污水循环利用范文

导语：如何才能写好一篇污水循环利用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】循环利用；污水治理；技术研究

一、城市污水的循环利用

（一）城市污水循环利用的原因

污水循环利用在发达国家已得到广泛应用，而且越来越多的行业已经开始利用处理后的污水。污水循环利用越来越受到重视的原因主要包括：人口增加和用水量的增加对现有水资源的压力越来越大；人们开始意识到污水循环利用是一种非常可靠的供水源；成功的污水循环利用工程越来越多；供水和污水处理行业越来越意识到污水循环利用的经济和环境效益；蓄水工程（如水坝）的环境和经济成本越来越高；人们逐渐意识到与过度用水有关的环境影响；趋向于回收成本水价制度的引入促进了污水的循环利用；为满足高水质标准而进行污水处理厂更新改造的成本不断增加。

（二）城市污水循环利用的意义

推进污水的循环利用充分体现了科学发展观以人为本的要求，反映了广大人民群众的迫切愿望，是推进城市化建设的客观需要，是实现水资源合理配置、科学保护、循环利用的重要手段，对建设资源节约型、环境友好型社会意义重大，对我国经济又好又快发展意义重大。

二、城市污水治理技术研究

选择城市污水处理工艺的关键在于入口的水质水量特性和出水水质标准，但二者恰好也是在中国当前技术条件下的薄弱方面，特别是存在于城市污水处理的工程设计中。所以，要想使污水能够循环利用，还需对污水的处理进行进一步的技术研究。

（一）城市污水循环利用的原则

中国目前也花费巨资建设了许多城市污水处理厂，但不足的是，再生水经过处理后却并没有充分利用起来。有的地区竟然将未经处理的污水与处理后的再生水混合起来并让其随意流淌，有的地区没有合理利用再生水，而是将它直接排入大海，这样严重浪费了淡水资源。为此，充分考虑污水的再生利用成为城市污水处理决策中的重点。经过城市污水处理厂处理过的出水一方面可以用作补充地下水、农业灌溉、市政杂用水、工业用生产冷却用水等；另一方面，也可把经过城市污水处理厂处理过的出水当作水文循环的组成部分，质量合乎要求的出水，可以排放到河流水体中，这样可使河流水体成为原水源来维持或供下游河流使用，不但具有经济可行性，而且使河流自净能力得到发挥并可使风险减少。

根据中国的城市污水处理技术政策，各类规模的污水处理设施应以经济合理和卫生安全为原则实行污水再生利用。使再生水在城市杂用、农业灌溉、生态恢复、绿地浇灌和工业冷却等方面的利用得以发展。用水的水量和水质，根据用户需求和用途以及城市污水再生利用原则进行合理确定。污水再生利用的方法可选用混凝、过滤、消毒或自然净化等深度处理技术。因此，水环境污染严重的地区和缺水城市，城市污水再生利用工程的积极实施和低投资性或非投资性的节水减污工作的完善，成为远距离调水规划建设之前应准备的任务。

依据现状水量及用水需求，以实际可能的原则和客观需要并按照远期规划确定最终规模为依照，来确定城市污水再生利用规划建设的实施规模。国情、实际条件和用户需求是城市污水再生利用技术选择与工程实施要考虑问题，对于选择城市污水再生利用的处理程度、再生水质、处理流程、规模、使用用途、输水方式上，既要经济合理，又要满足要求。工业冷却、市政杂用、农业灌溉、生态环境、景观水体、生活杂用和补充地表水是目前城市污水再生利用所着重的。

经过全面的技术经济比较后，再根据水质特性、再生水用途、处理规模及当地的实际情况和要求，确定城市污水再生处理工艺的优选。另外，再生处理单位水量投资、再生处理单位水量电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体经济与社会效益等是工艺选择的主要技术经济指标。详细调查或测定再生水水源的现状、水质特性和污染物构成，做出合理的分析预测是城市污水再生利用工程设计的基本原则，还应注意工艺设计参数的优化和不同的单元工艺组合的采用，以便于再生水水源水质和再生处理水水质要求的切合实际且安全可靠的确定。

（二）几种先进的污水处理技术

1.CCAS连续循环曝气系统

CCAS工艺，即连续循环曝气系统工艺（Continuous Cycle Aeration System），是一种连续进水式SBR曝气系统。它是在SBR（Sequencing Batch Reactor，序批式处理法）的基础上通过改进而形成的工艺。1914年前，SBR工艺就研究开发成功了。但存在很多问题，比如人工操作管理太烦琐、监测手段落后及曝气器易堵塞等，因此难以推广应用在大型污水处理厂中，而只被普遍认为在小规模污水处理厂适用。进入60年代后，有了飞速发展的自动控制技术和监测技术，也研制成功了新型不堵塞的微孔曝气器，创造了广泛采用间歇式处理法的条件。1968年，在美国ABJ公司与澳大利亚的新南威尔士大学合作下， “采用间歇反应器体系的连续进水，周期排水，延时曝气好氧活性污泥工艺”便问世了。1986年，CCAS工艺被美国国家环保局正式承认为属于革新代用技术（I/A），目前它成为最先进的电脑控制的生物除磷、脱氮处理工艺。

2.SPR高浊度污水处理技术

SPR污水处理系统采用的是化学方法，在真溶液状态下析出溶解状态的污染物，具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒便可形成；至于有机污染物、色度等可采用高效而又经济的吸附剂将其从污水中分离出来；然后污水中的各种胶粒和悬浮颗粒在采用了微观物理吸附法的作用下凝聚成大块密实的絮体；再使絮体与水快速分离，由于絮体在自行设计的SPR高浊度污水净化器内，所以要依靠旋流和过滤水力学等流体力学原理来实现。而且净化器出水达到三级处理的水准并可实现回用，那是由于清水经过罐体内自我形成的致密的悬浮泥层的过滤；污泥则高度浓缩在浓缩室内，靠压力定期排出，由于排出的污泥具备了含水率低、脱水性能良好的优势，因此能够直接送入机械脱水装置。经脱水之后的污泥饼还可以制造人行道地砖，使二次污染也得到免除。

3.BIOLAK污水处理技术

百乐卡工艺是一种多级活性污泥污水处理系统，它同时具有脱氮除磷的功能，是在最初采用天然土池作反应池的基础上经过发展改进而形成的污水处理系统。1972年以来，经多年研究，最终形成了采用土池结构、利用浮在水面的移动式曝气链、底部挂有微孔曝气头的一种具有一定特色的活性污泥处理系统。此系统由于采用土池而使建设投资大大减少，由于采用曝气链曝气系统使氧的转移效率得到进一步强化，大大增强了处理效果，并降低了运行费用。该工艺具有简捷的设计，管理不复杂，同时具有较大的经济和社会效益。

结论

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关键词 自然循环；污水处理；技术；应用；原理；

Abstract: With the social development and progress, more and more attention to the natural cycle of sewage treatment technology, the natural cycle of sewage treatment technology is of great significance for real life. This paper describes the natural cycle of the application of the sewage treatment technology and innovation.

Keywords natural cycle; sewage treatment; technology; applications; principle;

中图分类号：U664.9+2文献标识码：A 文章编号：

引言

生物滤池是以土壤自净原理为依据发展起来的生物处理技术。生物接触氧化法已应用多年，并在实践中不断得到总结提高，特别是滤料的研究和应用，稳定提高了污水处理的净化度和出水水质。日本自然循环污水处理技术是生物滤池技术的先进典型代表，采用自然的净化原理和自然的净化材料，应用淹没式生物滤池工艺对污水进行净化处理。具有处理效果好，污染物去除率高，运行稳定，易于操作管理，运管费用低，抗冲击负荷强，氨氮的去除率较高，无需专门培养菌种，污泥产生量少，占地面积小等特点。

1、自然循环方式污水处理技术原理

自然循环方式污水处理技术是由日本东京大学发明，该技术的创新点在于模拟土壤和水田对污水的自然净化原理，不使用任何化学药品，完全利用天然微生物对污水进行非介入净化处理，以经过加工的落叶，朽木、木炭、石块等生物相容性高的天然材料作为填充过滤净化材料，富集优势微生物群落，通过科学的组合，形成的一套比较新颖的污水处理系统(见图1).

2、自然循环方式污水处理系统组成

自然循环方式水处理工艺根据上壤和水田处理自然净化系统设计的基本模型(图2)，包括污泥消解槽、沉淀槽、厌氧生化槽、好氧生化槽、脱磷槽和吸附过滤槽.每个反应槽分两格:第一格为下向流，无填料或充填大孔隙率人工填料，可使污水中的大颗粒污泥沉淀分离并维持一定的生化作用;第二格为上向流，在水流与曝气的协同下，发挥了效能显著的防止填料堵塞和污水短流的作用.格内填充本工艺的特有填料，实现相应的水处理功能.并设置有反冲洗系统，实现反冲洗和排泥功能.

2.1沉淀槽

原水经格栅后由分配槽进人沉淀槽，污水中约有50 %的骆和20%的COD在沉淀槽内以污泥的形式去除

2.2厌氧生化槽

经沉淀槽溢流的污水进人到厌氧生化槽，该槽内填充有塑料接触滤料，其目的是深度过滤和水解酸化，进一步拦截污水中的悬浮物质和毛发等物，提高污水生化性。

2.3好氧生化槽

好氧生化槽内填充有经特殊加工的生物木碳填料，底部设有曝气系统，生物木碳具有比表面积大，孔隙率高、中大孔发达(图3)，生物亲和性强，微生物相丰富(图4)等优点，在溶解氧充足的条件下，污水中有机物和磷在本槽内被吸附、分解，部分有机氮在生物碳表面的微生物好氧和厌氧微环境中被同步降解.

2.4脱磷槽

脱磷槽内填充有废铁屑等脱磷填料，可以起到固定磷的作用，进一步去除污水中剩余的磷酸盐.

2.5吸附过滤槽

吸附过滤槽内填充有比表面积非常大的阔叶林木炭，具有很好的吸附和脱色除臭作用，使污水得以深度净化.

2.6污泥消解槽

污泥消解槽的每个槽均有污泥沉降和收集系统，污泥通过污泥泵或气提泵被移送至污泥消解槽进行曝气消解，进一步降低污染物，削减污泥量.

具体应用时可根据实际情况对各处理构筑物进行相应调整，填充不同生物接触材料，以实现不同的功能.系统污水全部以自流形式进人各处理槽，不设提升泵.令该项技术在有机物降解、除磷、脱氮和运行能耗等方面明显优于传统生物污水处理技术，出水经消毒处理后可达GBT 18921一2002所规定的回用水要求.

