湯鴻霄
中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 環(huán)境水化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

　　2001年8月19－31日，中國工程院水資源代表團(tuán)，在沈國舫副院長率領(lǐng)下一行8人，赴美國訪問考察。除在美國工程院水科學(xué)與技術(shù)部(WSTB)聽取該部總介紹及"水再生與回用"等若干綜合報告外，主要到加州實(shí)地考察了奧蘭治縣水管局、西區(qū)市政水管局、南加州大都會水管局、科恩縣水管局等的水資源管理系統(tǒng)，并訪問了加州大學(xué)。錢易院士和我還訪問了斯坦福大學(xué)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。在工程院聽取的報告都是國家部門的全局報告，考察的水資源管理系統(tǒng)均是半干旱地區(qū)龐大的水資源再生及地下回灌系統(tǒng)，對我國很有參考意義。綜合考察所得及互聯(lián)網(wǎng)上查詢資料有一些新的思考和認(rèn)識，其中有些是與錢易院士共同的，現(xiàn)綜述如下。

　　一、美國的水資源與水再生(Water Reclaimation)

　　美國全國水資源總量較大，東部地區(qū)水資源尤其豐富，但西部某些區(qū)域地處沙漠或半干旱地帶，水資源比較缺乏，成為美國若干年來著重研究采取對策并進(jìn)行大規(guī)模工程建設(shè)的地區(qū)。至今，在缺水地區(qū)如何合理利用水資源，已創(chuàng)造了一系列的經(jīng)驗(yàn)，并且著眼于21世紀(jì)，考慮水資源持續(xù)利用保持自然界水量水質(zhì)平衡，使生態(tài)環(huán)境得以健康發(fā)展。
　　美國1999年的人口為2.68億，在90年代內(nèi)增長了8％，預(yù)計進(jìn)入21世紀(jì)會超過2.7億, 到2050年將達(dá)到3.9億。根據(jù)在美國地質(zhì)調(diào)查所網(wǎng)上查到資料：1990年全國的總?cè)∷繛?08,000百萬加侖/日, 相當(dāng)于15.44億M3/日。其中包括地面、地下的淡水和咸水，總計比1985年增長2％。1990年人均用水量相應(yīng)為6.13M3/日，其中淡水為5.07M3。據(jù)1995年統(tǒng)計，在總用水量中，家庭、公共用水占8.0％，工礦企業(yè)用水占4.1％，熱電用水占3.3％，灌溉畜牧用水占到84.6%。如果總用水量的增長與人口的增長相應(yīng)，則在21世紀(jì)美國的需水量將有相當(dāng)幅度的增加。
　　因此，美國工程院水科學(xué)與技術(shù)部報告提出：由于經(jīng)濟(jì)全球化中未可預(yù)見的經(jīng)濟(jì)增長，新技術(shù)引入后未知的可能效應(yīng)，保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)必要性認(rèn)知的增強(qiáng)，氣候變化帶來水利預(yù)測的不確定性等因素，供給足量優(yōu)質(zhì)的水將遇到挑戰(zhàn)。在21世紀(jì)，美國的水資源需求將受到比過去更強(qiáng)烈和廣泛的壓力，水缺乏尤其在西部將是面臨的重要問題。
　　美國在20世紀(jì)前期，對待缺水的策略只是開發(fā)供水?dāng)U大取水量，修建水壩水庫。后期則更多注意需水的調(diào)度管理，傳統(tǒng)的供水模式對環(huán)境的負(fù)面影響為人們更清楚地認(rèn)識到，需要更系統(tǒng)、綜合、協(xié)調(diào)地處理缺水問題。以所有可用技術(shù)和手段來綜合運(yùn)用，相輔相成。目前美國同樣強(qiáng)調(diào)水質(zhì)與水量的綜合關(guān)系，認(rèn)為水質(zhì)會決定水是否可利用于某種用途，水質(zhì)降低水的可用性正如干旱降低水量一樣，水質(zhì)污染同樣使水資源衰竭。因此，水質(zhì)的處理和再生在水缺乏中占有十分重要的位置，水量和水質(zhì)的集成管理將會改進(jìn)和改造國家水資源的基礎(chǔ)設(shè)施以適應(yīng)21世紀(jì)多方面的需求。
