第三节　亚太地区再生水利用

一、新加坡

新加坡是一个岛国，国土面积狭小，四面环海且自然资源匮乏。其地理条件使得本土自产水资源十分有限，与马来西亚的供水之争一直影响着其国内政治、经济等各个方面。因此，自其独立以来，保证水资源供应一直是新加坡政府和民众优先考虑的头等大事。为保持社会经济稳步增长，新加坡政府把水资源视为国家存亡的命脉。为了确保水源对国家社会经济发展计划的支撑，新加坡从国家战略角度上对其水资源进行管理，形成了系统、全面的水资源开发利用战略。

（一）水资源概况

新加坡位于东南亚，地处马来半岛的南端，是一个城市岛国。其四面环海，由一个大岛和63个小岛屿组成，国土面积约714平方公里。新加坡地势平坦，海拔最高163米，受地形所限，河流均较为短小。属于热带海洋性气候，全年气候湿热，昼夜温差较小，年平均气温为24~32℃。雨量充沛，年平均降水量2345毫米。

尽管四面环海，但是由于地理条件限制，新加坡是世界上最缺水国家之一。因为国土面积狭小，河流多短小，并且缺乏天然的蓄水层，导致淡水资源较少。截至2010年，新加坡人口达到499万，并且以年平均1.9%的速度增长，其GDP则以年平均7.7%的速度增长，年用水量约6亿m³。人口增长和经济发展带来的压力，使得水资源的形势更为严峻。据估计，2060年新加坡人口可能增加至650万~690万，总需水量将增加一倍。新加坡自产水资源十分有限，50%的水源依赖从马来西亚进口，人均水资源位列世界倒数第二位，严重缺水。

（二）水资源开发利用的国家战略

为了确保水资源对国家经济社会发展的持续支撑，新加坡在各个层次上实施了一系列措施，从国家机构设置、法律法规保障到观念教育、技术投入等各个角度，对水资源的开发利用进行了规划和管理。

1.“ABC Waters”全民共享水源计划

2006年，新加坡公用事业局推出了“ABC Waters”全民共享水源计划，目的在于建设可持续发展城市，其目标是建立“活跃、优美、清洁”的水环境。

该计划包括100多项在未来的10~15年将要进行的改造项目，截至2012年，目标已实现20项，并且规划了奖励和培训等各项政策予以支撑。“ABC Waters”计划的第一层次是由公用事业局牵头，对新加坡的17座蓄水池、32条主河道等通过疏浚、美化、建立娱乐设施等，使这些工程在提供收集雨水和防洪功能的同时，能够成为市民休闲享受的去处。其第二层次是让全体国民共享水源设计。目标是在投入不会大幅增加的前提下，使各个净化雨水设施的设计融入城市建筑设计当中，例如建设雨水花园、人工湿地等，这样既能够提供活动场所，也能够起到减缓雨水、使生态多样化的作用，保持收集入沟渠和集水池的水的清洁度。通过这项计划，新加坡政府希望实现“依靠社会，服务于民”的宗旨，让居民能够享受到成本低、看得见的水利用设施。

2.国家“四大水喉”战略

为了确保水源对国家社会经济发展计划的支撑，新加坡公用事业局提出了国家“四大水喉”（Four National Taps）战略，即本地集水、外购水、新生水和淡化海水四大水源，使供水得到保障。主要目标是改变目前主要依靠雨水和马来西亚外购水的被动局面，实现水资源的多元化，赢得水源的主动权，完全实现淡水自给自足，同时实现供水成本的不断下降。这项规划首先强调加大新生水的利用，2010年新生水利用占用水总需求的30％，2020年达到40％，2060年可望达到50％。

3.节约用水规划

新加坡政府对日常用水的管理给予高度重视。这项规划包括四方面的举措：家庭节水10L挑战计划、商业节水10%挑战计划、水配件节水产品解决方案和节水激励机制。政府号召居民每天节水10L，并采取有效措施管理自来水的传输和分配系统，最大限度地减少去向不明的水资源浪费。通过上述措施，居民生活用水从1994年的每人日均176L降低到2003年的每人日均165L和2009年的每人日均156L，可望最终实现2030年降低到每人日均140L的目标。

