或立法機構，但各州已紛紛開展了節水運動。1990年，美國召開了由各州主要供水公司參加的“CONSERV90”節水會議，成為首次全國性的節水會議和美國節水史上的里程碑，這次會議對有關節水的諸多問題，包括物理的、經濟的、政治的、政策的等均進行了研究和討論，由此節水成為了供水管理的一個可行的和永久性的組成部分。目前，各州普遍將節水和用水量管理視為水資源總體規劃（IntegratedWaterResourcesPlanning）的一個部分。

歐洲國家大范圍地實行節水要晚一些，例如英國比美國晚5～10年左右，英國在1988年建立了“節水者”公司（CompanyofWaterConservators），旨在促進節水和環境管理的發展，滿足公眾需求。但直到1996年，才正式規定將節水納入供水規劃中。之后，英國全國各地的公共供水公司紛紛對其用水量和給水規劃進行評估，節水工作全面展開。

阿拉伯海灣地區的國家是眾所周知的缺水國家，自1978年以來，海灣合作委員會（GCC）的成員國采用了諸如廢水回用和海水脫鹽等昂貴的替代技術，以滿足不斷增長的需水量，沙特、科威特、卡塔爾和巴林等國由于長期、過量取用地下水，已導致了地下水源過分開采和水質變壞等問題。飽受缺水之苦的這些阿拉伯海灣國家都一致在尋求以節約用水為原則來指導給水規劃和管理的途徑。目前節水已涉及到農業、生活和工業等領域。

實例一：Delaware河流流域節水實踐

Delaware河流流域是美國一個包括了四個州的較大流域。長期以來，流域取水主要用于發電，其次是居民生活用水、工業用水、高爾夫球場澆灌、畜牧場用水及造雪等。通常取水量為13.3m3/s，6月份高峰取水量達到26.5m3/s。面對這樣大的供水量，Delaware河流流域內設立了一個專職部門，即Delaware河流流域委員會---DRBC（DelawareRiverBasinCommission），總體負責協調和解決區域性水資源矛盾問題。自80年代起，節水已成為DRBC在四個州的河流流域供水管理策略的一個有機組成部分。1983年4月，DRBC建立了一個節水咨詢委員會––––WCAC（WaterConservationAdvisoryCommittee），要求它在以下三方面為DRBC提供咨詢：

（1）流域內四個州制定的“意外干旱形勢對策”的理由；

（2）干旱期間降低用水量的可能方案；

（3）控制每天用水量的長期節水方案。

WCAC的成員不僅有來自供水公司的代表，而且包括了其他代表各方面利益的代表。1983至1985年間，WCAC對DRBC所分配的兩項干旱任務予以關注，對干旱防備計劃進行了考察，干旱防備計劃包括鑒別基本用水量、干旱期間應急用水規定、大宗用戶干旱應急準備和要求、提議的或現存的可以采取節水措施的法律機構及公眾信息服務等。WCAC的資料表明，1985年高峰用水期間，僅非基本用水一項就達到了15%的節水效果。1985年后，WCAC的工作重點轉到了第三項，即推薦一個長期節水計劃以控制每日用水量。長期節水措施包括立法和教育。DRBC已制訂了6項節水法規：水源計量（SourceMetering）、服務計量（ServiceMetering）、漏水檢測及其修復（LeakageDetectionandRepair）、室內給排水設備節水性能（PerformanceofPlumbing）、節水計劃（ConservationPlanning）和水價結構（RateStructures）等，預計到2020年，整個河流流域可以節水15.55～26.8萬m3/d。1988年節約供水和污水處理費用2.5～4億美元。

實例二：Kansas州Wichita的節水實踐

節水和需水量管理是Wichita城市水資源計劃的一個有機組成部分。城市節水項目已經幫助該市延緩了供水量的增加，并減少了新的水源開發，節省了本地區現有的水資源。節水活動包括公眾宣傳教育、公布景觀澆水條例（以降低澆水量）、公布更新室內用水設備條例（以減少生活用水量）、鼓勵工業冷卻水的回用、加強漏水檢測和修復等。同時實施新的水價體系，即逐級上升的水價結構體系（Invertedwaterratesstructure），用水量每提高一級，單位水費也隨之提高一級。該市的節水措施預期可以節約平均日綜合用水量的13%

2.1國外工業節水技術

城市工業用水在城市用水中占有較大比例，有時甚至高達70％。因此工業節水對于城市節水具有重大意義。國外發達國家城市工業節水主要在于循環水和冷卻水。

2.1.1循環用水

循環用水在美國工業中得到了廣泛應用，據報道，加利福尼亞的SanJose在1988和1989年有15個工業行業，包括食品工業、金屬精加工、紙張再處理、電子工業等，采用循環用水，總節水量達56萬m3/a，總經濟效益為200萬美元。在這些循環用水工藝中，有些將工藝過程中的用水回收循環利用，有些則在排放下水道前經預處理后回收利用。事實證明，一個工廠之內的循環用水，允許有較大的水質波動范圍（回用于不同的生產工序），因此是首先應該考慮的節水措施。