3、日本自然循环污水处理技术的应用

2006年，海埂会议中心片区污水处理工程作为云南省环境保护厅的示范工程，引进日本自然循环污水处理技术，经消化吸收后进行设计开发：

(1)整个系统采用推流式接触氧化池，一次提升，节约电能。

(2)脱氮池采用腐朽木作为填料，补充c源，提高TN的去除率。 ’

(3)除磷池采用铁屑作为除磷剂，采用废弃物以自然状态有效除磷。

(4)采用专用的不饱和炭，确保污水的净化度和出水要求。

(5)完全采取自然培养适生菌，不需专门培养菌种，运行管理简便易行。较适用于水质、水量变化大的机关、学校。

(6)由于项目位于滇池度假区内会议中心，环境对噪声要求高，设计采用沉水式鼓风机，有效控制噪声，减少风机房。

(7)主体设施置于地下，覆土绿化，以获得较好的周围环境。

(8)出水回用于景观、绿化、地坪清扫。

4、工程总结

工程于2008年10月建成投入运行，2a来，多次监测结果显示：操作管理简便易行，运行费用低，除磷脱氮效果好。

4．1 出水水质

经10次跟踪监测，出水水质稳定，污染物去除率高，运行平稳。其监测分析数据见表1。

由表Z可以看出NH3一N的去除率较高，而COD由于进水浓度较低，去除率也较低，但是此去除率是在较低进口浓度下得到的，而在国外、省外高浓度进口条件下，此去除率)95 %，在国外、省外低浓度进口条件下，此去除率,50%，同等水质去除率达到了国内先进水平。

4. 2采用铁屑自然除磷

污水处理采用铁屑填料，利用铁氧化为铁离子自然除磷，减少了强化除磷药剂的使用，降低了管理、运行费用，便于管理。

4. 3采用腐朽木作为补充C源

随着城市用水量的增加，污水C/N越来越低，对于低C/N比城市污水，要处理达标排放，需要补充C源。药剂增加、运行成本高。采用价廉易得的腐朽木作为生物接触氧化填料，提高了脱氮能力和净化度，具有良好的处理效果。

4. 4优质的不饱和炭是确保水质净化度的关键

不饱和炭是专门为净化处理污水开发的具有物理吸附/生物分解特殊功能的污水净化材料。不饱和炭具有多孔性和大小不一的孔径，非常适合微生物和原生动物的生长繁殖，多氨基葡萄糖复合体是具有生物活性的物质，’经过多氨基葡萄糖复合体覆盖在各种木炭表面和内部孔径的表面，更有利于微生物栖息繁殖，提高污水的净化度。

4. 5自然除臭，对周围环境影响小

系统采用活性炭、木炭、腐朽木等多种多孔吸味材料，大大抑制了臭气的溢出，可最大限度地消减气味，降低了对周围环境的影响。

4. 6采用先进的沉水式风机，满足周围环境要求

采用沉水式鼓风机，设置于水下，大大降低了噪声，满足了度假区和会议中心的环境要求，减少了建构筑物和占地面积;同时，利用鼓风气体形成空气泵抽吸各池产生的污泥，减少了动力消耗。

4. 7采用推流式接触氧化池，节约能源

工程采用推流式接触氧化池，置于地下，一次提升，节约能源。地面上覆土绿化，使污水处理站与周围环境相协调。

5、应用前景

示范工程经过2a多的运行，达到了预期的目标，云南省环保厅给予了验收批复:“示范工程处理工艺消化吸收了国内、外先进技术和设计理念，集合了多项污水净化新技术和新观念，各项指标优越，符合批复要求，为我省增加了一项小型生活污水处理先进技术，具有较好的推广应用价值和前景”。

自然循环污水处理技术属淹没式生物滤池也称生物接触氧化法。对于出水水质要求高、操作环境差、气候条件恶劣的地区应用优势明显，在低温、青藏高原地区较其它工艺技术更能适应。

结束语

自然循环方式污水处理技术的应用取得了巨大成功，验证了将该技术应用于中国的污水处理领域的可行性和优越性，和传统的生化污水处理技术相比具有以下优点:

(1)占地面积小.可以完全建在地面以下，系统上面覆盖草坪，基本可以做到零占地面积，对于当今土地资源极为紧张情况下非常有意义。

(2)运行管理方便.可以做到无人值守，只须每隔1 - 2个月进行一次简单反冲洗，每次反冲洗的排泥量大大少于传统生物污水处理工艺的产泥量，减少了污泥处置费用。

(3)填料使用寿命长.该装置的生物碳净化材料可长期连续使用，装置投人使用后10a内无需更换.就已投人运行装置观察，4a来，未见生物木炭等填料系统出现堵塞。

(4)处理水质好.自然循环技术致力于低浓度废水的处理，主要应用于中水回用工程，出水水质好，稳定.达到景观水体标准。

(5)运行成本低.自然循环方式污水处理技术的氧利用率高，只需少量曝气，产泥少，处理系统采用重力流进出水，能耗低，处理单位体积水的成本极其低廉，仅为0.15 - 0.3元/m3。

自然循环方式污水处理技术值得借鉴的地方很多，公司拟对该技术的实际工程进行长期观测，总结经验，加深对核心过滤填料的研究.研制出更廉价实用的滤料，优化处理工艺，期待该技术在污水处理行业得到相应的推广和应用。

参考文献

[1]本书编委会．。三废处理工程技术手册 (废水卷) [M]．北京：化学工业 出版社 ，2000．

[2]里荣枕 ，乔 寿锁 ，王家 廉．污废 水处 理设 施运 行管理 [M]．北京 ：北京 出版社 ，2006

[3]余杰，田宁宁． 自然循环式污水处理 系统及应用实例研究[J]．环境污染治理技术与设备，2005，6(3)：79—82．

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关键词：注水政策 调控 研究推广

扶余西区部分区块自2004年调整以来含水上升速度过快，导致单井产液平面矛盾突出，从单井产液分级上看，27.3%的井只产出了9%的液量；另外17.8%的井产出了38.7%的液量，平面矛盾十分突出。同时为了控制油井含水上升速度快，只能是片面的控制层段注水量，结果导致区块压力水平变低，使得注水方案调整陷入了两难境地。为了提高区块最终采收率，必须开展区块无效水循环治理，实现区块长期高效开发。

一、无效水循环原因分析

扶余油田西区，已经开发了几十年，导致区块的平面矛盾突出、水驱不均衡，无效水循环明显；

同时层内矛盾突出、水驱不均衡，也使无效水循环明显。统计区块内34口吸水剖面资料，共计130个注水层段，配注层段射开厚度1141.4米，其中层段内不吸水厚度占25.7%，弱吸水厚度占12%，强吸水厚度占9.09%。非均匀吸水厚度达到46.79%。在130个注水层段中有80个层段，段内存在着吸水矛盾，占统计层段数的61.5%。从后期新井取芯资料分析，层内剩余油富集，底部水洗严重.剩余油主要分布在油层上部。储层的正韵律沉积底部，经过长时间的注水冲刷后，层内出现了大孔道，形成渗流通道，进一步加重了层内矛盾。

二、无效水循环的弊端

1.因油田的长期开发，导致油层动用后，含水上升速度快，潜力发挥程度低；

以西29-17.4井为例：2005年10月投产，初期含水较低38.5%，投产后含水持续上升，10个月后综合含水上升到81.8%，上升了43.3%。见图1

2.大部分井组已处于高含水开发状态，稳产水平低。

53.4%的井组已进入特高含水开发期，41.9%已处于高含水开发期，稳产水平低。

三、具体治理措施及效果

1.以动静态分析认识的基础上，实施了加强注水政策

2008年为了进一步提高地层能力，提高油井产能，在动静态分析认识的基础上，实施了加强注水政策：

强注后基础井液量上升、油量下降、含水上升、液面上升。见图2

油藏监测工作量进行了压缩，无法满足分层认识需求。

2.以油藏监测资料为依托，实施水淹层堵水

区块内含水95%以上的高产液井有57口，结合监测资料分析，对出水层位判断清楚的25口井，其中纯堵水井只有12口，堵压结合井7口，原层位堵水井6口。

堵水对控制无效循环是有效的，对改善周围油井开发效果是有利的。实施堵水井在堵水前后对比，日产液下降81.6吨，平均单井日降液9吨，含水下降3%，产油量保持稳定。

堵水后扩大了注水波及体积，提高了区域效果。统计9口井周围的24口非措施井，前后对比日产液上升6.5吨，日产油上升2.32吨，自然不递减，综合含水稳中有降，提高了区域开发效果。

3.针对注采矛盾单一地区，重点以堵水、压裂技术为主，优化产出结构，控制无效水循环

针对注水单方向突进地区，对高产液、高含水井进行堵水，对低产液、潜力较大方向实施压裂引效，控制水驱方向。

如23-022.2井注水主要北向驱，南侧21-021.4不受效，产液低，含水低，井区潜力发挥程度低。对策是堵水23-23.4井的8+9小层，同时对21-021.4井8+9小层压裂引效，最大限度地增加平面水驱受效方向，西21-021.4井在压裂引效后效果很好，F78+9层日产油达到6.1吨。

四、认识

1.要提高堵水效果，扩大堵水规模，必须加大监测力度，提高分层认识，只有以清晰的分层认识为指导，才能把堵水工作推向深入，同时堵水技术也是控制无效水循环的有效手段；

2.以堵水为重点，以压裂技术为主，优化产出结构，控制无效水循环技术在综合治理中也发挥了重要作用；

3.认清地下形势，确定矛盾类型，是科学指导综合治理方案制定的前提。要抓住主要矛盾，采取多元化的治理对策，才能提高综合治理效果；

参考文献：

[1] 李中兴，赵继勇，李宪文，等.超低渗透油藏渗流特征及提高采收率方向[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2009，28（SI）：5-7.

[2]赵文华，王建波，胡东亮，等.红柳煤矿1122工作面辅运巷注浆堵水技术实践[J].中国煤炭，2011，37（3）：105-107.

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关键词：水循环经济；开发利用；可持续发展；发展模式

水是重要的自然资源，是人类赖以生存和社会发展的必要资源。随着社会经济的发展，“水危机”日益显现，人们对于水资源的开发利用研究也经历了由低级向高级发展的过程。起初人们对水资源的研究仅仅局限于对水资源的开发利用，研究水资源的时空分布规律和运动规律，即着重于水资源自然属性的研究。随着人类的进步和社会的发展，特别是现代科技革命，使人们对水资源的研究产生了一个质的飞跃，逐步从水资源自然属性的研究过渡到水资源的社会经济属性研究，从社会经济系统的角度广泛开展对水资源合理开发利用研究，这些研究领域包括水资源与经济发展关系的研究、水环境安全的研究、水权水价的研究、水资源管理体制的研究等。随着水资源的日益短缺，以水资源的节约使用、清洁生产、水循环利用、污水资源化为核心的水循环经济理论与发展模式的研究逐渐成为当今水资源合理开发利用研究的最新方向。

1水循环经济的概念与特征

1.1水循环经济的概念

关于水循环经济的概念，到目前为止学术界并未明确提出，大多数是在循环经济的概念基础上，从城市或产业的角度提出了一些近似的概念。

陈琨[1]从实施水循环经济的模式方面，提出水资源循环经济应该至少包括两层内涵：一是在用水环节，对于跑、冒、滴、漏、污实现最小量化，最大限度地实现水的净化、回收、循环利用，达到或接近水的零排放；二是尊重自然界水的循环规律，在区域范围内，通过经济、工程技术、立法等手段调整水的时空合理分布和利用，维护水的自然循环系统，使水资源得以永续利用。张钡[2]从社会水循环的角度，提出了水产业循环经济的概念，他认为，水产业的循环经济应是一种在对水资源不断循环利用基础上的经济发展模式，其中污水处理资源化、减量化和无害化，是水产业循环经济的一条重要原则和标志。

正确而又合理的水循环经济定义是水循环经济系统分析、核算与制定水循环经济发展模式的基础。综上所述，在对水循环经济及其应用这一研究过程中，虽然各位学者给水循环经济所下的定义，规定的研究对象、研究范围等都有所不同，然而随着社会的进步和研究成果的大量问世，彼此间的差异将逐步缩小。本文认为，水循环经济首先是一种先进的水资源经济发展模式，它是建立在社会水循环系统分析的基础上，遵循循环经济的思想，按照水资源节约、水环境友好的原则，在人们在生产和生活过程中，在水资源开发利用的各个环节，始终贯穿“减量化、再利用、再循环”的原则，重视采用新技术、新材料、新工艺，并以完善的制度建设、管理体制、运行机制和法律体系为保障，提高水的利用效益和效率，最大限度地减轻和降低污染，来实现社会发展的最终可持续性。

1.2水循环经济的特征

根据水循环经济的定义，通过传统水资源利用模式和水循环经济模式的对比分析可以得出，水循环经济作为一种先进的经济发展模式具有如下特征。

1.2.1发展目标上追求效率、效益和可持续的统一性

水循环经济模式在发展目标追求水资源利用的效率、效益和可持续性三者的统一，要求水资源利用模式必须按这三大目标进行重新构建。

（1）效率特征要求水资源利用注重节水，节水应在不降低人民生活质量和经济社会发展能力的前提下，在先进科学技术的支撑下，采取综合措施减少用水过程中的损失、消耗和污染，提高水的利用效率，高效利用水资源。

（2）效益特征表现在中观上水资源配置的高效益，要构建节水型经济系统和节水型社会系统。例如，非农产业的用水效益大大高于农业，低耗水产业的用水效益高于高耗水产业，经济作物的用水效益高于种植业，这要求通过结构调整优化配置水资源，将水从低效益用途配置到高效益领域，提高单位水资源消耗的经济产出。