（三）水资源开发利用的系统设计

1.多层次机构设置

在国家层面上，新加坡政府设有环境与水资源部，管理所有与水相关的事务。它的主要职能包括制定各项法规政策，创建国际交流合作平台等。这个部门下设环境战略政策研究室、水资源研究室等。其中比较有特色的是公共网络处，其职能是将民众、公共机构和私人部门联合起来，共同开发、利用和保护水资源。而这个部门下面分设两个执行机构：国家环境机构和公用事业管理委员会暨国家水务机构，主要负责落实上级制定的各项政策。国家水务机构主要负责新加坡的淡水供给、采集和污水处理等，近年来管理效果较好。

2.多领域综合利用

新加坡政府还注意综合利用政府、学校和商业机构的各自优势，将三者结合起来，整合运作，提升水源开发利用和水资源管理水平。政府既积极拓展国内外交流合作的平台，又努力引进先进技术，重视人才培养，为水务产业的发展奠定人才基础。政府鼓励支持各个大学、研究机构等进行相关领域的研究，既针对技术层次，也包含管理层面。研究成果则可以通过招标，选择有竞争力的企业和研发团队一起开发应用新技术，不断修正改进后推向市场。

3.建立全民“水观念”

近年来，新加坡政府着重号召全民节约用水，在社会生活的各个方面对公众进行节水指导，促使居民养成节水习惯。还制定了“全民共享水源计划”，有规划引导全民节水。

（四）新加坡膜新生水

新加坡的“四大水喉”战略逐渐使新加坡找到了化解自身水资源危机的途径，政府期望未来通过海水淡化和新生水解决其用水需求的80%。在政策的引导和鼓励下，新加坡的海水淡化和新生水产业得到了快速发展，同时也形成了自身的技术优势。经过不断的研究和探索，新加坡放弃了传统的“相变”等蒸馏技术，而采用膜技术进行海水淡化和新生水的生产，大大降低了成本，同时处理效果有所提高，这也促成了新加坡膜产业的蓬勃发展。

所谓新生水，就是充分利用高科技手段，回收所有的工业和家庭生活废水，然后经过各种过滤和消毒，使其达到可以饮用的水标准。新生水的生产利用了微滤、反渗透、紫外消毒等技术。新生水各项水质指标都优于目前使用的自来水，新加坡98％的民众对此持接受态度。日前新生水主要供应给工商业用户使用，由于其高度纯净，所以是高质量晶片厂的理想用水。另有少量（2％左右）的新生水被注入国家蓄水池，与其他生水混合，最后再处理成饮用水。目前新加坡共有五座新生水厂，所生产的新生水差不多能够满足全岛30％的用水总需求。分别是2003年投产的勿洛和克兰芝，2004年投产的实里达，2007年投产的乌鲁班丹以及2010年投产的樟宜。其中樟宜新生水厂由新加坡胜科集团设计、建造、拥有并经营，耗资1.8亿新元，日产量达22.8万m³，是新加坡规模最大的新生水厂。图1-10为2010年新加坡五家新生水厂的处理水量比例，新生水年生产总量为5.42亿m³。

二、澳大利亚

澳大利亚水资源丰富，年人均水资源量能达到约13万m³，但时空分布很不均匀，降雨主要集中在东北部地区，人口却大部分集中在东南地区。预计到2050年澳大利亚的人口将达到3500万。澳大利亚人均水消耗量在亚太经合组织国家中排名第三，仅次于加拿大和美国。2011年，全国用水量比2010年增加20.1%，其中农业用水量中占62%。越来越多的人口、快速发展的经济以及气候变化的影响急剧增加了澳大利亚的水需求总量，也对澳大利亚水资源的开发和利用（特别是非常规水资源）提出了巨大的挑战。

雨水回用、污水回用、海水淡化作为澳大利亚三种非常规水资源在其水资源供给中占据重要的地位。2009-2010年，澳大利亚年均用水量达26.86亿m³，其中地表水占其供给水源78%，雨污水回用占10%，海水淡化占3%（见图1-11）。地表水与地下水的开发随着水资源利用率的提高而逐步扩大，其可利用量也越来越有限。随着污水处理技术、脱盐技术的快速发展，雨污水的回用、海水淡化的市场将被进一步打开。2004年，澳大利亚水服务协会的报告表明：城市的用水大户是居民用水（占59%），而居民用水中的40%用于非饮用目的，如冲厕、洗涤和花园浇灌；只有1%的自来水供给是作为饮用的。这说明澳大利亚非常规水资源在非饮用领域的开发潜力很大。