　　根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查所網(wǎng)上1990年資料。全國共有19600個公用廢水處理設(shè)施，20700個其他廢水處理設(shè)施，向天然水體排放處理后的廢水1.34億M3/日，而有350萬M3/日的再生廢水用于灌溉和公園及高爾夫球場草地的澆灑。美國的廢水再生主要集中于加利福尼亞、亞利桑那、佛羅里達(dá)等州，如紐約、密執(zhí)安、伊里諾、俄亥俄等排水量很大的州則完全沒有再生廢水。再生廢水最多的加利福尼亞州有98萬M3/日，相當(dāng)于處理廢水排放量1130萬M3/日的8.7％。
　　美國對于西部缺水地區(qū)的廢水再生十分重視，認(rèn)為當(dāng)前主要是應(yīng)該發(fā)展新的強(qiáng)化技術(shù)和降低現(xiàn)有造價。目前似是取得相當(dāng)承認(rèn)的技術(shù)有以下三種：
　　1．在西部干旱和半干旱地區(qū)中價格已有競爭力的廢水處理再生循環(huán)技術(shù)，進(jìn)一步降低價格會鼓勵循環(huán)水的擴(kuò)大應(yīng)用，也會使市政排水更低廉地達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。若要達(dá)到再用于自來水，需要改進(jìn)廢水的毒性檢驗(yàn)及健康評價，提高公眾的可接受程度。美國還提出了"從廁所到龍頭"的口號，實(shí)際上是指可以將污水通過處理直接或間接地回用作飲用水。對于污水再生回用，美國的公眾起初也有疑慮，但通過宣傳教育，將污水經(jīng)過處理回用于各種目的，已經(jīng)被較多人所接受。
　　2．在某些原水是咸水的情況下，一些除鹽技術(shù)已是在價格上有競爭力的。在海水除鹽方面上世紀(jì)已有相當(dāng)投資，但仍未能清楚肯定。海水淡化需要電能及遠(yuǎn)距輸送，還有濃鹽廢液的排放問題。發(fā)展更有效的反滲透技術(shù)和改進(jìn)前處理技術(shù)有可能降低除鹽成本在能源不太貴的地區(qū)應(yīng)用。
　　3．許多地區(qū)仍有儲存水防干旱季節(jié)的需要，但地面水庫由于價格和環(huán)境影響不如過去有吸引力，有發(fā)展地下水庫的趨勢。不過，由于地下蓄水層停留時間較長，對環(huán)境的不利影響必須特別注意研究，包括回灌和回注的方式和對地下水質(zhì)的變化及沾污，要把蓄水層當(dāng)作反應(yīng)器而不是只作為存儲器。從而發(fā)展了地下水銀行的概念。
　　再有，美國的節(jié)水計劃中有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)鼓勵策略。例如：對于家庭把1992年前的衛(wèi)生便器換裝為6升的節(jié)水便器，可得＄60－＄75的回報。購買新的節(jié)水節(jié)電洗衣機(jī)，可得＄85－＄150的回報。對于商業(yè)單位。某個100房間的旅館若完全改裝完畢，可得回報＄6000，并節(jié)省每月190M3的用水。對于工業(yè)單位工藝過程改進(jìn)5年總節(jié)水量超過1.2萬M3,每1235M3 可得獎勵＄154，等等。
　　此外，美國對非點(diǎn)源污染，污染沉積物，飲用水中新的化學(xué)品和微生物都給予相當(dāng)?shù)年P(guān)注和研究。

　　二、典型實(shí)例

　　1.奧蘭治(Orange)縣地下水補(bǔ)給系統(tǒng)(Groundwater Replenishment System)
　　2.西流域(West Basin)市政水管區(qū)(WBMWD)水循環(huán)系統(tǒng)(Water Recycling Program)
　　3.Tillman水再生廠(Water Reclamation Plant, WRP) 和日本花園 (Japanese Garden)模式
　　4.南加州大都市水管區(qū)(Metropolitan Water District, MWD)
　　5.科恩(Kern)水銀行管理局(KWBA)的地面水與地下水聯(lián)合調(diào)度

　　美國在污水資源化和地面水與地下水的聯(lián)合調(diào)度以及節(jié)約用水方面有很多值得我們學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然也必須看到，我國有自己的特點(diǎn)，不能照抄硬搬。