（3）可持续性是指水资源利用充分考虑了对生态环境的保护，不以牺牲生态环境为代价，这是水循环经济模式追求的最高目标。可持续性主要体现在宏观层面，要求区域发展与水资源承载能力相适应，塑造持续发展型社会；要求一个流域或地区量水而行，以水定发展，打造与当地资源禀赋相适应的产业结构；要求通过统筹规划、合理布局和精心管理，协调好生活、生产和生态用水的关系，将农业、工业的结构布局和城市人口的发展规模控制在水资源承载能力范围之内。

1.2.2管理环节上追求供水、用水和排水等环节的健康循环

发展水循环经济的最终目的是为人类提供健康的水资源生存环境，水循环经济要求水资源利用的各个环节和途径都应追求健康循环，且贯穿于整个水的社会循环过程中。水循环经济的健康、良性循环特征体现在水资源利用的各个环节中，需要贯彻以下三个基本原则。

（1）输入端的减量化原则（Reduce）。要求在供水环节，减少进入生产和消费流程的水资源量，即用较少的水资源投入满足既定的生产或消费需求，在经济活动的源头就做到节约水资源和减少污染。在生产中，要求采用清洁生产技术、节水技术和节水实践，从而减少生产过程中对水资源的需求量；在生活中，要求人们使用节水器具和采用节水实践来减少对水资源的过度需求，从而达到减少废水排放的目的。

（2）过程控制的再利用原则（Reuse）。为了提高水资源的利用效率，要求从上一工序或过程排出的水资源能够直接为下一工序或过程所用，水资源在生产过程中尽量多次重复利用。在生产中，要求企业采用清洁生产和先进技术，以便于排出的水能够不经任何处理就能为另一用途所用；在生活中，鼓励人们采取措施将生活水重复使用后用于冲厕、灌溉等用途。

（3）输出端的再循环原则（Recycle）。要求生产和消费过程中的污水重新变成可以利用的资源而不是无用的废水。废水资源化通常有两种方式：一是水资源循环利用后形成与原来相同的产品，二是水资源循环利用后形成不同的新产品，废水资源化后形成不同的产品可用于不同的用途。再循环原则要求水资源相关者将失去功能的废水恢复功能，从而可以再利用，以使水资源整个流程实现闭合。

1.2.3利用手段上追求科学技术、经济与行政手段的一体化

先进的科学技术是循环经济的核心竞争力，如果没有先进技术的输入，水循环经济所追求的经济和环境多目标将难以从根本上实现。水循环经济的技术支持体系由五类构成，包括替代技术、减量化技术、再利用技术、污水资源化技术、系统化技术等。

有效的经济政策是水循环经济发展的重要推动力和必要保障。水循环经济发展模式要求应充分发挥市场机制对水资源配置的基础作用，充分利用价格、税收和财政等各种经济手段，包括建立征收水资源税制度、上下游生态补偿制度、污水资源化税收优惠制度等，从而实现符合水循环经济发展要求的3R原则。

法律和法规作为一种强制手段可以有效地推动水循环经济的发展，也是所有发达国家普遍采用的重要手段。从目前法制建设的需要来看，我国在水循环经济立法中存在着很多立法空白，极大地影响了水资源循环利用的顺利进行，迫切需要制定新的法律法规来规范各种水资源利用的行为，例如：建立《节水型社会基本法》、《污水资源化利用管理条例》等法律和制度，是水循环经济发展模式在管理手段上的重要特点。2水循环经济国内外研究进展

在水循环的研究与实践应用方面，近年来许多国家和地区结合自己的实际做了大量的工作。这些国家和地区包括：澳大利亚、美国、加拿大、纳米比亚、日本、欧盟成员国以及西亚、非洲、拉丁美洲等国家。Asano等[3]认为水资源需求的数量和调配的范围随着人类生活与社会生产力的发展而不断扩大，一方面社会生产力的发展需要扩展水资源的调配范围；另一方面社会生产力的发展也提高了调水的经济和技术实力。Metcalf[4]从污水再生的角度系统论述了污水处理、处置和回用的基本原理。Beekman[5]从节水减污的角度系统论述了水体保护、循环利用的基本原理。Lund[6]对调水的成本与风险交易以及对自然、经济的影响进行了分析。Glenn-Marie[7]建立了国家层面水资源循环体系和水实物量核算投入产出表，并用于南部非洲国家（如纳米比亚）的水资源核算，进而分析水资源对各部门经济的影响，提出产业发展政策。

其中，澳大利亚无论在水循环研究方面，还是实践方面，都颇为成功。从1977年开始，澳大利亚有关部门便开始着手再生水项目的可行性研究，为了成功举办2000年悉尼奥运会，澳大利亚政府相继出台了《国家水资源管理战略框架》和《NSW城市和社区循环水利用导则》，并建立了相应的循环水管理机构、管理制度和标准；目前，在澳大利亚大约有500个污水处理厂，其中有一半从事循环水的开发，每年大约有150GL到200GL的废水被循环利用。2004年，在澳大利亚国会资助下，澳大利亚技术科学与工程学院出版了《澳大利亚的水循环研究》报告。这份研究报告介绍了澳大利亚当前水循环利用情况，主要强调生活和工业废水的处理程度和循环利用问题。报告讨论了一系列问题，既有国际的，又有国内的经验，并提出了未来水循环利用和管理的24条建议：水循环的定义、水循环经济的必要性、循环水的水权问题、相关制度和标准的修订和建立、循环水项目的可行性研究、循环水成本与价格方案与操作办法、对污水处理过程的技术创新、循环水项目的投融资方式、国家水资源管理机构改革、公众参与循环水项目的必要性等[8]。

随着水资源的日益紧缺，在中国，许多城市将废水循环利用作为满足日益增长水资源需求的一项重要的战略措施，对于水资源节约利用、社会经济系统水循环利用的研究也逐渐开展起来，但仍处于起步阶段，研究深度不够，成果较少。代表成果主要有：陈志恺[9]的“坚持科学发展观建设节水防污型社会研究”，贾绍凤[10]的“社会经济系统水循环研究进展”和陈琨[1]的“我国实施水循环经济模式的途径”等，这些成果对节水型社会的建立、社会经济系统水循环的研究方向、社会经济系统水循环的评价、水循环经济发展模式进行了研究。在实践方面，废水循环利用主要在以下几方面：农业灌溉，同时改善河流质量；作为工业冷却水；市政用水，如草地和树林；酒店和居民区冲洗厕所；经过处理的废水再利用于城市景观绿化；为了更加明确再生水项目执行的可行性，许多水资源短缺和污染严重的城市，如北京、天津、太原、大连和青岛，已选择部分地方和工业园区作为试点。

综上所述，随着水资源危机逐渐加剧以及人类对可持续发展目标的追求，传统的以“扩大水资源供给”为目的的工程水利管理方式以及对水资源不合理的开发、利用方式已经不能适应可持续发展战略对水资源合理开发利用的要求。传统的单一管理方式逐步向水资源与经济社会协调利用的循环经济方式转变，水资源与社会经济之间关系的研究也逐步由过去的单一水文学向多学科交叉延伸。

3水循环经济研究的新理论支柱

关于水循环经济研究的理论基础呈现出多学科交叉发展，可持续发展理论、物质代谢理论以及产业生态学理论逐步成为该领域研究的主要理论支柱。

3.1可持续发展理论

产业革命以来，人类活动对自然的两重性愈加明显，随着人口问题、资源问题、环境问题——即全球问题的提出，可持续发展成为我国，也成为全世界二十一世纪发展经济的主题。这就要求要将水资源合理开发利用提高到人口、经济、资源和环境共同协调发展的高度来认识。可见，“可持续发展”的思想将推进水资源的开发和管理，并由此构成未来水资源管理的新理论。

首先，可持续发展理论要求水资源利用要关注流域尺度或区域惊尺度的可持续发展。由于水资源与水环境系统以流域尺度为基本单元，可持续发展在协调水环境系统与经济系统的关系时，必须以流域整体思想为指导。恢复和逐步改善流域水资源环境系统的功能，是谋求可持续发展的必由之路。

其次，可持续发展理论要求定量描述并分析水环境系统与经济系统的关系，使得水环境核算研究成为当前水环境经济领域的最前沿课题。水环境核算包括实物量核算与价值量核算，实物核算是建立在水循环定量分析的基础上，用实物单位描述经济系统与水资源的输入输出关系；价值核算集中在水环境价值的内涵、类型及量化方法上，水资源价值核算将为水权、水价、排污权等水环境保护市场机制的形成奠定理论基础。

最后，可持续发展理论要求水资源利用从循环经济的角度考虑。循环经济作为生态效率高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的经济生产模式，在全球范围受到广泛的重视，是对可持续发展的重要贡献。

3.2物质代谢理论

人类社会发展的实质是物质生产和消费方式在不同时期的动态演进，也是人类对自然世界不断进行改造的历史。早在19世纪中叶，马克思就曾注意到城市迅速发展导致养分循环代谢断裂的问题（MetabolicRift），并且指出人类社会与自然界之间存在着相互制约、相互影响的重要生态关联[11]。但这以后，很少有学者在此基础上进一步提出物质代谢研究的重要思想或分析方法。

直到20世纪60年代，Kneese与Ayres以及Leontief等经济学家重新意识到现代经济社会中物质代谢过程的重要性，明确指出应当尽早开展关于物质流系统的研究，并且基于经济学理论和投入产出方法分别提出了物料平衡分析的初步方法，用以解释经济系统的生产与消费以及外部性问题，从而推动了物质代谢研究开始逐渐应用于识别产业经济结构及其导致的环境影响。1988年Ayres首次提出物质代谢（IndustrialMetabolism，也叫产业代谢）的概念，并且指出所谓物质代谢就是现代经济体系运用劳动力要素将原材料转化为产品与废物的一系列物质过程的集合，这标志着物质代谢研究范畴正式确立并得到广泛认可[12]。

进入20世纪90年代，产业生态学的建立和进一步发展为物质代谢理论和成果应用提供了切实的理论依据，促进了现代物质代谢分析技术的发展与繁荣，使得人们逐渐认识到现有的物质生产和消费模式，即物质社会代谢的结构与组织形式，是导致人类社会与自然生态系统之间尖锐冲突的本质根源。由此，以优化或重组物质代谢过程为目标，从根本上转变现行经济结构使之更加符合自然生态规律，已成为实践可持续发展道路的主流方向之一。同样，水循环经济发展模式的研究也需要分析生产、消费等环节的水资源物质流代谢过程，从根本上提出符合水资源节约、高效的经济发展模式，因此，物质代谢理论成为了水循环经济研究的基础理论之一。

3.3产业生态学理论

产业生态学主要以物质和能量代谢为主要研究内容。其主要采用物质利用强度、物质生产力、循环利用率三种指标分析社会经济的物质代谢效率[13]。以生产部门的水资源为例，物质利用强度通过分析部门水资源消耗强度与其相应的经济产出在整个经济系统中所占比例，识别水资源利用效率；物质生产力则将水资源投入作为生产力要素之一，采用单位水资源的产品或产值指标来衡量水资源生产力水平。水资源利用强度越低、水资源生产力水平越高，说明经济体系对于水资源投入的依赖性越小，系统的封闭性越好；水资源循环利用率则用于表征经济系统内部产生的“废水”或“水污染物”的再循环、再利用程度，循环利用率越高，说明耗散损失进入环境的水污染物越小，经济活动对水资源、水环境的压力就越小，而系统的稳定性也越高。

应当指出，虽然自然生态系统的构成与运行模式为重新组织现代经济生产方式与消费提供了一个参照系，但是到目前为止产业生态学并未提出标准的社会经济发展模式来保证这一战略目标的实现，目前关注的焦点问题主要包括：（1）自然生态系统的资源代谢过程的组织和协调机理如何？对于现代社会的生产和消费以及污染物的循环利用有哪些现实意义？例如，水资源在社会经济系统中的代谢规律如何进行定量描述？如何提高废水循环利用率？（2）自然生态系统中的物质分解和再利用的方式有哪些？它们对发现水循环利用的新途径有哪些启示？例如，如何避免经济系统中污水回收和再利用过程本身也可能导致的环境污染？尽管产业生态学理论尚未发展完善，但是其提出的一系列理论方法为水资源的社会经济系统分析和循环经济发展模式制定提供了重要参考价值，使水资源循环经济按照自然生态系统的组成结构、运行规则重构社会经济系统成为可能和可行。4水循环经济研究新方法与手段