由于地域差异，各州的供给水源比例不尽相同，南澳大利亚州的回用水比例最高，占28.1%，其次是昆士兰州（23.7%）。北领地和南威尔士州则以地表水水源为主，分别占其水源总量的93.8%、92.3%。根据澳大利亚2015年的回用规划，再生水回用在澳大利亚水源供给的比例将继续提高。

根据国际水务情报的预测，2009-2016年，世界再生水量将增长19.5%。澳大利亚作为全球再生水回用的主力军之一，产出总量仅次于美国、中国、西班牙、墨西哥和印度。

1998年，南澳大利亚州委托弗吉尼亚公司建立国内第一个再生水农业回用的管道；2001年，悉尼启动劳斯山城市发展水回用方案。发展至2010年，澳大利亚再生水回用率已达到16.8%，2010年总回用再生水量约2.79亿m³。

近20年来，澳大利亚各州再生水回用量总体呈上升趋势。2012年，除了新南威尔士州和塔斯马尼亚岛外，大部分的辖区都已接近或达到30%。其中南澳大利亚州（28%）、维多利亚州（24%）和昆士兰州（24%）三个州发展较快；塔斯马尼亚州、北领地、新南威尔士州发展相对较慢。维多利亚州西部的回用率高达81%，而新南威尔士州的高斯福地区只有1.7%的回用率。

同时，澳大利亚城市地区与乡村地区再生水回用发展情况也有较显著的差别（见图1-12）。2010年乡村地区再生水回用量占该地区总用水量2.4%，城市地区则为8.4%。但从2009年之后，城市再生水回用量略有下降的趋势，而农村的再生水回用量下降更为明显，这种急剧变化与2010-2011年澳大利亚的洪灾密切相关。这表明气候变化对农村再生水回用影响较大，对城市再生水回用则影响相对较小。雨污水回用不仅可以作为非常规水资源的主力军之一，更是一种应对气候变化弹性较大的水资源。

截至2013年底，澳大利亚已经有580多个不同的再生水回用计划，大部分与非饮用回用有关，主要用于农业、森林、城市非饮用用途、工业、渔业、娱乐和环境、居民、景观灌溉、湿地修复和建造等。饮用回用则包括直接饮用回用、间接饮用回用和地下水补给。

2012年，澳大利亚再生水的41%用于农业，35%应用于市政回用（见图1-13）。根据规划，2015年，再生水应用于农业与市政领域的比例均将降低。而间接饮用回用的比例将大幅增加7%、居民回用和环境回用也会有小幅增加。

注：（b）为规划值。

1.农业回用

农业回用是澳大利亚再生水回用的重要用途。到2013年，澳大利亚已经有270个不同的农业灌溉计划。2011年，澳大利亚农业用水量占全国总用水量的62%，比2010年增加了5%；而回用于农业的再生水量却从2010年的1.24亿m³下降到2011年的4530万m³，这与2015年规划中要降低在农业回用方向上再生水回用比例的趋势保持一致（见图1-14）。

资料来源：Australian Bureau of Statistics4610.0-Water Account，Australia，201112LATEST ISSUE Released at11：30AM（CANBERRA TIME）13/11/2013；http：//www.abs.gov.au/AUSSTATS/abs@.nsf/Lookup/4610.0Main+Features20201112201112。图中灌溉用地仅占所有农业用地的0.5%。

2.IPR与DPR项目

（注：DPR（direct potable water reuse），再生水直接回用于饮用用途。IPR（indirect potable water reuse），再生水间接回用于饮用用途。）

截至2013年底，全球典型的饮用回用项目共28项，其中美国18项，新加坡3项，澳大利亚2项；直接饮用回用项目共7项，美国3项，纳米比亚2项，南非2项。借鉴国际上特别是美国IPR项目的成功经验，澳大利亚也在积极发展IPR项目，目前两个项目分别在昆士兰州东南部的Western Corridor Project（23.2万m³/d）和珀斯的直接灌注地下水补给工程。Toowoomba（昆士兰州）和Goulburn（新南威尔士州）也在规划建设IPR项目。2012年澳大利亚的IPR项目还未形成规模，估计到2015年，IPR项目能够为澳大利亚供给7%的水源。

