導語：再生水廠是現(xiàn)代城市發(fā)展和水資源保護不可或缺的組成部分，城市再生水廠在國外已經(jīng)有較為成熟的經(jīng)驗?？傮w來講，美國、新加坡、納米比亞、澳大利亞、日本、以色列等國家在再生水回用量與回用技術上處于全球領先地位。開展污水回收利用，推廣再生水使用已經(jīng)在各國水資源規(guī)劃與利用中凸顯出越來越高的地位，相信再生水的利用前景會越來越廣闊。
美國
在全世界范圍內(nèi)，美國的再生水廠不僅起步早，而且規(guī)模和先進程度也都位居前列，在全球十大再生水廠中就有四座來自美國，今天我們重點介紹其中的兩座：21世紀水廠和West Basin 再生水廠。
美國雖然水資源量豐富，但加利福尼亞、德克薩斯、佛羅里達和亞利桑那等州仍屬于水資源短缺、地下水超采嚴重地區(qū)， 因此再生水廠被廣泛地用于這些地區(qū)的城市市政、工業(yè)設備冷卻、農(nóng)業(yè)灌溉、河湖景觀娛樂、地下水補給等方面。
21世紀水廠
1975年，加州橙縣水管局在加州泉水谷地區(qū)建造了一座名為“21世紀水廠”，該廠是世界上第一個采用膜處理的再生水廠。
自1933年成立以來，橙縣水務部門(Orange County Water District, OCWD)一直在監(jiān)測該流域的地下水位，并在當時啟動了地下水補給計劃。因為自然補給不再能夠抵消地下水開采帶來的影響，OCWD 開始從其他來源進口水，但是依靠遙遠的流域來解渴和補給地下水也會帶來一些挑戰(zhàn)，比如進口水源的昂貴和環(huán)境敏感地區(qū)對瀕危物種的影響。
在1963年，橙縣水管局就開始研究將二級污水進行深度處理后回注地下，直到21世紀水廠投產(chǎn)運行后，經(jīng)過多年的研發(fā)和建設，終于在2008年水管局又在21世紀水廠建立起全新的地下水補給系統(tǒng)，希望該系統(tǒng)不但能滿足橙縣北部和中部地區(qū)用水需求，同時也能補給地下水，解決海水入侵問題保護當?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境。于是再生水地下水回灌系統(tǒng)(groundwater replenishment system, GWRS)不僅成為了橙縣可靠水資源的重要部分，并成為目前世界上最大的回用水間接用于飲用水和生態(tài)補給的污水凈化項目。而加州橙縣水管局由于在水回用方面的突出成就，也獲得了2014年“李光耀水獎”。
美國加州橙縣21世紀水廠不僅引領了再生水大規(guī)模利用，實踐飲用水水源循環(huán)制造，而且長期堅持并能持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，不失為低調(diào)而奢華的行業(yè)先行者。
West Basin 再生水廠
在美國加利福尼亞州洛杉磯地區(qū)還有一個再生水廠同樣堪稱經(jīng)典，并與21世紀水廠同樣入圍全球十大再生水廠，那就是West Basin 再生水廠。
West Basin 再生水廠采用了五種不同的工藝路線，分別為：
(1)二級出水+ 砂濾+ 消毒;
(2)二級硝化出水+ 砂濾+ 消毒;
(3)二級出水+MF+RO【低壓鍋爐】;
(4)二級出水+MF+RO【高壓鍋爐】;
(5)二級出水+ 石灰軟化+UV+H2O2。
這五種工藝分別滿足灌溉、工業(yè)冷卻、高低壓鍋爐用水及阻止海水入侵等目的，是名副其實的多用途水廠。
該廠從90年代逐漸興建，服務于當?shù)刂苓?7個城市及洛杉磯地區(qū)的100萬人口，通過對外部水源、地表水、雨水、海水淡化及再生水等多種水源進行處理回用，供給當?shù)毓I(yè)及生態(tài)用水，很好地預防保護了洛杉磯沿海區(qū)域的生態(tài)，并解決了加州內(nèi)水源緊缺的問題。
West Basin 一共有5期再生水工程：
1947年，West Basin 城市水務局成立，服務人口85萬人。
1995年建立一期6萬m?/d 的廢水回用處理設施，滿足南加利福尼亞不斷增長的供水需求。其中1萬m?進行地下水回灌以防止海水入侵( 石灰+RO)。