在对水循环与经济发展关系研究的方法上，由于水的流动与循环，水环境系统与水社会经济系统在不同时空尺度下进行能量、物质的交换并交互影响，现代水资源与经济发展关系研究必须从系统的角度出发，研究水环境系统与水社会经济系统的整体行为、演化规律及其相互作用，从区域、流域方面加强水资源循环、定量分析。为此，物质流分析技术（MaterialFlowAnalysis,MFA）与投入产出分析技术（Inputandoutput,I/O）成为了水循环经济研究的主流方法。

4.1物质流分析技术（MFA）

物质流分析是根据工业代谢和社会代谢的概念，依自然环境为经济社会系统提供的物质输入，通过加工、贸易、使用、回收、废弃等过程形成的系统内存储，以及返回到自然环境中的物质输出等环节过程进行各类物质统计。根据物质守恒定律，整个系统中的输入量应等于输出量与存储量之和。物质流分析中，主要衡量的是社会经济系统中的物质投入、产出和物质利用效率，只考虑通过研究系统边界的物质输入/输出流，而对系统内部的物质流动结构不再细化反映。物质流分析提供了关于环境与经济体系运行机制的整体理解，使得决策者能够确定关键问题所在、选择优先控制目标和相应政策方案，从而通过改善整个经济体系的物质代谢效率来解决生态环境问题。因此，物质流分析已成为20世纪90年代以来环境管理和政策制订的重要技术方法，广泛为发达国家和国际组织所采用[14]。

从物质流分析和水循环经济的相互关系来看，物质流分析的调控作用主要体现在以下几个方面：

（1）减少水资源供应总量。在社会经济活动中，需水的多少直接决定水资源的供应量和对生态环境的影响程度，水资源消耗的减少意味着水资源供应的减少，其对整个社会经济和环境的意义是极为重要的。通过物质流分析，可以发现各部门、各环节水资源输入量的多少，进而通过技术和管理手段，不断提高水资源利用率和增加水资源循环利用量。

（2）提高水资源利用效率。水资源利用效率反映了水资源消耗与经济发展之间的关系，其中生产技术和工艺是提高水资源利用效率的核心。通过物质流分析，我们可以分析和掌握水资源消耗和产值之间的关系，并通过技术、工艺改造和更新，减少水资源的消耗定额，达到尽可能少的水资源消耗获得预期经济与环境可持续发展的目的。

（3）增加水资源重复利用量。通过对生产过程的水资源利用的物质流分析，寻求提高水资源的重复利用率的途径，可以增加水资源的循环使用量，延长水资源的使用寿命，减少水资源的初始投入，从而最终减少水资源的投入量。企业内部、产业间的水资源重复利用，中水回用，雨水和污水资源化利用等都是提高水资源重复利用的重要内容和形式。

（4）减少最终水污染排放量。实际上，在社会经济活动中，通过提高水资源利用率、增加水资源循环利用量，不但可能减少水资源投入总量（新鲜水量），同时也可以实现减少污水排放的目的。因此，在发展水循环经济的过程中，可以通过提高水资源利用率和循环利用率，实行节约用水，达到减少水污染物排放的目的。

4.2投入产出分析技术（I/O）

投入产出分析起源于美国经济学家瓦西里•列昂惕夫的“投入产出分析”。列昂惕夫1931年开始研究“投入产出分析”，主要用于研究美国的经济结构，1968年联合国把它推荐为国民经济核算方法，现已在许多国家得到推广和应用。我国于1974年开始编制了部分产品的1973年投入产出表。一些省市和一些大中城市也编制了投入产出表。1988年底完成了国家1987年的投入产出表的编制工作。同时，各省、市、自治区（除、台湾外）也都编制了本地区的1987年投入产出表。这些投入产出表不同程度地为中央和地方各有关部门应用于管理、决策，并取得了显著成效[15]。

投入产出模型应用于资源环境问题的研究开始于20世纪70年代，Leontief和Ford[16]用投入产出模型研究空气污染问题，Carter和Ireri[17]用地区间投入产出模型研究加利福利亚和亚利桑那州的水资源调配问题，Thoss和Wiik[18]用投入产出模型研究水资源管理问题，Hendricks[19]用投入产出模型研究水资源的供需平衡问题，谢梅等人[20]用投入产出模型研究北京的城市水资源系统，陈锡康[21]建立了山西省水资源经济投入产出模型并研究水资源价值问题。

将水资源和环境问题纳入投入产出模型中进行研究，为观察经济活动的水资源消耗强度和水污染物排放强度（即计算水资源消耗系数和水污染物排放系数）提供了前提，同时也为进一步利用投入产出表的消耗系数，将水资源消耗和水污染物排放置于国民经济各部门的普遍联系之中，为水循环经济的物质流分析和价值流核算、循环水价格的制定等提供了良好的分析工具；此外，可以将投入产出模型与计量经济模型相结合，预测社会经济各部门未来水资源消耗量和水污染物产生量、排放量，根据水循环经济发展目标，提出产业结构调整的合理化建议，为水资源可持续发展经济模式的探索奠定了基础。

5水循环经济研究的重点问题

水循环经济研究的目标首先是建立科学的水循环经济理论体系；其次是技术体系适宜，经济保持适度发展；第三是选择合适的水循环经济发展模式；第四是要建立良好的水循环经济管理体制和经济运行机制，这也是今后一个时期水循环经济需研究的重点问题。

5.1水循环经济理论体系构建的研究

水循环经济理论体系的构建是水循环经济走向实践的重要基础，需要从以下几个方面着手：（1）不断地寻求理论创新，建立起符合社会经济规律的水循环经济理论与方法体系，从而更好地指导水循环经济发展的实践；（2）加强对水循环经济发展模式的研究和经济学分析，从而不断提高水循环经济模式的运行效率，促进水循环经济模式的推广；（3）加强对于流域、区域、城市和工业园区等水循环经济发展的长期分析，探索水循环经济发展的内在规律，并逐步试点示范，从而更好地服务于水循环经济发展战略与政策的制订；（4）加强对于水循环经济运行的多角度分析，如市场、价格、技术、规划、法律等，从而不断充实和完善水循环经济的内容体系；（5）加强水循环经济与相关学科的对比与借鉴研究，从而不断推进水循环经济理论的完善与发展。5.2水循环经济发展模式选择问题的研究

水循环经济发展模式的选择体现在水循环体系的各个环节之中，包括供水、生产和生活用水、污水资源化、雨水利用等。其目的很清楚，一是节水，减少对自然水资源的索取，二是减少排放，减少对自然水生态的扰动。水循环经济发展模式在人类实践中早有应用，如节水器具，节水的绿色建筑，还有各种中水的回用等。总体来看，对这些模式的研究和分析还不够深入，没有更好地提炼总结，尤其是从经济学角度的分析还有待加强。由于水循环经济概念出现的时间较短，还难以评价各种模式实施的效果，这也都需要加以系统分析[1]。

（1）节约用水模式研究。长期以来我国农业采用大漫灌的灌溉方式，用水量大，利用率低，浪费严重。可见，我国农业节水潜力相当可观，应大力研究和分析农业节水模式，通过节水灌溉和节水农业相结合的办法实现农业节水。要加强对工业行业节水的经济学研究，通过产业布局的调整和产业结构的调整，达到水资源节约利用和水环境污染控制的目的。在城镇，要加强水的循环利用研究，控城镇生活的用水浪费，减少城市给水管网和用水器具漏水损失，充分发挥节水的潜力。要研究和分析各种节水模式的成本和效益，通过成本和效益的比较，选择最优的节约用水模式。

（2）清洁生产模式研究。近年来，世界上大力推广清洁生产，广泛采用循环利用经过处理的工业废水。由于采取这一措施，20年来，日本和德国的工业用水的数量没有增加。美国钢铁业在每吨钢需要的280t水中，只有14t是注入的新水，其余用的都是循环水。至2000年，我国工业废水的重复利用率已经达到70%以上，但与世界先进水平的90%～95%相比，还有不少的差距。根据我国目前的工业用水效率预计，2020年我国工业的年用水量将由现在的1100亿m3增加到2000亿m3，增加用水量约1倍。这就要求我们必须重视工业用水过程的研究，多角度地选择清洁生产模式，改进工艺和流程，进一步提高多次重复循环用水，提高用水的效率。

（3）污水资源化模式研究。工业废水资源化的观念是对传统工业废水末端治理的革命，是工业废水治理的努力方向；城市生活污水的处理可以考虑变集中处理为分散处理，分散处理的主要场所是居民住宅的屋顶。通过在城市建立中水系统，将生活、生产污水处理之后再次使用，从而节约大量的日常用水。经处理过的回用中水，主要可用于冲厕、体育场馆、高尔夫球场、浇灌花草树木、清洁道路、清洗车辆或基建施工、设备冷却、工业用水及其他可接受其水质标准的用水。我国90%以上的城市水域遭到污染，城市污水（包括生活污水和工业废水）以每年6.5%的速度增加，预计到2020年城市污水产生量将达到600亿t以上。因此，污水资源化应是我国21世纪城市水循环经济的着眼点，需要大力研究污水处理技术水平和污水资源化应用的方向。

（4）雨水资源化模式研究。由于自然和历史的原因，在我国北方地区，尤其是西北黄土高原的部分地区极度缺水。按可利用水资源统计，当地人均可利用水资源占用量只有110m3，是全国可利用水资源占有量720m3的15.3%，是世界人均可利用水资源占有量2970m3的3.7%。目前在我国的西部地区有近1000万人的饮用水极度困难。数百年来，西部地区居民积累了丰富的雨水汇集和利用的经验，使他们得以在这里生存。面对发展的需要，这种传统的集水方式受到了资金短缺的制约。为此，今后需要大力开展对西北地区雨水利用方式、雨水利用投融资方式等方面的研究。

（5）海水淡化模式研究。我国拥有1万8千多公里的海岸线和300多万平方公里的海洋管辖区，海水利用和淡化是解决淡水紧缺问题的有效途径。据测算，中国城市的用水中约80%是工业用水，工业用水中约80%是工业冷却用水。如果能够用海水替代现有工业冷却用淡水总用量的30%，就可以使沿海城市节约近20%的淡水资源，同时减少冷却水对环境的污染。我国的海水淡化起步于20世纪60年代，目前在技术上还不够成熟。今后，需要加强对海水淡化技术、海水对工业设备的腐蚀、海水淡化成本与效益、海水淡化产业化等方面的研究，使海水淡化利用成为我国解决缺水问题的重要选择之一。

5.3水循环经济技术创新问题的研究

“节流”与“开源”是解决水资源短缺的两个主要途径，在水资源供应不断减少的今天，其核心在于水的循环利用，即通过污水资源化、雨水资源化、节约用水等措施，增加水资源的间接供应，尽量减少水的使用量，这样不仅可以减少无效需求，减轻供水压力，还可以相应减少污水排放和污水处理的负担，减少对环境的污染。为此，循环用水可以说是实现水资源可持续利用的重要战略措施。循环用水需要采取工程、技术、经济和管理等各项综合措施，特别需要不断更新的污水处理技术、节水技术与设备的支持。

技术创新是为了实现一定的系统目标，考虑系统内外客观因素的制约，对各种可能得到的技术手段进行分析比较，不断研究和寻找新的最佳方案。对水循环经济的技术创新研究，主要是从事技术科学的学者，要将水循环经济的理念与思路引入水的供应、输送、使用、排放、处理和回用等过程中，通过对循环过程中水资源消耗、水循环利用、污水处理、水污染排放的分析，提出减量化、再使用、再循环的工程流程或技术建议。

例如，在社会经济系统中用水部门与行业中，各用水部门与行业都存在节水技术与相关设备；在污水处理厂，要实现污水的资源化利用，必须不断更新处理设施和技术，以提高污水的处理水平；同样，要实现污水的循环利用，需要对饮用水、循环水的管道系统进行技术改造。从经济学的角度，还需要考虑不同技术项目的成本与效益，如引入新的生产流程与工艺以提高水循环利用效率所需要的投入及预期产出。对于企业和区域社会经济发展来看，还要对比分析采取水循环技术的长期成本和短期成本，从而确定水循环技术的可行性。这些工作，需要根据各地的水资源条件、经济社会发展状况、科学技术水平等因素，对各类循环水的技术和设备进行系统的分类，并提出相关的技术识别评价指标，以为水循环经济的发展提供理论指导。