值得一提的是，澳大利亚对于再生水回用于和人类紧密接触的用途上的经验并不丰富，不少公众反对这些回用项目，例如图文巴提出的饮用回用计划遭到公民投票否决，最初悉尼市西北地区的市再生水饮用回用处理厂，也是因为公众的担忧而停止建设。

为解决水资源短缺问题，澳大利亚耗资约32亿美元应用于污水的再生利用，其中大部分投资投入悉尼区，约23亿美元。据统计，澳大利亚2011-2014年间完成的再生水回用项目共19项，总投资超过1亿美元（见表1-6）。

注：该统计数据为不完全统计，2011年统计数据不完整。资助项目包括澳大利亚国家城市和集镇水供给安全保障计划以及其他国家和州的拨款项目。

澳大利亚已经基本攻克雨污水回用和海水淡化的关键技术，包括生物处理、吸附和膜分离技术；风险管理实践也步入成熟阶段，在州和联邦水平上都有严格的司法和指南；对于无机物和固体废物残留的处理处置，澳大利亚也在污水处理工业中建立了较为完善的工艺流程。现阶段部分难题在实验室研究中已有解决办法，但在生产实践中仍无法完全解决。在线监测、病毒去除、内分泌干扰物、药物、个人护理产品等的去除是目前再生水回用的瓶颈，也是多数公众反对再生水回用的重要原因，只有在生产阶段克服这些瓶颈，才能让再生水回用从粗放式回用（如农业经济作物灌溉、景观灌溉、工业冷却水回用、消防和道路洒水等）扩大到更广泛的领域（与人类紧密联系的家庭用水包括饮用回用、粮食作物灌溉等）；能耗和温室气体排放更是澳大利亚海水淡化产业一直面对的重要问题。随着澳大利亚水资源紧缺的加剧，非常规水资源的开发与利用速度将会继续加快。

三、日本

（一）发展历程

日本降雨量充沛，水资源相对丰富，但由于国土面积狭窄，水资源有效利用率不是很高。20世纪70年代起，随着日本社会经济的高速发展和工业化，生活用水和工业用水量日益增加，日本部分地区（特别是一些大中城市）频发严重的缺水断水现象，这迫使日本不得不大力修建水库和人工引水渠，进行大规模的水资源开发，但由此也引起了公众对生态破坏的担忧，新建水库的选址也变得越来越难。在此背景下，日本政府大力加强了节水和水循环利用措施，污水再生利用也从20世纪80年代开始进入高速发展阶段，当时日本通产省专门设立了一个从事污水再生利用技术开发和推广的机构——财团法人造水促进中心。

在日本，城市污水集中处理回用和分散处理回用都大量存在，其突出的特点有两个：一是分散处理并回用于城市生活杂用的再生水所占比例很大；二是独特的工业水道，即在各大城市创建并使用至今的“工业用水道”纵穿全市，形成与自来水管道并存的又一条城市动脉，此举又被称为日本模式。日本为发展中国家的城市规划提供了一个很好的再生水回用的典范，因为它在历史上的建设目的即是满足城市用水需要，而不只是农业灌溉。此外，该国对再生水水质的要求和美国是不同的，因为对于无限制地使用有更严格的大肠菌群限制，而其他应用限制较少。福冈市最早于1980年就开展污水再生利用工作，此后日本一些缺水城市也相继启动了技术研发和应用，建立了一批示范工程，经过实践逐渐制定出相关的指南规程标准等。在日本政府的大力推动下，再生水被广泛应用于工业用水、补充河流、美化环境等，成为一种重要的水源。相关工作不仅促进了再生水产业的技术进步，也收到了一定的社会和经济效益。

2009年日本公布的《下水道白皮书》明确了污水再生利用对于日本的重要性。日本国土交通省统计结果显示，全国污水处理厂年均总处理量为143亿m³，而再生水产量为2.0423亿m³，约占总处理量的1.43%。目前日本的再生水主要用途包括河流补给、景观用水、融雪用水、冲厕用水、戏水用水、绿化带/道路/施工洒水用水、农业灌溉用水、生产/服务业用水以及工业用水等，各部分所占比例见图1-15。

