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跟着水滴去旅行day7:从源头到源头,重新认识中国的水资源、水污染和水利用

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【摘要】:
重新认识中国的水资源、水污染和水利用1.中国现状1.1水资源严重短缺水资源总量为2.81×104亿吨,占世界第6位,而人均占有量却居世界第108位,是世界上21个贫水和最缺水的国家之一,人均淡水占有量仅为世界人均的1/4。基本状况是人多水少、水资源时空分布不均匀,南多北少,沿海多内地少,山地多平原少,耕地面积占全国64.6%的长江以北地区仅为20%,近31%的国土是干旱区(年降雨量在250mm以下

重新认识中国的水资源、水污染和水利用

1.中国现状

1.1 水资源严重短缺
水资源总量为2.81×104亿吨,占世界第6位,而人均占有量却居世界第108位,是世界上21个贫水和最缺水的国家之一,人均淡水占有量仅为世界人均的1/4。基本状况是人多水少、水资源时空分布不均匀,南多北少, 沿海多内地少, 山地多平原少, 耕地面积占全国64.6%的长江以北地区仅为20%, 近31%的国土是干旱区(年降雨量在250mm以下),生产力布局和水土资源不相匹配,供需矛盾尖锐,缺口很大。600多座城市中有400多个供水不足,严重缺水城市有110个。随着人口增长、区域经济发展、工业化和城市化进程加快,城市用水需求不断增长,将使水资源供应不足、用水短缺问题,必然成为制约经济社会发展的主要阻力和障碍。

跟着水滴去旅行day7:从源头到源头,重新认识中国的水资源、水污染和水利用


1.2 水资源污染严重
改革开放初期的只注重发展速度、忽视环境影响的粗放型发展模式,使水资源遭受严重污染:流经城市河段普遍受到污染,三江 (辽河、海河、淮河) 和三湖(太湖、滇池和巢湖)均受到严重污染,蓝藻时常暴发;在七大水系100个国控省界断面中,Ⅰ-Ⅲ类、Ⅳ-Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为36%、40% 和24%。浙江中部海域、长江口外海域、渤海湾和珠江口等地赤潮频发,对沿岸鱼类和藻类养殖造成巨大经济损失。90%以上地下水遭到不同程度的污染,其中60%污染严重,城市地下水约有64%遭受严重污染,33%的城市地下水为轻度污染。全国污水排放总量呈逐年增加趋势,2006年到2009年分别为536.8、 556.8、571.7 和589.2亿吨。华北地下水重金属超标,局部地区地下水有机物污染严重,地下水饮用水源安全受到巨大威胁。更为严峻的是一些地区城市污水、生活垃圾和化肥农药等相互渗漏渗透,使地下水环境更加恶化,解决水污染的难度加大。

1.3 水资源的重复循环利用率偏低
工业生产用水效率低,导致成本偏高,产值效益不佳,单方水的GDP产出为世界平均水平的1/3。农业灌溉水有效利用系数为0.48左右。尽管在北京、天津等大城市实现了水的循环利用,工业用水的重复利用率超过90%,工业用水重复利用率超过80%,但全国大多数城市工业用水仍然浪费严重,平均重复利用率只有30-40% ,2009年全国城市生活污水集中处理率平均为63.42%,无法与先进国家相比。加强污水技术改造和扩大重复利用的空间很大。

1.4 水资源的宣传和管理不到位
长期以来,水资源短缺现状的宣传教育力度不够,科学有效使用水资源的引导和督察不到位,工农业和生活用水管理处于缺失状态,水的立法工作严重滞后,再加上偏低的水价,各行各业及居民生活用水浪费现象普遍存在,民众节水意识淡薄,水资源管理工作有待加强。从未来发展看,水资源供需矛盾将更加尖锐。2010年总需水量为7300亿吨,可供水量仅有6200—6300亿吨,缺水量1000亿吨,城市缺水总量为60亿吨。发展节水型农业和工业,减少工业和生活污水排放,加强用水立法和监督机制,是当前一项重要工作。