篇5

[关键词] 水资源 循环经济 再利用 意义

1 前言

水是重要的自然资源，是人类赖以生存和社会发展的必要资源。随着社会经济的发展，“水危机”日益显现，人们对于水资源的开发利用研究也经历了由低级向高级发展的过程。起初人们对水资源的研究仅仅局限于对水资源的开发利用，研究水资源的时空分布规律和运动规律，即着重于水资源自然属性的研究。随着社会的发展，特别是现代科技革命，使人们对水资源的研究产生了一个质的飞跃，逐步从水资源自然属性的研究过渡到水资源社会经济属性的研究，从社会经济系统的角度广泛开展水资源合理开发利用研究，这些研究领域包括水资源与经济发展关系的研究、水环境安全的研究、水权水价的研究、水资源管理体制的研究等。

2 水循环经济的概念与特征

2.1 水循环经济的概念

水循环经济首先是一种先进的水资源经济发展模式，它是建立在社会水循环系统分析的基础上，遵循循环经济的思想，按照水资源节约、水环境友好的原则，使人们在生产和生活过程中，在水资源开发利用的各个环节，始终贯穿“减量化、再利用、再循环”的原则，重视采用新技术、新材料、新工艺，并以完善的制度建设、管理体制、运行机制和法律体系为保障，提高水的利用效益和效率，最大限度地减轻和降低污染，从而实现社会发展的最终可持续性。

2.2 水循环经济的特征

根据水循环经济的定义，通过传统水资源利用模式和水循环经济模式的对比分析可以得出，水循环经济作为一种先进的经济发展模式具有如下特征：

2.2.1发展目标上追求效率、效益和可持续的统一性

水循环经济模式在发展目标上追求水资源利用的效率、效益和可持续性三者的统一，要求水资源利用模式必须按这三大目标进行重新构建。

（1）效率特征要求水资源利用注重节水，在不降低人民生活质量和经济社会发展能力的前提下，采取综合措施减少用水过程中的损失、消耗和污染，高效利用水资源。

（2）效益特征表现在中观上水资源配置的高效益，要构建节水型经济系统和节水型社会系统。

（3）可持续性是指水资源利用充分考虑了对生态环境的保护，不以牺牲生态环境为代价，这是水循环经济模式追求的最高目标。

2.2.2管理环节上追求供水、用水和排水等环节的健康循环

发展水循环经济的最终目的是为人类提供健康的水资源生存环境，水循环经济要求水资源利用的各个环节和途径都应追求健康循环，且贯穿于整个水的社会循环过程中。水循环经济需要贯彻以下三个基本原则：

输入端的减量化原则（Reduce）。要求在供水环节，减少进入生产和消费流程的水资源量，即用较少的水资源投入满足既定的生产或消费需求，在经济活动的源头就做到节约水资源和减少污染。

过程控制的再利用原则（Reuse）。为了提高水资源的利用效率，要求从上一工序或过程排出的水资源能够直接为下一工序或过程所用，水资源在生产过程中尽量多次重复利用。

输出端的再循环原则（Recycle）。要求生产和消费过程中的污水重新变成可以利用的资源而不是无用的废水。

2.2.3利用手段上追求科学技术、经济与行政手段的一体化

先进的科学技术是循环经济的核心竞争力，如果没有先进技术的输入，水循环经济所追求的经济和环境多目标将难以从根本上实现。

有效的经济政策是水循环经济发展的重要推动力和必要保障。水循环经济发展模式要求应充分发挥市场机制对水资源配置的基础作用，充分利用价格、税收和财政等各种经济手段，实现符合水循环经济发展要求的3R原则。

法律和法规作为一种强制手段可以有效地推动水循环经济的发展，也是所有发达国家普遍采用的重要手段，是水循环经济发展模式在管理手段上的重要特点。

3 水资源再利用模式

水资源再利用模式的选择体现在水循环体系的各个环节之中，包括供水、生产和生活用水、污水资源化、雨水利用等。其目的很清楚，一是节水，减少对自然水资源的索取；二是减少排放，减少对自然水生态的扰动。水资源再利用模式在人类实践中早有应用，如节水器具，节水的绿色建筑，还有各种中水的回用等。总体来看，对这些模式的研究和分析还不够深入，没有更好地提炼总结，尤其是从经济学角度的分析还有待加强。

3.1节约用水模式。长期以来我国农业采用大漫灌的灌溉方式，用水量大，利用率低，浪费严重。可见，我国农业节水潜力相当可观，应大力研究和分析农业节水模式，通过节水灌溉和节水农业相结合的办法实现农业节水。要加强对工业行业节水的经济学研究，通过产业布局的调整和产业结构的调整，达到水资源节约利用和水环境污染控制的目的。在城镇，要加强水的循环利用研究，控城镇生活的用水浪费，减少城市给水管网和用水器具漏水损失，充分发挥节水的潜力。要研究和分析各种节水模式的成本和效益，通过成本和效益的比较，选择最优的节约用水模式。

3.2清洁生产模式。近年来，世界上大力推广清洁生产，广泛采用循环利用经过处理的工业废水。由于采取这一措施，20年来，日本和德国的工业用水的数量没有增加。美国钢铁业在每吨钢需要的280 t水中，只有14 t是注入的新水，其余用的都是循环水。至2000年，我国工业废水的重复利用率已经达到70%以上，但与世界先进水平的90%～95%相比，还有不少的差距。根据我国目前的工业用水效率预计，2020年我国工业的年用水量将由现在的1100亿m3增加到2000亿m3，增加用水量约1倍。这就要求我们必须重视工业用水过程的研究，多角度地选择清洁生产模式，改进工艺和流程，进一步提高多次重复循环用水，提高用水的效率。

3.3污水资源化模式。工业废水资源化的观念是对传统工业废水末端治理的革命，是工业废水治理的努力方向；城市生活污水的处理可以考虑变集中处理为分散处理，分散处理的主要场所是居民住宅的屋顶。通过在城市建立中水系统，将生活、生产污水处理之后再次使用，从而节约大量的日常用水。经处理过的回用中水，主要可用于冲厕、体育场馆、高尔夫球场、浇灌花草树木、清洁道路、清洗车辆或基建施工、设备冷却、工业用水及其他可接受其水质标准的用水。我国90%以上的城市水域遭到污染，城市污水（包括生活污水和工业废水）以每年6.5%的速度增加，预计到2020年城市污水产生量将达到600亿t以上。因此，污水资源化应是我国21世纪城市水循环经济的着眼点，需要大力研究污水处理技术水平和污水资源化应用的方向。

3.4雨水资源化模式。由于自然和历史的原因，在我国北方地区，尤其是西北黄土高原的部分地区极度缺水。按可利用水资源统计，当地人均可利用水资源占用量只有110 m3，是全国人均可利用水资源占有量（720m3）的15.3%，是世界人均可利用水资源占有量（2970m3）的3.7%。目前在我国的西部地区有近1000万人的饮用水极度困难。数百年来，西部地区居民积累了丰富的雨水汇集和利用的经验，使他们得以在这里生存。面对发展的需要，这种传统的集水方式受到了资金短缺的制约。为此，今后需要大力开展对西北地区雨水利用方式、雨水利用投融资方式等方面的研究。

3.5海水淡化模式。我国拥有1万8000多公里的海岸线和300多万平方公里的海洋管辖区，海水利用和淡化是解决淡水紧缺问题的有效途径。据测算，中国城市的用水中约80%是工业用水，工业用水中约80%是工业冷却用水。如果能够用海水替代现有工业冷却用淡水总用量的30%，就可以使沿海城市节约近20%的淡水资源，同时减少冷却水对环境的污染。我国的海水淡化起步于20世纪60年代，目前在技术上还不够成熟。今后，需要加强对海水淡化技术、海水对工业设备的腐蚀、海水淡化成本与效益、海水淡化产业化等方面的研究，使海水淡化利用成为我国解决缺水问题的重要选择之一。

4 水资源再利用技术的创新

“节流”与“开源”是解决水资源短缺的两个主要途径，在水资源供应不断减少的今天，其核心在于水的循环利用，即通过污水资源化、雨水资源化、节约用水等措施，增加水资源的间接供应，尽量减少水的使用量，这样不仅可以减少无效需求，减轻供水压力，还可以相应减少污水排放和污水处理的负担，减少对环境的污染。为此，循环用水可以说是实现水资源可持续利用的重要战略措施。循环用水需要采取工程、技术、经济和管理等各项综合措施，特别需要不断更新的污水处理技术、节水技术与设备的支持。

技术创新是为了实现一定的系统目标，考虑系统内外客观因素的制约，对各种可能得到的技术手段进行分析比较，不断研究和寻找新的最佳方案。对水循环经济的技术创新研究，主要是从事技术科学的学者，要将水循环经济的理念与思路引入水的供应、输送、使用、排放、处理和回用等过程中，通过对循环过程中水资源消耗、水循环利用、污水处理、水污染排放的分析，提出减量化、再使用、再循环的工程流程或技术建议。

例如，在社会经济系统中，各用水部门与行业都存在节水技术与相关设备；在污水处理厂，要实现污水的资源化利用，必须不断更新处理设施和技术，以提高污水的处理水平；同样，要实现污水的循环利用，需要对饮用水、循环水的管道系统进行技术改造。从经济学的角度看，还需要考虑不同技术项目的成本与效益，如引入新的生产流程与工艺所需要的投入及预期产出。从企业和区域社会经济发展来看，还要对比分析采取水循环技术的长期成本和短期成本，从而确定水循环技术的可行性。这些工作，需要根据各地的水资源条件、经济社会发展状况、科学技术水平等因素，对各类循环水的技术和设备进行系统的分类，并提出相关的技术识别评价指标，为水循环经济的发展提供理论指导。

5 水循环经济管理体制及经济机制

长期以来，我国实行水资源分部门管理的体制，水量与水质、地表水与地下水等分割管理，水资源的分割管理导致部门职能交叉、政出多门、推萎扯皮、管理效率低下等诸多弊端。随着社会经济近年来的快速发展，不少地区的水短缺和水污染等水问题日显严重，传统的水资源分割管理模式越来越成为制约水资源可持续利用的障碍。加强水循环经济管理体制和经济机制问题的研究是实践水循环经济工作的突破口，更是实现社会经济可持续发展目标的迫切要求。水循环经济管理体制和经济机制的研究包括循环水权制度的研究、循环水权交易市场的研究、循环水价的研究、水循环经济政府财政和税收的研究、有关循环水的法律法规的建立和完善研究等。

6 结论

我国是一个水资源严重缺乏的国家，迫切需要在包括工业、农业等在内的各个领域引入水与资源可持续利用的概念与技术。通过水循环与资源的回收，不仅可以节约水和资源，减少对环境的依赖，还可以最大限度地减少废水排放，保护环境。因此，建立水循环经济与水资源再利用体系研究是非常有意义的。

参考文献：

[1] 王晓昌,张荔,袁宠林,等.水资源利用与保护[M].北京:高等教育出版社,2008.

篇6

关键词：水资源，循环利用，持续发展

Abstract: with the global process of urbanization, the shortage of water resources and water pollution becomes more and more serious water recycle can not only reduce the pressure of the big water shortages, is also the most positive to protect the water environment. This paper introduces the concept of water resources recycling, and probes into the way of water cycle and development model.