1997年，第一個使用Memcor 低壓膜的6萬m?/d 的再生水廠二期投產(chǎn)。其中2萬m?進行地下水回灌以防止海水入侵(MF+RO)。
1998~2002年，該市2萬m?/d 的三期再生水廠又安裝了三套Memcor 系統(tǒng)，此系統(tǒng)作為預處理，提供鍋爐和冷卻所需的供水反滲透程序。
2006年4萬m?/d 的四期再生水投產(chǎn)。四期擴建農(nóng)灌用水項目包括：預處理( 高速澄清池)、把原有回灌用濾池改造成農(nóng)罐用濾池、把原有的石灰澄清池改造成絮凝池、500萬gal 的貯水池;地下水回灌項目包括：微濾池的升級改造、反滲透池擴建、增加紫外消毒、增加雙氧水投加設施等，共投資5200萬美元。West Basin 再生水廠的進水鹽度約為700mg/L，MF+RO+RO 后減少到2mg/L。到2006年West Basin 再生水廠實際共產(chǎn)生輸水3330萬m?/ 年(9 萬m?/d)，超過23km的輸送管道。2006年處理成本約為0.63美元/m?，其主要資金來源包括撥款、地方撥款、依靠發(fā)行債券募集資金。
再生水地下水回灌系統(tǒng)(GWRS)
GWRS 是世界上最大、最先進的凈化再利用系統(tǒng)。經(jīng)過橙縣衛(wèi)生部門(Orange County Sanitation District, OCSD)先處理的污水，不再排入太平洋，而是通過GWRS 進一步凈化。在微濾、反滲透和紫外線與過氧化氫消毒三步高級工藝處理之后，可生產(chǎn)出符合，甚至優(yōu)于州及聯(lián)邦飲用水標準的優(yōu)質(zhì)水。這些凈化過的水通過自然滲透，補給橙縣地下水盆地，并補充飲用水。
自2008年1月開始運營以來，GWRS 最初每天生產(chǎn)7000萬加侖(265,000m?)高度凈化水。2015年，該項目擴建至1億加侖每天(378,000m?)。在增加從OCSD 到GWRS 輸水流量的設施建設完成之后，GWRS 的最終產(chǎn)量預計為1.3億加侖每天(492,000m?)。預計擴建項目將于2023年完工并投入使用。
新加坡
NEWater 水廠
NEWater 的成功推廣，不僅歸功于新加坡政府戰(zhàn)略層面上的大力推動，同時還要歸功于一系列卓越的品牌策劃。NEWater 和Usedwater 名稱的確立，摒棄了污水、廢水、中水、回用水等傳統(tǒng)詞匯，并且選擇在重大場合請國家領導人當眾飲用，從而產(chǎn)生轟動效應，有效地幫助民眾確立起對再生水安全性能的信心;并且建設了NEWater 接待中心，深入宣傳科普關于“水”的新理念，確立社會對水處理技術路線的信心。
旨在促進社會護水、親水的“ABC”計劃(Active,Beautiful,CleanWater)， 充分展現(xiàn)了一個更好的雨水管理方式。盡可能把每滴雨水留住，將下水道、溝渠、水庫改造成為富有活力的、美麗的、清潔的小溪河流與湖泊，與鄰近的地上成為一體，以創(chuàng)造出充滿活力的社區(qū)公共空間。創(chuàng)辦新加坡水周，通過大型的論壇、展會、頒獎，使新加坡不但匯聚了全球最智慧的思想，還成功塑造了新時期水務領導者的形象，成功實現(xiàn)了從極端缺水國家到世界水務樞紐的跨越式發(fā)展。
納米比亞
溫得和克Goreangab 再生水廠
溫得和克是納米比亞的首都，位于納米比亞中心高地，地處喀拉哈里沙漠東部和納米比沙漠西部之間。離此最近的常年河流是距離為750km外的Kavango 河。為了解決旱季嚴重缺水的問題，1968年在溫得和克建造了一座產(chǎn)量為4800m?/d的再生水廠，成為世界上第一個市政污水回用做直接飲用水項目，處理后的城市污水經(jīng)過一系列復雜的處理達到飲用的程度。運行的半個世紀中，水廠一直穩(wěn)定地生產(chǎn)出可接受的飲用水水質(zhì)的回用水。經(jīng)過幾次的擴建，水廠現(xiàn)行的產(chǎn)水量已經(jīng)達到21,000m?/d。該廠的實踐證明采用今天的水處理技術，污水完全可以處理為飲用水。
該水廠建設初期工藝為：氣浮除藻—泡沫分離—化學澄清—砂濾—顆?；钚蕴?mdash;氯化消毒。2002年擴建后工藝為：臭氧預氧化—氣浮—砂濾—臭氧氧化—活性炭吸附—超濾—氯化消毒。