2.1.2冷卻塔回用水

國外很多公司通過改進冷卻塔給水系統而節約用水，也有一些大公司如Exel微電子公司、Intel公司等采用臭氧對空調用水或其它輕度污染水進行處理回用，明顯地減少了廢水排放量。另外，很多工廠通過改進生產工藝和生產設備達到節約生產用水的目的。

2.1.3設備改進

很多工廠通過改進生產工藝的設備而減少用水量。許多公司采用反滲透生產去離子水時，通過采用新材料和改變運行參數大大減少了反滲透工藝中的流量。Dyna-Craft公司在電鍍部分安裝空氣刀（AirKnife），將電鍍的廢酸洗液吹回到工藝池中，從而減少了清洗水。

2.1.4用水監測和雇員教育

資料表明，國外十分重視用水量監測，大部分工業監測設備較為完善，確保了節水措施發揮作用，同時促進降低漏損和杜絕其它浪費用水。除此之外，國外極其重視對雇員進行節水教育，雇員是節水運動的主體，他們節水意識的提高對保證節水效果是極其重要的。

實例三：工業用水節水––––美國California的工業節水

在美國California，平均有18%的城市供水進入制造業，還有12%的供水進入商業和服務設施。由于節水對降低生產成本有潛在作用，許多工業廠家開始加強廠內用水管理和減少用水量。1988～1989年間，CaliforniaSanJose城有15家工業開展了節水。這些工業大致可分為四種類型：食品工業、金屬表面處理、紙張再處理、及電子制造等。這些公司節水總量達1.5億加侖/年，節水產生的經濟效益達200萬美元/年。

2.2國外生活用水節水及其它節水技術

城市生活用水在城市用水中占有較大份額，例如沙特阿拉伯占47%左右，具有較大的節水潛力，其節水技術也研究得最為成熟。目前國外城市生活用水節水主要注重以下幾個方面。

2.2.1城市生活用水監測和用水量估計

實行用水量監測，是為了了解實際的用水量和用水方式，進而得知供水系統的運行狀況，為合理、公正地確定水價提供依據。用水量估計主要是通過調查和評估用水現狀，按照節水原則合理估計將來的生活用水量。

2.2.2采用節水型家庭衛生器具

節水型衛生器具一般是低流量或超低流量的衛生器具，研究表明，這種器具節水效果明顯，用以代替低用水效率的衛生器具可平均節省32%的生活用水。節水型衛生器具包括節水型便具、節水型洗滌器具、節水型淋浴器具等。

2.2.3家庭草坪澆灌節水技術

據統計，美國大約有50%的擁有草坪的居民過量澆水，因此具有較大的節水潛力。該技術通過改進澆水方式、建立不同季節的澆水規定、控制澆水時間、選擇抗旱草種等達到節水目的。1990年美國曾開發了一個試驗程序，以降雨量和草坪跟部深度為主要影響因素，控制澆水量，結果證明該程序是可信的。

2.2.4水價結構和漏水控制

城市生活用水的水價結構反映了水的制造成本、銷售效益和其它效益。居民生活用水的水價是大多數公司首先關注的問題，因為其份額大且使用群體穩定。節水型水價的研究在美國進行得很多。國外研究證明，漏水控制的節水效果也是相當明顯的，英國北愛爾蘭在未實行漏水控制之前，每幢建筑物平均漏水量為23-40L/h，在實行漏水控制后，平均漏水降至8～11L/h。

2.3國外其它節水途徑

國外其它節水技術還包括供水廠節水、供水系統漏水控制、用水審計、雨水管理、廢水回用、節水經濟激勵、立法、公眾宣傳、水資源一體化規劃等。

供水廠的自用水量一般為5%～10%，主要用于濾池和沉淀池沖洗以及廠區生活用水，當水廠規模大時，這部分排水量是相當大的。well等人對水廠廢水循環利用的可行性進行了研究，結果表明，通過適當處理，將生產過程中的廢水回用到某些位置是可行的，但要注意對TOC的檢測。

漏水的位置主要在主干管、蓄水池、配水管、連接管、衛生器具等，同時管網壓力也是一個重要因素，美國和英國都有專門培訓的技術人員對漏水進行管理和控制。

1989年，加利福尼亞ConcordConstraCosta的供水管理區進行了用水審計，既包括檢漏等工程措施，也包括使用戶明白自己的用水量和節水量等綜合性內容，該措施的節水效果估計為3.8萬m3/年。