从各地区的再生水利用设施的数量来看，以水资源紧缺的关东临海地区（东京都、横滨市等）最为集中，共计1280多处；其次为频繁出现干旱和缺水现象的北九州地区（福冈市）和东海地区，分别有再生水利用设施646处和273处。日本各地均实施有污水再生利用的项目，不过总体来看，日本再生水利用在全国呈现不均衡现象，再生水利用与当地水资源短缺程度有关，但目前日本再生水生产量占污水处理总量的比例还较小，主要是环保目的的再生水利用（景观用水、河流补水用水和戏水用水三种占58%以上）。

（二）日本推动全球再生水利用的贡献

日本在膜法水处理技术的研究及应用推广方面走在全球顶尖行列，包括首创浸没式MBR（膜生物反应器）系统的研究，以及多种不同商业膜系统的发展。第一个外置式完整的商业MBR处理厂也是20世纪80年代在日本建成。在20世纪80年代中后期，日本的MBR系统还是只用于一些小规模的家庭污水处理系统，包括在线污水处理净化槽系统、粪便处理系统以及工业废水处理工程。但随着MBR技术的发展，MBR也逐渐开始应用于大规模的市政污水处理厂。1998年，日本下水道事业启动了一个为市政污水处理厂发展和评估MBR系统的研究和开发项目。根据研究结果，日本于2003年发表了“MBR设计建议”，制定了MBR系统的系统配置和设计参数。此后，日本下水道事业进行第二期中试实验（2001-2004年），重点关注降低运营成本。基于这些研发项目和设计材料，日本第一个大规模的市政MBR在2005年3月建成（Fukusaki WWTP，2100m³/d）。

日本膜企业生产的膜产品在全球的市场份额中占有重要比重，表1-7为日本主要的膜企业及其业绩简介。日本膜企业具有以下特点：（1）产业领域宽，几乎每家企业都在发展微滤、超滤和反渗透业务；（2）产品系列化和专用化，可根据用户的需要，开发多种类型的膜和不同系列膜组件；（3）注重利用公司以往的技术积累，发挥自己的技术优势。

日本的生活污水处理管理比较复杂，在不同的法律体系和政府部门的监管下有几个不同的系统共存。其中，截至2009年3月，膜分离——MBR独立装置在生活污水处理中主要应用于以下五个方面：

城市污水处理系统——主要的污水处理系统，由日本国土交通省管理。虽然这种大型的市政污水处理厂已有2000座，覆盖全国73%的人口，但MBR是从2005年才开始应用到城市污水处理。目前只有10个MBR处理厂在运行，其中9个MBR处理厂运行情况见表1-8，另外有10个处理厂正在建设或处于规划设计阶段。现有处理厂的处理能力在0.24×103~4.2×103m³/d（总处理能力为12.5×103m³/d）。这些MBR污水处理厂都是按照2003年日本污水工程机构的JS MBR设计建议而配置的标准化流程和设计。

农村污水处理系统——主要是农村地区（通常为农业农村地区）的小规模污水处理系统，由日本农林水产省管理。虽然有超过5000个处理系统，但仅覆盖3%的人口，1999年第一个MBR设施安装并投入使用，目前MBR设施已有50座。这些MBR装置大多由日本农村资源回收处理协会推广使用，并且大多为浸没式MBR。

净化槽系统——主要是在线污水处理系统，处理来自独栋住宅的生活污水，以及其他地方包括公共设施（如学校）、商务楼、餐厅和办公室的污水等。目前有9%的人口使用净化槽系统处理生活污水。虽然没有确切数据，但根据8家膜供应商和工程公司的调查，日本至少安装了1930多个净化槽MBR系统，这主要是由于MBR占地面积小、维护费用少，所以得到市场的肯定。

粪便处理系统——主要在没有污水处理系统的农村地区，卫生间废水（人类粪便）被收集集中处理，通常与从净化槽收集的剩余污泥一起处理。目前大约有1000座粪便处理厂，其中有206座应用了MBR系统，总处理量为18.7×103m³/d。传统处理方法需要将收集的废水进行稀释后进行处理，而MBR系统则可不经稀释直接处理高浓度的有机废水。

建筑污水回用系统——主要是大型建筑的在线污水处理和回用系统，处理后的水可用于厕所冲洗等。在一些城市中，达到一定规模的建筑物被强制安装污水回用系统。在20世纪80年代主要安装的是外置式MBR，但由于浸没式MBR的占地面积更小，因此自90年代之后，浸没式MBR的安装数量不断增长。