2.应对中国水资源短缺的措施
2.1 应全面保护和审慎开采地下水

跟着水滴去旅行day7:从源头到源头,重新认识中国的水资源、水污染和水利用

20世纪70-80年代的地下水开采量分别为572和748亿吨/年,20世纪末达到1058亿吨,之后维持在1000亿吨以上,每年以25亿吨的速度增加。全国657个城市中有400多个以地下水作为饮用水源,北方地区65%的生活用水,50%的工业用水和33%的农业灌溉用水来自地下水。北京、天津、河北、河南、山东、山西、陕西、甘肃和新疆等许多地区地下水均处于超采状态。2008年已形成大小不等的地下水降落漏斗222个(浅层133个,深层78个,岩溶11个),主要分布在华北和华东地区,而在华北平原形成的地下漏斗约为3—5万平方公里,已成为世界区域性最大的漏斗分布区。在118个大中城市中64%的地下水属于较重度污染,33%的属于轻度污染。地下水已不同程度遭受有机和无机有毒有害物的污染,并呈现由点向面、由浅到深、由城市到农村不断扩展的趋势,北方污染程度比南方严重。从京津地区、长江三角洲、珠江三角洲等的“三致”(致癌、致畸、致突变)有机污染物到中东部城市和老工业基地的“五毒”(挥发酚、氰化物、砷、汞、六价铬)和其他重金属元素和石油烃的污染都非常严重,很多地方被迫打深井饮“深层”地下水, 但这可能造成地表沉降下陷、地层断裂、海水入侵和土壤盐渍化等地质灾害,并对城市基础设施构成严重威胁。因此,增加地下水开采无法从根本上解决水资源短缺的难题。

2.2 海水直接利用工作要加大力度
英、法、荷、意等国在火力发电、核电、冶金以及石油化工等行业的脱硫、回注采油、制冰和印染等方面,以及生活方面的冲厕、冲灰、洗涤、和消防等方面直接利用海水代替淡水。2010年世界海水直接利用量近6000亿吨,淡水资源节约效果显著。
在中国沿海的电力、化工、石化等领域,海水用于直流冷却和循环冷却、消防系统用水、海水冲厕等方面。2010年,海水直接利用量550亿吨,其中用作冷却水的占90%左右,其贡献率为16—24%。到2020年将达到1000亿吨,贡献率将提高至26—37%。海水直接用于化工、石化等行业领域的份额,相对于其体量和规模来讲,还远远不够,有待提升的空间很大。直接利用海水,将是解决沿海水资源短缺的主要措施之一。


2.3 海水淡化技术有待升级和推广
全球设有海水淡化厂1万多家,近1/40地区的世界人口靠淡化海水作为饮用水。已形成以多级闪蒸、低温多效和反渗透为代表的三大海水淡化主流技术。全球海水淡化日产量约为6348万吨,电耗在3度/吨以下,淡化水成本约0.5美元/吨,而海水淡化过程中产生的附加值,每年能提海盐5000万吨、镁和氧化镁260多万吨及溴20万吨。
中国海水淡化技术已进入加速发展期,主要采用低温多效和反渗透技术淡化海水。2010年日产淡水60万吨,成本相对较高,淡化海水价格从6元到10多元/吨不等,影响了其推广和应用,沿海居民用作饮用水的仅占海水淡化工程供水总量的13.6%。从区域分布看,在建和待建的多个海水淡化项目,大部分集中在浙江、山东、辽宁大连、天津等地,其中唐山曹妃甸工业区阿科凌、大连红沿河电站、青岛百发、浙江大唐乌沙山电厂等万吨级及以上海水淡化项目建成后,淡水能力将达到220万吨/日。到2020年,海水淡化量将实现250—300万吨/日的目标。目前海水淡化技术需要解决的技术和应用问题是:
首先,关键设备制造及新技术开发有待完善和攻克难关。如用反渗透法时,关键部件包括能量回收设备、反渗透膜和高压泵,分别约占设备总投资的1/3。须将浓水侧的高压加以回收以达到节能降耗的目的,当前,能量回收装置(能量回收率分别在50—80%和91—95%的离心式和正位移式) 全靠进口,90%的反渗透膜和大部分高压泵也依赖进口。国产日产千吨级的能量回收装置(能量回收效率在93—95%)、国产化反渗透膜(脱盐率约为99.4%)与国外膜的质量(脱盐率约为99.7%)相差不大,但高压蒸用新材料、级间抽汽和其他新技术的应用也有待提高 。
其次,海水浓水的处理技术有待改进和提高。海水经热法和膜法淡化后,除淡水外,还有约50%的浓水需排放,它是含各种化学药剂(杀菌剂、混凝剂和助凝剂、缓蚀阻垢剂、消泡剂和还原剂等)的复杂体系,直接排到海里,将造成热污染或化学污染。总体来说,浓盐水处理用关键设备已达到国外先进水平,但在高性能反渗透膜、预处理技术、大型高压泵与能量回收系统等方面还有差距。此外,低温多效蒸馏超大型蒸汽喷射器。
三相流海水均匀喷淋布液系统、传热强化及材料优化、装备腐蚀与防护、运行软件,多级闪式水平、浓盐水体积以及环境特征等处理费用约占总淡化成本的5—33%左右,需科学攻关才能解决有关问题。