從1968年以來，回用水占溫得和克總供水量的4%。但是在旱季嚴重缺水的季節(jié)，回用水所占的比例可以達到31%。回用水配水之前同Goreangab水處理廠處理后的水相混合，旱季時最大的混合比為1:1，1968年以來平均的混合比為1:3.5。從Goreangab水處理廠來的混合水再同來自幾個其他水源水庫的水相混合，所以通常情況下，回用水在任何時期和任何區(qū)域所占的最大比例是25%。
1976~1983年，溫得和克進行了回用水的流行病研究，還沒有發(fā)現(xiàn)癌癥或其他疾病的異常情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，使用回用水的地區(qū)腹瀉病的發(fā)病率并不比未使用的地區(qū)高。研究者用老鼠作致癌性研究，還作了回用水的誘變分析，以及對魚進行了生物學監(jiān)視，結果都為陰性。研究者的結論是使用回用水對人類健康不會有不利影響。
澳大利亞
澳大利亞于20世紀90年代早期開始對再生水進行利用，再生水在2001~2003年全國干旱時期發(fā)揮了重大作用，500多座城市污水處理廠生產(chǎn)的再生水有效緩解了干旱缺水和國家限水政策給城市發(fā)展和居民生活帶來的壓力，甚至在缺水地區(qū)一度成為不可替代的飲用水源。
澳大利亞農(nóng)村的再生水利用要多于城市，內(nèi)陸城市多于沿海城市，未來計劃主要向悉尼、堪培拉、昆士蘭、墨爾本以及南澳大利亞發(fā)展。2004年頒布的墨爾本都市水計劃中指出，再生水將更多地利用于鋼鐵廠、高爾夫球場、牧場、公園景觀用水以及住宅用水等方面。2004年昆士蘭頒布《再生水安全利用指南》草案旨在鼓勵對再生水的利用和發(fā)展。與此同時，布里斯班也積極開展綜合區(qū)域內(nèi)的再生水利用，建立再生水開發(fā)與監(jiān)管部門，確保所有區(qū)域綠地的發(fā)展要有再生水利用的規(guī)劃與設計，將用再生水的20%替代城市引用水源，實現(xiàn)零污水排入莫頓灣，保持對再生水的可持續(xù)使用。
再生水在澳大利亞悉尼奧運村被廣泛利用，其中包括：大面積的草坪灌溉、沖廁、消防、洗衣、裝飾以及噴泉娛樂場所和新商業(yè)區(qū)用水。悉尼奧運村再生水利用項目的關鍵和核心是再生水的質(zhì)量，采用兩條供水管網(wǎng)分別輸送再生水和飲用水，與日本的雙管供水系統(tǒng)相似。為了保障公共健康和飲用水安全，對再生水水質(zhì)進行連續(xù)監(jiān)測，并且在所有使用再生水的地區(qū)采用有效措施減少再生水與飲用水接觸風險，尤其是再生水和飲用水共同使用的地方采用了明顯的標志和公共警示信息。悉尼的再生水循環(huán)過程包涵了一系列新興、有效的技術，這些技術用于生物處理過程、微過濾和反過濾過程;同時使用高科技的遠程控制系統(tǒng)對循環(huán)再生水的操作和監(jiān)控進行自動和連續(xù)的監(jiān)測，確保了再生水水質(zhì)安全。
Luggage Point 再生水廠
澳大利亞Luggage Point 再生水廠處理規(guī)模7萬m?/d，處理工藝包括了化學沉淀、微濾、反滲透、UV 消毒、高級氧化等多重保障手段。污水處理的二級出水經(jīng)過該廠的處理后接近飲用水級別，當有需要時會補充到布里斯班的飲用水源地。
Gerroa 污水處理廠
Gerroa 污水處理廠平均流量為2200m?/d，在傳統(tǒng)的污水生物處理工藝之后引入了砂濾、臭氧、生物活性炭、微濾、紫外線消毒等各種技術手段。Gerroa 污水處理廠以其復雜的工藝流程和高質(zhì)量的出水水質(zhì)成為南半球污水再生利用領域中最為知名的污水處理廠之一。
日本
日本的水資源相對豐富，但由于國土狹窄，水資源利用率不高，加之二戰(zhàn)后日本重建和20世紀70年代起日本經(jīng)濟高速發(fā)展，工業(yè)用水、生活用水耗費巨大， 造成日本部分地區(qū)，特別是一些大中城市頻繁發(fā)生嚴重的缺水、斷水現(xiàn)象，迫使日本政府不得不大力加強節(jié)水和水循環(huán)利用措施。