Key words: the water resources, recycling, sustainable development

中图分类号： TV211.1 文献标识码：A文章编号：

水是生命之源水是人类社会发展不可缺少的和不可替代的资源,水资源必将成为人类可持续利用的宝贵资源。1977年联合国水会议向世界发出“水不久将成为一个严重的社会危机”的警告，至今水资源危机仍然是困扰世界许多国家的重大难题。

我国是严重缺水国家，淡水资源总量约为2.7×1012 m3,居世界第6位。但人均年占有淡水资源量约为2500m3,为世界人均水平的1/4，居世界109位。并且，淡水资源时空分布非常不均匀，大部分降水集中在雨季；南方降水量2000mm,81%水资源集中分布在长江流域及以南地区，西北干旱地区降水量不足50mm,长江以北地区人口占全国的45.3%，耕地占全国的64.1%，水资源量仅占全国的19%。水资源时空不均匀造成了可利用水资源更加紧缺，北方缺水更加严重。

一、水资源循环概论

水是循环性资源，亦是可以再生的资源。根据其客观规律和循环的方式，我们可以把它分为自然循环与社会循环。

1.水的自然循环有多种, 对人类最重要的是淡水的自然循环。水从海洋蒸发, 蒸发的水气被气流输送到大陆, 然后以雨、雪等降水形式落到地面, 一部分形成地面水, 一部分渗入地下形成地下水, 一部分又重新蒸发返回大气。地面水和地下水最终流回海洋, 这就是淡水的自然循环。

2.水的社会循环是指在水的自然循环中，人类不断地利用其中的地下径流或地表径流满足生活与生产活动之需。循环系统主要由给水系统、用水系统、排水系统3个子系统组成。给水系统与排水系统好比是一个城市或区域的动脉和静脉，两者不可偏废任何一方。给水系统中若过度取水，河流生态需水量就不能满足，或者用后的污、废水不经处理或处理不到位都会影响自然水循环。

污、废水回用可以减少城市由天然水体的取水量, 缓解水资源危机。可行的污、废水回用有多方面, 工业企业内部水的循环利用和重复利用是用最广的一种, 但是我国在这方面与发达国家尚有不少差距。城市污水回用于工业, 需要进行比排入天然水体更复杂的水处理, 但对水短缺的地区, 它在许多方案中仍是比较经济合理的一种, 在国外已是一种成熟技术, 但在我国尚处于起步阶段, 今后潜力是很大的。将城市污水回用于公用设施和住宅冲洗厕所、浇灌绿地、景观用水, 浇洒道路等, 一般称为中水道技术, 也是很值得推广的。

二、水资源循环利用的主要途径

水资源循环利用的主要途径一是采取节水措施，通过清洁生产审计，控制企业单位产值耗水量。积极宣传，提高社会公众的节水意识；二是流域外调水和适度开采地下水：三是城市污水再生回用，污水经过处理中水回用资源化是国际公认的第二水源，也是水资源可持续利用的主要途径，按中水回用的各级水质不同可划分为初级、中级、高级三类。

1.城市污水经一、二级处理后的出水，即中水的初级，可用于水质要求较低的农灌、绿化和建筑施工用水等，经济技术简单可行。

2.中水的中级回用

中级回用是指二级处理后的出水，经除磷、脱氮(A／0或A2／0)法等再经过合理的调节、过滤和消毒，可用于冶炼、发电、化工等行业。

3.中水的高级回用

中水的高级回用即水质达到国家杂用水水质标准，其出水可用于市政设施、蔬菜竹产基地、冲厕、路面冲洗等，可取代占自来水总用量达30―40％的市政用水。稳定地成为城市水源的重要部分。理论上如城镇的生活污水能得到回用，则生活用水总供水量可以削减45％―50％。

三、水资源循环利用发展模式

1.节约用水模式研究。长期以来我国农业采用大漫灌的灌溉方式，用水量大，利用率低，浪费严重。可见，我国农业节水潜力相当可观，应大力研究和分析农业节水模式，通过节水灌溉和节水农业相结合的办法实现农业节水。在城镇，要加强水的循环利用研究，控城镇生活的用水浪费，减少城市给水管网和用水器具漏水损失，充分发挥节水的潜力。

2.清洁生产模式研究。近年来，世界上大力推广清洁生产，广泛采用循环利用经过处理的工业废水。由于采取这一措施，20年来，日本和德国的工业用水的数量没有增加。美国钢铁业在每吨钢需要的280 t水中，只有14 t是注入的新水，其余用的都是循环水。至2000年，我国工业废水的重复利用率已经达到70%以上，但与世界先进水平的90%～95%相比，还有不少的差距。根据我国目前的工业用水效率预计，2020年我国工业的年用水量将由现在的1100亿m3增加到2000亿m3，增加用水量约1倍。这就要求我们必须重视工业用水过程的研究，多角度地选择清洁生产模式，改进工艺和流程，进一步提高多次重复循环用水，提高用水的效率。

3.污水资源化模式研究。工业废水资源化的观念是对传统工业废水末端治理的革命，是工业废水治理的努力方向；城市生活污水的处理可以考虑变集中处理为分散处理，分散处理的主要场所是居民住宅的屋顶。通过在城市建立中水系统，将生活、生产污水处理之后再次使用，从而节约大量的日常用水。经处理过的回用中水，主要可用于冲厕、体育场馆、高尔夫球场、浇灌花草树木、清洁道路、清洗车辆或基建施工、设备冷却、工业用水及其他可接受其水质标准的用水。我国90%以上的城市水域遭到污染，城市污水（包括生活污水和工业废水）以每年6.5%的速度增加，预计到2020年城市污水产生量将达到600亿t以上。因此，污水资源化应是我国21世纪城市水循环经济的着眼点，需要大力研究污水处理技术水平和污水资源化应用的方向。

4.雨水资源化模式研究。由于自然和历史的原因，在我国北方地区，尤其是西北黄土高原的部分地区极度缺水。按可利用水资源统计，当地人均可利用水资源占用量只有110 m3，是全国可利用水资源占有量720 m3的15.3%，是世界人均可利用水资源占有量2970 m3的3.7%。目前在我国的西部地区有近1000万人的饮用水极度困难。数百年来，西部地区居民积累了丰富的雨水汇集和利用的经验，使他们得以在这里生存。面对发展的需要，这种传统的集水方式受到了资金短缺的制约。为此，今后需要大力开展对西北地区雨水利用方面的研究。

5.海水淡化模式研究。海水利用和淡化是解决淡水紧缺问题的有效途径。据测算，中国城市的用水中约80%是工业用水，工业用水中约80%是工业冷却用水。如果能够用海水替代现有工业冷却用淡水总用量的30%，就可以使沿海城市节约近20%的淡水资源，同时减少冷却水对环境的污染。我国的海水淡化起步于20世纪60年代，目前在技术上还不够成熟。今后，需要加强对海水淡化技术、海水对工业设备的腐蚀、海水淡化成本与效益、海水淡化产业化等方面的研究，使海水淡化利用成为我国解决缺水问题的重要选择之一。

四、结语

水资源循环利用是城市化进程加快的必然结果。积极采取措施，加快城市水资源循环利用，实现城市水资源的可持续发展。

参考文献：

【1】王小芳，杨玲娟.从我国水资源的现状论水污染治理的策略.天津师范学院学报.2001，21（5）：41

【2】刘 跃.中国水资源与可持续发展.中国水资源与可持续发展.1998,(5).

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关键词：定时 光伏效应 太阳能水泵

中图分类号：TH318 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0227-02

1、背景

早在1839年，法国科学家贝克雷尔就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术[1]。20世纪以来，世界范围的污染问题日益严重，传统的能源随着开采越来越少，这个时候，由于新能源（可再生能源）具有清洁无污染和取之不尽、用之不竭的特点，许多国家都将目光投向这种新能源形式。要实现能源的可持续利用，发展新能源、提高能源利用效率、减少对传统能源的依赖是人类发展的必然选择[2]。丰富的太阳能是重要的能源，是无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍[3]。

由于太阳能的这些独特优势，20世纪80年代后，太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。20世纪90年代光伏发电快速发展。到2008 年全球太阳能安装总量已累计达15 GW。美国为最早制定光伏发电发展规划的国家，1997年又提出 百万屋顶计划，[4]其他国家也都有相应的太阳能利用计划。我国中西部广大地区，阳光资源丰富，可建设多个太阳能发电站，但是充分利用当地太阳能资源的同时也面临着一个问题，由于当地频繁的风沙天气使长期暴露在外的太阳能电池板、集热管表面积聚了厚厚的灰尘，这不仅仅降低了太阳能的利用率，也对装置本身的寿命带来威胁。于是我们想能否设计一套清洗装置，用本身光伏发电提供的电力驱动其工作，通过电路控制部分使其自动的对光伏板，集热管进行清洗，并将污水实现再循环利用，以此来解决上述出现的问题。

2、主要研究思路

本课题组考虑到光伏电池有着广泛的应用，并且主要暴露于尘埃中，而尘埃会破坏地球上的太阳能设备，例如，阿联酋的一个大型10兆瓦太阳能发电厂就因为沙尘暴而使电力生产减少了40%，而清洗电池板会花费大量时间，需要昂贵的自动设备，并且消耗大量水。因此，课题组提出了设计一套装置利用光伏发电本身带动一微型水泵，进行光伏板及太阳能热水管等设备的定时清洗装置。

本设计主要目的是解决在系统运行过程中定时控制的问题以及水循环再利用的管路问题。思路如下：

（1）定时控制部分：

作为整套设备的关键，定时系统可以采用模拟线路或者单片机控制两种方法[5]，根据实际情况，本课题组设计了一套单片机控制系统，专门根据不同地域不同需求设计了三套定时工作模式。

工作模式1：一天清洗一次，每次五分钟；

工作模式2：三天清洗一次，每次十分钟；

工作模式3：一周清洗一次，每次十五分钟；

（2）水循环系统：由10mm橡胶水管，阀门两个，太阳能集热管两根，软垫，水箱，自制喷头两个，12V，25W的微型水泵一个组成。等待时间到后，单片机给P1.7端口置高电平，使继电器闭合，电流导通，从而使水泵正常工作。水泵从水箱抽水，通过两个阀门的开合可分别对集热管和电池板冲洗，污水再顺着引流装置回到水箱中继续循环利用。工作时间到，单片机P1.7口置低电平，继电器断开，水泵停止工作，进入下一个等待时间。

3、装置组成及原理

本装置主要由光伏发电系统，单片机电路控制系统，集水清洗系统和污水循环系统四部分组成。

（1）光伏发电系统由太阳能电池板、充放电控制器和蓄电池组成，电池板利用光伏效应将光能转化为电能，并通过充放电控制器和蓄电池将电能有效地提供给所接负载使用。

（2）单片机电路控制系统（如图1）。

（3）集水清洗系统：10mm橡胶水管，阀门两个，太阳能集热管两根，软垫，水箱，自制喷头两个，12V25W微型水泵一个组成

（4）污水循环系统：水槽，污水收集瓶，活性炭，滤纸，引流管组成。可将清洗后的污水经过滤引流到水箱中，实现循环利用，不产生污染。

4、设计主要功能及特点

由于太阳能集热管和电池板常年暴露在外，表面因此积有大量灰尘，降低了太阳能的综合利用率，本装置通过太阳能电池板提供的电力驱动水泵和单片机的工作，利用自制的单片机定时控制器实现水泵对集热管和电池板的自动定时清洗，清洗后的污水还可循环再利用。并可通过按键修改清洗和等待时间以更好的满足实际需要。（下附太阳能管清洗前后的节能数据对比）如表1。

显然，其相比大型电力水泵有着节能减排，环保无污染，无需人为操作，操作简单，经济适用，有效提高太阳能的利用率，减少资源的浪费等种种优点。并且项目研制的整套装置体积小，投入低，在全国范围内都有很大的实用价值。

5、设计所存在的不足

基于现阶段实验条件所限，我们没能很好的设计一套更为快速、集约的净水系统，目前使用的仅仅是简单的活性炭净水方式，是否可采用更好的净水模式？此外，太阳能光伏发电技术有很大的优越性，但其发电效率受到环境因素很大的影响如碰上阴雨天气，其输出功率会大受影响[6]，也可以考虑另接一其它能源供应系统，在阴雨天时替换使用。这些在日后都有很大的改良空间，也是课题组进一步研究的目标。

参考文献

[1]杨军.太阳能光伏发电前景展望.沿海企业与科技，2005年，第8期，总第66期.

[2]向磊.为什么要大力发展新能源产业.世界有色金属，2010年，第8期.

[3]晓宇.太阳能的利用与产业发展.建筑装饰材料世界，2008年，第7期.

[4]孟懿.太阳能光伏发电的发展.东北电力技术，2010年，第11期.