2.4 苦咸水淡化能力有待提高
当前,世界各国苦咸水淡化方法,主要有蒸馏法 (多效蒸馏、多级闪蒸和压气蒸馏 )、膜法 (反渗透和纳滤) 和电渗析法(电渗析和频繁倒极电渗析)等多种,其中膜技术占绝对优势(反渗透占76%,电渗析占15.6%,多级闪蒸占2%,其他占5%)。目前超过15个国家的100多个科研机关正在从事苦咸水利用与淡化方面的研究工作。
中国苦咸水资源较为丰富,总面积为1.6兆平方公里,具有开采应用价值的微咸和中咸苦咸水资源量为20.05亿吨/年,其中微咸苦咸水为14.4亿吨/年,中咸苦咸水为5.65亿吨/年。以苦咸水淡化技术生产淡水,可作为淡水资源的重要补充。与其他国家的技术运用相比,中国淡化苦咸水的装机容量较小,自2005年以来维持在2.8万吨/天,只占世界苦咸水淡化产量(700万吨/天)的0.4 %左右,开发利用潜力很大,开展苦咸水淡化膜法进行苦咸水淡化,有助于解决缺水的难题,此项技术应是解决中国水资源短缺主要的技术措施之一。

2.5 污水资源化是解决缺水的主攻方向
工业废水排放达标率一直在90%以上,工业用水重复利用率在80%以上,城市生活污水处理率在50%左右。工业和生活废水、化学需氧量和氨氮的排放量,从2006到2010年呈下降趋势,治污能力在提高。2010年城市污水再生水量占城市污水总量的比例为8.5%,到2015年将争取达到10%。2008年北京市再生水首次超过地表水的新用水量,占总用水量的18.4%,成为一个非常稳定的水源。当前,北京市的中水利用率为30-40%,每年利用中水6亿吨,在中国处于领先地位,但与中水利用率的理想值30-50%的目标还有一定的距离。2010年全国城市污水回收利用率为8.5%,与城市用水的需求有相当大的缺口。目前已具备技术力量和经济实力来进行污水治理资源化的工作。实现污水治理资源化,提高水重复利用率,是今后长期治理污水的工作重点,是解决水资源短缺的根本出路。

2.6 雨水资源化工作亟需重视和加强
大多数城市,主要以江河湖泊等地表水、地下水以及外调水(如南水北调)作为主要水源,对雨水的开发利用不够重视。雨水是继中水、海水之后的人类“第三水源”。中国平均年降雨总量为6.2万亿吨,除通过土壤水直接利用于天然生态系统与人工生态系统之外,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2.8万亿吨(仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚),是一个具开发价值的水资源。围绕雨水资源的综合利用,尽管中国已开展理论探索和科学研究 ,但在协调统筹雨水综合利用与排水设施规划建设、雨水综合利用与供水关系等方面还存在一些问题,相关的法律法规建设和技术规范与管理等工作滞后,各项基本设施不健全,再加上公众认识不足、公众教育缺失等原因,影响了其开发利用工作,使其重要性没有得到应有的体现。
很多大城市在雨水资源开发利用方面取得了积极成效。如起步最早的北京市,2006年,100个集雨项目共收集雨水200万吨,分别占全市年均降雨量、年用水总量的万分之二和万分之六,并且其成本比自来水低很多,每吨仅约0.1元。

3.未来展望
当前中国水资源短缺的矛盾越来越突出,此与水资源法律和监管体系建设缺失、发展理念不科学、基础水利设施建设滞后、构建节水型社会宣传引导不力等有着直接联系。今后制定解决中国水资源短缺的对策,应权衡长远发展和短期目标,建立符合中国国情和水情的法律法规和监管体系,将环境治理和经济发展同等看待,研发和引进世界上先进的水处理技术,开发新水源,提高水资源重复利用率,才可从根本上缓解水资源短缺的问题。
首先,在政策层面上,构建节水型社会,建立完备的水资源法律法规和监管制度,加强用水总量控制与再生水利用。
其次,在发展经济方面,培育符合中国国情的经济增长速度及规模,是解决中国水资源短缺的主要出路和努力方向。应摒弃过去以“大量生产、大量消费、大量废弃”为主要特征的增长方式,积极倡导确立以“低消耗、低排放、高效率”为理念的可持续循环经济发展模式。
再次,要完善地表水和地下水资源的监管体系,通过加大专项配套资金投入以及技术升级的办法,强化对水资源的保护力度,始终将水污染治理作为重要施政工作常抓不懈。
最后,要重视非常规水的利用工作。非常规水源的开发利用包括雨水和再生水利用两个方面。当务之急是做好四件事情,加强规划、增加投入、修缮设施、引进技术。改变传统思维定式,不能先污染再治理,应将保护与治理同等对待,做到将污染降到最低,把有限的资金用在刀刃上。
因此,提出符合国情的实施方案是必要和迫切的。简而言之,我国缺水问题由来已久,水生态环境恶化和污染日益严重的情势,无疑增加了恢复水生态环境和治理污染的难度,但亡羊补牢犹未晚也。而国家和各级政府制定颁布的水资源的法律法规,对水资源与经济社会发展、环境保护及可持续发展与人类健康的关系等都有科学阐述,相信中国水资源短缺问题的解决将指日可待。

原标题为《中国水资源现状及其未来发展方向展望》(有删减)
本文来自环境工程微信。


来源:给水排水

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