日本于1962年開始利用再生水，并從20世紀80年代開始進入了高速發(fā)展階段，并在當時的日本通產(chǎn)省下面成立了一個專門從事污水再生利用的技術開發(fā)和推廣機構——財團法人造水促進中心。
日本城市污水處理主要以集中處理和分散處理兩種模式為主，而其中生活雜用再生水主要以分散處理模式為主，其他用途再生水以集中處理為主。日本再生水的輸送采用的是兩管水系統(tǒng)：其一為飲用水系統(tǒng)，其二為再生水系統(tǒng)，該系統(tǒng)被稱之為獨特的“中水道”系統(tǒng)，也被稱之為經(jīng)典“日本模式”。“中水道”系統(tǒng)除采用傳統(tǒng)的污水處理方法外，又開發(fā)了一種地下毛細管滲透系統(tǒng)，將污水處理與綠化結合起來，通過滲透在灌溉的同時補充地下水。
其實，日本的再生水很少用于農(nóng)業(yè)灌溉，大多作為生活用水，在日本南部地區(qū)，甚至直接作為飲用水。
2009年，日本公布《下水道白皮書》，強調(diào)對再生水利用的重要性，在再生水安全性方面比較重視對再生水水質(zhì)數(shù)據(jù)的積累與分析，積極進行再生水相關信息的公開，嚴格控制再生水的水質(zhì)，定期向公眾公開監(jiān)測結果，以實現(xiàn)安全利用再生水的目的。
東京都有明再生水廠
日本的再生水廠大多數(shù)建在地下。位于東京都江東區(qū)的有明水再生中心的地上是一座運動場，可供大家健身鍛煉。
東京都將再生水定義為在通常的污水處理工藝上再進行過濾、臭氧處理等深度處理后的水。目前，東京都有數(shù)個再生水供水區(qū)域和再生水廠。以芝浦水再生中心為例，通過砂濾設施去除二級出水中的細小污染物，加入次氯酸鈉作為污水處理廠的機械設備清洗用水、冷卻用水和沖廁用水等。另外通過膜生物過濾、臭氧消毒、臭氧耐性膜過濾等工藝去除二級出水中的渾濁和臭味，以供給周邊地區(qū)作為沖廁用水。
以色列
以色列是世界上水資源最匱乏的國家之一，但其對再生水的認識比較早。以色列長期缺水，所以以色列人認為，把城市污水作為傳統(tǒng)的水資源加以開發(fā)利用是解決水問題的唯一出路。
早在20世紀60年代，以色列政府就把污水回用列為一項國家政策：廢水如果沒用盡，不可使用海水淡化，城市的每一滴水應至少回用一次。以色列已經(jīng)將污水處理作為了基本國策，在每個以色列人心中都將再生水銘記于心。到2020年，以色列100%的生活污水要實現(xiàn)再生利用，即滿足50%的灌溉用水需求。
Shafdan 再生水廠
以色列的Shafdan 再生水廠有很多自己的獨特處理方法，首先工廠的廢水通過普通設備凈化后將重新注入地下，再通過取自里雄萊錫安市和雅夫內(nèi)城的沙子進行再一次過濾，通過這一過程，顯著改善了水質(zhì)，過濾后的水最終可以安全地用于各種形式的灌溉。該廠處理規(guī)模35萬m?/d，根據(jù)當?shù)靥赜械牡刭|(zhì)發(fā)明了獨特的污水處理方法，也因此在聯(lián)合國的評選中脫穎而出成為了全球的樣板。
全球十大經(jīng)典再生水廠
● 美國加州橙縣21 世紀水廠——世界上第一個采用膜處理的再生水廠
● 新加坡NeWater 水廠——亞洲再生水工程領域的典范
● 納米比亞溫得和克Goreangab 再生水廠——世界第一個市政污水回用做直接飲用水項目
● 美國加利福尼亞州Monterey 再生水廠——美國首個再生水用于農(nóng)灌的大型工程，對世界其他地區(qū)此類項目的發(fā)展產(chǎn)生了明顯的影響
● 美國加州West Basin 再生水廠——再生水實現(xiàn)多種用途的經(jīng)典之作
● 美國維吉尼亞UOSA 再生水廠——踐行再生水回用于間接飲用的典范
● 澳大利亞Luggage Point 再生水廠——處理工藝包括了化學沉淀、微濾、反滲透、UV 消毒、高級氧化等多重保障手段，處理后接近飲用水級別
● 日本東京都有明再生水廠——再生水用于生活用水的典范
● 澳大利亞Gerroa 污水處理廠——南半球污水再生利用領域中最為知名的污水處理廠之一
● 以色列Shafdan 再生水廠——特有的地質(zhì)發(fā)明了獨特的污水處理方法，成為全球再生水利用的樣板
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