實例四：正確選擇水表大小Boston（Massachusetts）節水實例

Boston水和廢水委員會––––BWSC（BostonWaterandSewerCommission）為Boston一百多萬人提供水和廢水服務。Boston是Massachusetts水資源管理局––––MWRA（MassachusettsWaterResourcesAuthority）的最大用戶，其需水量達到該局總售水量的40%，因此Boston的用水給MWRA帶來相當大的壓力。雖然采取了多種節水措施，用水量連續下降，但未計量用水（Unaccounted-forWater）依然高得驚人。統計數據表明，對于較老的一些城區，高達20%～30%的未計入水量已是相當普遍。1990年MWRA組成了一個“未計量用水任務行動組”，對未計量用水和不正確計量用水進行了綜合性考察，結果表明，水表的正確計量范圍、讀表、滑動、修復和更換等對用水影響甚大，其中最關鍵的是正確計量。為此，該行動小組專門成立了一個“水表計量范圍降低項目組”，通過減少400多個1.5英寸以上水表的尺寸，節水量達到43萬加侖/d。除了降低了未計量用水外，僅減小水表尺寸便可取得200萬美元/年的經濟效益。.國內節水技術概況

國內的節水運動始于八十年代初期，經過近二十年的努力，取得了較大進展，城市節水累計達220多億m3。以北京市為例，北京市城市自來水需水量五十年代平均增長了28.98%，六十年代為4.29%，七十年代為6.74%，八十年代為3.1%，91至96年為5.8%，數據充分說明，八十年代開始的節水措施效果是明顯的。

3.1國內工業節水技術

鑒于大量工業廢水除少數污染很嚴重外，大部分經簡單處理后可重復使用，因此工業節水也是國內城市節水的重點。1990年我國城市工業萬元產值取水量為245m3/萬元，1996年已降至198m3/萬元，北京、天津、大連、青島等城市，工業萬元產值取水量已低于100m3/萬元，但還有不少城市高達數百立方米，這表明我國工業節水工作盡管已取得了一定成就，但從整體來看，工業用水水平還比較低，同發達國家的20～30m3/萬元相比差距很大。

在具體節水技術上，國內主要注重重復用水技術，包括冷卻水的循環節水、一般循環水節水（指循序用水、閉路用水等）和工藝節水（包括冷卻工藝改革、無水少水工藝等）等，這些技術在火電、鋼鐵、石化、化工、印染、造紙等行業都有成功應用的例子。

寶鋼二期工程，按95%的循環重復利用率設計水廠規模為20萬m3/d，若采用直流供水系統，則設計規模需要380～400萬m3/d，節水效果十分明顯。石家莊市在紡織行業普遍采用溴化鋰制冷空調用水閉路循環系統，如棉紡二廠投資496萬元分兩期建成閉路循環系統，實現節水406萬m3/年，水的重復利用率達到81.8%，直接經濟效益37萬元/年。

蘭州煉油化工廠在煉油工藝中，用混合空氣冷卻代替水冷卻換熱設備，在常減壓、氣體精餾、丙烷脫瀝青等裝置上都安裝了干濕式聯合空氣冷卻器，通過可行性論證，對其他部分裝置的用水工藝也采取了上述措施，使生產裝置的空氣冷卻設備占44%，因而在不增加供水設備的情況下，節約循環水量4200m3/h，保證了新建擴建裝置的正常生產。

3.2國內生活用水節水及其它節水技術

國內城市生活用水（大生活用水）一般占城市總用水量的30%左右，包括城市居民住宅用水（小生活用水）和公共用水兩部分。但隨著社會經濟的快速發展，城市生活用水量將迅速增加，因此就節水而言，也大有潛力可挖。

目前國內主要節水措施有：

（1）水表安裝與計量。城市生活用水的經驗表明，有水表比無水表用水節約，而一戶一表用水比一單元裝總表節水。山西大同7個大型企業改包費制為計量收費制后，生活用水節約75.3%，每月節水87萬m3。

（2）采用節水型器具，包括節水型便具、節水型淋浴器具和洗滌器具等，但這些器具要真正做到既方便使用，又具節水效果，且能普及應用尚需時日。

（3）城市節水灌溉。隨著人民生活水平的提高，城市綠化面積不斷增加，城市灌溉用水量逐年增長。目前我國著重推廣噴灌、微噴灌和滴灌等新技術，比原來的地面灌節水30%～50%，同時節省了大量勞力。

國內其它節水技術和措施還包括中水道技術、城市污水回用技術、海水利用、地下水利用與保護、調整水價、開展節水教育提高節水意識等。