篇8

[关键词]田间排水沟 尾水湿地 生态河道 水循环 零排放

中图分类号：U284.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0326-02

昆山地处太湖流域，境内土地肥沃，气候温和，雨量充沛，河道纵横交错，湖荡众多。作为典型的苏南平原河网地区，昆山自古就蕴育了发达的农耕和渔业文化。其中，以锦溪大米为代表的生态农业和巴城阳澄湖大闸蟹为特色的水产养殖，已经成为昆山现代农业、养殖业的响亮名片。随着区域内工业废水和城镇生活污水得到有效控制，农业面源污染已经取代点源成为水环境污染的最重要来源，据研究显示，即使在点源污染全面控制之后，江河、湖泊、海洋的水质达标率也仅为65%、42%和78%[1]。杨林章等在对上海淀山湖、安徽巢湖、云南洱海等湖泊的调查表明，农业面源污染对水环境污染的贡献率已经全面超过点源污染，成为水环境污染控制的重要内容[2]。

1. 昆山农业面源污染现状

昆山农业面源污染主要由水稻种植和水产养殖尾水造成，由于昆山市本地水资源充沛，水稻种植方式传统，灌排方式较为粗放，以及规模庞大的水产养殖业，造成农业及养殖尾水直接排入就近河湖的现象十分突出，不断透支区域水环境容量，对全市水环境质量造成了较大影响。根据2013年昆山市水功能区断面监测数据显示，全年监测未达标次数中，超标因子中含有氨氮的占比高达82%，特别是作为水稻主产区的昆南和水产养殖集中区的昆北，这一比例更是接近100%。考虑到全市污水管网在城区、镇区和乡村覆盖率已达96%，90%和100%（截止2013年底），截污已逐步完善，因此基本可以推断超标的氨氮大部分来源于农业生产的复合肥使用和水产养殖的饲料投放。

2. 应对措施及存在的问题

近年来，为控制全市农村面源污染，提高区域水环境质量，昆山市通过建设农村污水收集处理设施，推广商品有机肥使用和大宗农药补贴，有效减少了N、P投放总量。通过利用稻田高效水肥，节水灌溉和减污技术，结合灌区更新改造、河湖生态修复工程以及人工湿地构建，系统控制了农业面源污染扩散。2007-2013 年期间，累计改造生态灌区275 个，改造面积6.5 万亩，构建各类湿地50 余处，改造生态排水骨干河道31.3 Km。累计节约灌溉用水4326.2万m3，减少氮肥使用量2669.2吨，并大幅削减了稻田排水及其氮磷输出量，其中TN 和TP 输出量分别减少1472 吨和420.8吨。

虽然现有的节水灌溉控污减排工程模式实现了N、P等污染物的削减，但处理之后的尾水实际进入自然水体的污染物总量仍然较大。根据2011―2013年度昆山市水功能区监测年报数据显示，三年内氨氮的超标率分别为：55.3%、52.7%、44.1%，超标率虽有逐年降低趋势，但仍处于较高比例。究其原因，一是现有的节水控污工程模式采取的都是单向模式，利用的是从“生态排水沟净化―人工湿地处理―生态河道排放”的单向处理方式，并未实现灌区内部的水循环处理，导致仍有大量污染物外排；二是区域内农业尾水污染物总量早已超出水环境承载力，虽实现了总量的削减，但仍然无法完全将其控制在区域水环境承载力范围内，因此对整体的水环境质量的提升贡献有限。

3. 水循环零排放模式探讨

昆山是太湖流域典型的低洼圩田平原，对圩区和灌区的划分十分清晰，灌排水利工程设施相对完备，为灌区的水循环生态处理提供了有利条件。针对全市圩内低田（半高田）封闭和圩外高田开放两种类型的灌区，本文提出利用昆山发达的河湖水系以及数量众多的沟渠塘堰，构建两种生态处理水循环运转模式，通过灌溉站的微动力驱动，持续削减区域内农业和养殖业尾水中的N、P等污染物，并利用净化处理后的水作为灌溉用水和养殖补水，实现水资源和营养物质的循环利用，并为区域内污染物零排放的实现提供可能。

3.1 圩内低田（半高田）封闭型灌区水循环模式构建

圩内低田（半高田）封闭型灌区地处低洼地带，为保障区域防洪排涝安全和正常农业耕作，全年排涝站的进水闸门和出水闸门基本处于关闭状态，为水循环创造了先天优势，通过构建“灌溉站―农田―田间排水沟―尾水小型湿地―圩内生态河道―灌溉站”的水循环系统（图1），使灌溉用水通过农田作物吸收，田间排水沟自然吸收，尾水小型湿地二级净化，最后排入封闭圩区内的生态河道进行深度处理，河道各处的灌溉站利用净化后的尾水循环灌溉农田，实现水资源和营养物质的循环利用和污染物零排放。

“田间排水沟+尾水小型湿地+圩内生态河道”组成的净化系统具有节水、防污双重功能，对灌区水循环系统十分必要。系统通过构建三级净化，分层次消减以N、P为代表的农田面源污染：第一级净化――田间排水沟的节水减污作用，由于渗漏与地表排出的水量减少，随水流出的污染物量减少，大约可削减N、P15%～25%；第二级净化――尾水湿地，通过水生动植物、微生物的转化和生物吸收等作用，可削减N、P约40%～60%。第三级净化――圩内生态河道，也可将其视为另一种带状形式的湿地，可削减N、P约15%～25%。通过三级净化的处理，N、P污染物总量可减少70%以上[3]。

3.2 圩外高田开放灌区水循环模式构建

圩外高田开放灌区由于地势较高，区域内防洪排涝压力较小，为保障水系畅通，排涝站的进水闸门和出水闸门一般保持开启状态。相比圩内封闭型灌区，开放型灌区构建水循环系统的难度要大，因此，本文提出在排水支沟末端设置防污型溢流闸门，将尾水湿地出水引入灌区内改造之后的沟渠塘堰，将其作为尾水湿地出水的“蓄水池”和“净化池”，替代封闭型灌区内圩内生态河道的功能，形成封闭水环境，从而构建了“灌溉站--农田―生态排水沟―尾水湿地―沟塘湿地―灌溉站”的水循环处理模式（图2）。通过人工生态改造，使沟渠塘堰变为净化能力强、蓄水容量大的沟塘湿地，同时，利用灌区各个位置，不同方位的沟渠塘堰，可以搭配改造成多种形式、多样水生植物优势种的沟塘湿地，有条件的灌区还可把各个沟塘湿地疏通连接起来，形成生物多样丰富的区域性人工湿地，进一步增强蓄水调节和生态净化功能。

“田间排水沟+尾水小型湿地+沟塘湿地”组成的净化系统同样具有节水、防污双重功能，系统通过构建三级净化，对 N、P污染物总量的削减效果明显。另外，在沟塘湿地构建时可以考虑结合当地水产养殖业，通过引入周围水产养殖尾水，丰富水体中营养物质种类，为水生动植物形成一个完整的食物链，也为农业尾水和养殖尾水治理提供一个完整的经济系统。

3.3 灌溉站水动力循环

封闭灌区和开放灌区内的水循环驱动都依赖于灌溉站的动力输出，利用水泵沿水流方向输出动力，形成水动力循环，持续对灌区内的污染物进行净化处理。水循环方式分为两种，分别针对灌溉期和非灌溉期。其中，在农田灌水期间的路径为：“灌溉站――农田――田间排水沟――尾水湿地――圩内生态河道（或沟塘湿地）――灌溉站”，在非灌溉期间为：“灌溉站――尾水湿地――圩内生态河道（或沟塘湿地）――灌溉站”。这就要求灌溉站除了具体日常直接向农田灌水的功能外，还需具备向尾水湿地排水的能力，这也是保持整个系统持续运行，高效发挥生态净化功能的必备条件。

为了探究灌溉站输出动力、循环周期与净化效率的最适比，根据昆山市水利局联合河海大学在花桥天福灌区开展的《高效节水灌溉关键技术研究与应用示范》研究得知，农田排水在田间排水沟、尾水湿地和圩内生态河道的最适水力停留时间为分别为田间施肥后的第4、第5和第6天，三者对TN的降解率能够达到83.7%、77.2%、86.1%。因此可以推断，封闭型灌区内水循环周期大致在15天左右，在灌溉站输出动力时，保持尾水在15天内完成一个周期的运转，理论上能够发挥出整个生态系统最高的净化效率。另外，在开放型灌区内，因沟塘湿地存在构建形式和改造数量的差异，最佳水循环周期需根据实际情况具体分析。

4.组合模式各单元环节设计

4.1 田间排水沟

昆山地区一般为小型灌区，田间排水沟尺寸较小，宽度较窄，排涝降渍为其首要功能，因此不宜人为种植各类植物，可在格宾网、三维植被网或蜂窝状水泥板基础上保持原生态面貌，有选择性地在沟中水体污染严重地段或沟渠系统末端摆放拦截箱以加强沟渠系统的去处功能[4]。在部分排水降渍要求较低的灌区，可适当考虑低密度栽种酸模、莎草等体积小、净水效率高、土保持能力强的植物。

4.2 尾水小型湿地

尾水小型湿地是指对围绕灌区四周的排水支沟进行适当拓宽和生态改造，使其成为具备抗污染冲击负荷的封闭式小型人工湿地。经改造后的尾水小型湿地作为承纳尾水的第一个蓄水池和净化池，是田间排水沟与生态河道或沟塘湿地之间的一个缓冲带，既可以利用农田尾水在其中相对较长的水力停留时间，通过植物吸收和湿地内部微生物作用，消减农田面源污染，同时，又能够在降雨时吸纳短时激增的农田面源径流，减轻了下级净化系统的抗污染负荷压力，提高了系统整体运行的稳定性和可靠性。由于小型尾水湿地仍然要承担排涝降渍的功能，在有限的空间中同样应布置体积小、密度适中、抗污能力强、耐受性高的水生植物。

4.3 圩内生态河道

具有减污功能的圩内生态河道主要包括生态护岸及护底工程，生态护岸、护底可采取网垫植被复合型、水生植物护岸等技术，护底可采用植物型防渗砌块等[5]。昆山的圩内生态河道总长约2800公里，普遍在河岸上栽种香樟、柳树等，常水位以上堤设置草皮（高羊毛草或结缕草）覆盖，河道中选择芦苇、再力花、菖蒲等。要注意的是圩内生态河道首先应具备的特征是其水利工程属性，也要满足排滞排涝及水流的不冲不淤要求[3]，在降雨时还应具有行洪的作用，因此圩内生态河道的挺水植物种植面积要适中，平衡生态需要和行洪要求。

5. 结语

针对圩内低田（半高田）封闭和圩外高田开放灌区的特征，构建的两种典型水循环生态运行模式，通过对田间排水沟、圩内河道以及沟渠塘堰的生态改造，加以灌溉站的水动力驱动循环，持续性的消减农业面源污染，为区域零排放的实现提供可能。圩内低田（半高田）封闭灌区在实现区域水动力循环和污染物零排放上条件更为优越，可行性更高；圩外高田开放灌区在沟渠塘堰较多的灌区同样具备区域内污染物零排放的可行性，但针对部分条件受限灌区，可利用周围具备改造条件的灌区，在规划设计时统筹考虑。

灌区各级湿地的规划和布置还应充分考虑湿地面积与其所承受排水的农田面积比，太大则占用过多农田，太小则又对N、P等污染物没有去除效果或去除效果不明显。特别是尾水小型湿地，在不具备拓宽改造条件时，应首先保证其作为生态型支沟的排涝降渍功能。

昆山境内境内沟渠塘堰星罗棋布，加以众多改造完成的景观湿地，如在在生态灌区设计时，一并将其纳入生态水循环体系，不仅节约了土地占用面积，而且可以充分发挥现有景观湿地的生态功能。

参考文献

[1] 朱兆良，David，孙波.中国农业面源污染控制对策[M].北京：中国环境科学出版社，2006.

[2] 杨林章，施卫明，薛利红等.农村面源污染治理的“4R”治理技术：总体思路与“4R”治理技术[J].农业环境科学学报，2013.

[3] 茆智.构建节水防污型生态灌区[J].中国水利，2009，19（28）1.

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[6] 刘恩玲，谢拾冰.人工湿地污水处理技术应用研究[J].河北农业科学，2008，

篇9

【关键词】化工生产 节能 环保 减排近年来，我国化工行业中，由于高耗能、高污染产品产能增长过快，致使行业产能过剩。我国的一项基本国策就是节能减排，要实现我国经济可持续发展，就必须要求化工行业重视节能与环保，这是实现我国经济可持续发展的必然选择。化工生产行业由于耗能高，污染高，对节能与环保问题应更加重视，不但要创造经济效益，而且要创造环境效益。采取多种措施，最大限度的提高能源利用效率，减少能耗，促进节能与环保。目前，化工生产中采取的节能环保措施，主要有以下六个方面。

1 提高水资源的重复利用率

在化工生产过程中，用水量、排水量都较多，废水污染防治任务也很重，提高化工生产过程中水资源重复利用率，实施循环经济非常重要。首先是间接冷却水循环利用。化工生产中间接冷却水用量大，不含任何污染物质，可全部回收循环利用。建设大批间冷废水冷却循环回用装置，使生产间接冷却水全部回用。间接冷却水循环利用，可极大减少新鲜水用量。其次是工艺废水多级串联利用。多级串连利用水，减少了新鲜水用量和废水排放量。工艺废水的循环利用是废水及污染物减排的主要途径。生产用水采用闭路循环，无生产性废水排放。加工处理过程中产生的废水，主要来源于包装车间等操作场所地面冲洗水，以及生活污水、蒸汽站排污及水质软化废水等，上述废水经污水和中水处理站处理后大部分回收利用，少量排放管道排到污水处理厂。

2 提倡能源的综合利用

化工生产企业使用的能源，种类繁多，品质好坏不等。化工生产的工艺过程中，不但有吸热过程，而且有放热过程，因此，把化工生产过程中产生的可燃性气体的反应热，以及其他多种余能有效地组合起来，以实现系统能量的高效利用。化工企业消耗的80%左右总热能，最终是以低位热能放出。所以，提高化工能源利用率的关键，就是对低位热能实现有效利用。对甲醇精制过程中，精馏塔塔釜排出的废水，进入水处理系统，实现循环利用。由于塔釜废水有很大的热量，在寒冷的冬季，可将之输入居民供暖系统，把工业废水的热量，用到居民的取暖上来，这样，不但对化工生产的热量进行了充分的利用，而且在很大程度上，使冬季供暖的压力得到了缓解，实现了一举俩得。

3 资源回收再利用

资源回收再利用，是指将化工生产的废弃物，经修复、翻新、再制造后，继续作为产品使用，或者将废弃物的全部或者部分，作为其他产品的部件进行使用。在化工企业中，可以将有微小瑕疵的产品进行再利用，或者循环利用包装，以减少浪费。在产品包装上，对于可以回收再利用的包装，进行集中收回，经过一定的清洁和消毒工序，再作为成品包装重复利用，不但有效利用了资源，而且增加了经济效益，并在一定程度上降低了一次性包装对环境的污染。通过原本是废弃物的副产物进行多途径、多层次的循环利用，不但获得了多种高附加值的产品，而且保护了环境。

4 降低动力能耗

化工生产的动力能耗，主要包括电力和蒸汽消耗，是化工企业能耗的主要部分。降低动力消耗，可以采用电动机变频调速技术。由于目前多数化工企业装置负荷率较低，采用变频调速技术，是节能的有效途径。合理地实行装置间的联合，对供热系统优化，在较大范围内进行冷、热物流的优化匹配，促进实现能量利用的最优化。

5 开发绿色化工工艺

绿色化工工艺，指的是在化工产品生产过程中，从工艺源头上就运用环保理念，进行生产过程的优化、废物再利用与资源优化，从而降低成本与消耗，减少废弃物的排放，减少产品生命周期对环境的不良影响。作为一项复杂的化工系统工程，随着科技与社会的进步，绿色化工不断发展与完善。绿色化工可有效缓解化工行业经济发展与环境保护之间尖锐矛盾，实现我国化工环保上新台阶，也是化工行业可持续发展的必然选择。6 采用干法熄焦技术

干法熄焦技术即传统浸泡法熄焦改干法熄焦技术。该技术改造是继加氢制氢系统加热炉废气利用、废水利用、焦化装置煤气风机节电改造、酸性水汽提装置、精酚处理装置等大型节能技术改造后又一重大举措。与浸泡法熄焦相比，干法熄焦技术采用喷雾低水熄焦。该技术可防止在熄焦过程中产生大量的含污染物的湿蒸汽排入大气中，其中含有HCN、H2S、NH3、酚类、粉尘等有害物质。其中，干法熄焦后产生煤气作为锅炉燃料气，锅炉烟气对大气的污染，减少SO2、CO2排放，完全符合环保要求。而它与传统浸泡法工艺相比，传统浸泡法吨焦炭耗水量在0.373吨，采用干熄焦后吨焦耗水约0.19吨；按年产135万吨兰炭计算（年运行8000小时）可节省水资源24.7万吨，每小时节约煤气约30000m3/h，按年运行8000小时计算可节约煤气2.4亿m3，折合标准标准煤6000吨。该技术完全取消了明火干燥，大量节约煤气，改善了现场操作环境及操作上的不便，原有的浸湿法熄焦改为蒸汽及雾化水熄焦，大大节约用水量，也改善了后续出焦工段筛分系统经常粘结堵网的现状，并解决了出焦通廊长期被气体萦绕，给操作和检修带来的问题。

总之，针对化工行业一直以来存在的高污染、高能耗以及资源不能有效利用的问题，要采取恰当的节能与环保措施，在节能环保的同时取得显著的经济效益，从而有力提升化工企业的市场竞争能力。

参考文献

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关键词：灰水沉清；中和；循环使用；零排放

中图分类号：TB495文献标识码：A文章编号：1672-3198（2007）12-0294-02

1 锅炉水膜除尘用水循环使用中存在的问题探究

我司于2003年7月建成拥有一条6000kg/h打叶复烤生产线，设置了一台10吨的燃煤链条组装锅炉，配套安装了一台离心式水膜除尘器。它由雾化室内胆文丘里、麻石捕集器（主桶）和气水分离器（副桶）三个部分组成。水喷淋在除尘器圆筒内壁形成水膜，并沿内壁向下流动。含尘烟气通过文丘里管从下部切向进入除尘器主桶，呈螺旋式旋转上升，被引风机从主桶顶部抽出。烟气中的灰尘和细小的煤颗粒被离心力分离出来，遇到水膜，就被吸附，向下流动至灰斗从水封处溢出最后通过排水沟进入沉灰池。主桶内径1.5M的除尘器，其每小时的耗水量约在2-3吨。为了节能，水膜除尘器的用水在筹建设计时就考虑采取循环使用，建造了两个互为备用的五级灰水沉清池，设置了污水泵站，安装了两台一用一备的污水泵。水膜除尘器出来的灰水经过前四级池沉清后进入第五级清水池进行中和最后通过化工泵再输送到水膜除尘器，达到循环利用不外排的目的。但在实际生产过程中由于锅炉烟气中含有二氧化硫等有害腐蚀性成分，除尘废水经过多次的循环使用后，废水里的酸性物不断浓缩聚积，腐蚀性加大，造成了污水循环系统管路和部件的损坏，甚至连不锈钢化工泵的壳体、叶轮和轴都会产生腐蚀损坏。虽有进行酸碱中和，但由于池体容积较小和中和反应的时间太短，而无法较大地改善废水PH值。经检测该废水经过循环使用5天后， PH值可以达到2.8。同时因为场地限制，灰水沉清池整体较短，废水通过时间偏短造成其中夹带的颗粒物无法完全沉淀，还导致污水循环管路、设备、设施的冲刷磨损和喷嘴堵塞。以上原因致使我司的水膜除尘废水处理循环设备经常处于瘫痪状态，最后导致废水不得不外排。

2 探索解决办法

要想实现水膜除尘用水循环使用，就要解决几点难题：①要解决水泵腐蚀、寿命短的问题，必须寻找到一种耐腐蚀、耐磨损，使用寿命长的水泵；②要解决灰水分离问题，减少水泵、管路的磨损以及减少水膜除尘喷头堵塞的机率，从而提高水膜除尘效果；③要解决循环水酸度太高，腐蚀水泵、管路及部件设施的问题；④要解决沉灰池清理灰渣时废水存放的问题；⑤要解决水膜除尘用水反复循环使用，吸附饱和浓度增高，除尘效果下降等问题。

（1）为此我们从2005年开始进行多方市场调研，对不同材质的水泵都进行了试用，结论如下：

通过试用比较，我们最终确定采用HTB65-50-160型塑料化工泵，该泵的材料主要采用具有高耐磨损性、自性、耐冲击性的超高分子量聚乙烯等新一代工程塑料，具有耐腐蚀、耐磨损，使用寿命长等特点，而且价格低廉，能够很好符合公司的生产工况。

（2）要降低循环水的酸性，可以采取的方式是加水稀释或加碱中和。

从以上数据可以得知，使用纯碱中和，效果较好，但费用高，不利于降低生产成本；而采用生石灰，效果可以满足要求，但有残留物，容易堵塞水泵、管路及喷嘴，影响使用。因此采用生石灰处理就必须解决残留物问题。

（3）要解决沉灰池清理灰渣时除尘废水存放的问题，就必须另外设置一个蓄水池。同时要实现除尘废水循环使用，使用成本低的中和剂，就还要解决除尘废水灰水分离和去除中和残留物的问题。根据生产特点及试验测算，沉灰池一般每10天清理一次灰渣，每次需要排出除尘废水25吨，而废水必须经过5天以上中和、自然沉淀和滤网过滤，所含的煤灰量、残留物才能减少到符合循环使用的要求。为此我们设置了一个50 m3废水沉清中和池，用于灰水分离和中和、去除残留物使用。为了彻底沉清水质并起到预防除尘废水突然产生量过大无法容纳问题，我们根据地形特点，设置了一个150 m3清水池。主要工作原理如下：

关闭沉清中和池与清水池之间的隔断门，该隔断门背后增设过滤网。每5天将一个沉灰池中的水抽调25吨到沉清中和池（每10天安排沉灰池清灰一次），并立即往沉清中和池中加入50kg生石灰进行中和，采用人工方式搅拌中和，然后让其静置3天，第四天开始打开沉清中和池与清水池之间的隔断门，保留过滤网不动，让水通过过滤网缓慢地流入清水池。然后让水在清水池静置1天后即可用水泵（抽水泵周围2个平方区域设置过滤网）抽回沉灰池继续使用。沉清中和池中的灰渣每两个月在设备停机周保时间打捞清理一次。

（4）补充新鲜水、抽走部分废水。通过分析燃煤链条炉排锅炉的特点，将分层给煤冷却水及锅炉排污水引入沉灰池，用以稀释除尘废水，这部分新鲜水每天约有2.5吨，可以起到稀释降低废水浓度10%的作用。另一方面，我们为了保证原煤燃烧的效果，必须提高原煤的含水量，一般应达到15%左右，以实际每天消耗原煤20吨，原煤原含水率10%测算，每天需要给原煤补水1吨（原来给原煤补水是采用城市直供水，通过改造现使用除尘废水），因此通过每天抽取1吨除尘废水给原煤加湿，可以进一步实现降低除尘废水浓度的目的。

（5）除尘废水在循环使用过程中，由于水膜除尘器脱水效果不可能达到100%，而且存在水分的自然蒸发，经过测算，该部分水每天损失达到1-2吨。通过水平衡计算，每个沉灰池容水25吨+每天补充新鲜水2.5吨-每天水损失1-2吨-每天原煤补水1吨=25吨，可以得知在除尘废水循环使用过程中，水量总体保持平衡。具体技改工艺图如下：

3 设施设备运行效果评价

从2005年我们开始探索出解决除尘用水循环使用的技改工艺后，实施两年来，污水泵运行正常，员工操作简单，水膜除尘器喷嘴工作正常，没有发生堵塞现象，废水在循环过程中，PH值始终保持在5.5左右，设施总体运行顺畅，使用效果良好，达到节能减排的技改目的。

4 经济效益

经济分析详见下表：

由上表可以看出，技改后投资当年即可收回，次年开始每年运行成本约1.5万元，每年可以节约用水1万吨，节约总费用11万元。

5 社会效益

通过技改，我司实现了锅炉除尘废水循环综合利用零排放的目的，企业为环保事业的发展做出了应有的努力，取得了良好的社会效益。

6 结论

整个技改工艺实施后，每年可以节约用水1万吨，节约费用11万元，同时实现除尘废水零排放，取得了良好的经济效益和社会效益，也是公司节能减排工作的重大举措。该项技改工艺，可以结合其它生产企业生产实际情况推广应用。

参考文献

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