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中国水资源可持续管理及管理策略分析
工程2(2016)23意见和评论水资源可持续管理易烊清华大学环境学院,北京1000841. 介绍水是维持人类生命、生产过程和生态系统的一种非常宝贵的资源;因此,应特别注意水资源的管理。中国由于自然和人为的原因,目前正面临严重的水危机,包括水资源短缺,洪水和水污染。水危机已威胁到人类健康和经济发展。中国天然水资源有两个主要特点。首先是不足:中国人均水资源量仅为1780m3,是世界人均水资源量的四分之一,与世界公认的水资源短缺国家人均水资源量(≤ 1700 m3)非常接近。二是分布不均,南方水资源丰富,北方水资源匮乏华北地区拥有全国47%的人口和65%的耕地,但水资源却只占全国的17%此外,中国四季降雨量水污染是由人类活动造成的。工业、农业和日常生活活动都排放废水,造成水污染.中国七大水系都存在不同程度的污染,包括有机污染 、营养物污 染、重金 属污染、持 久性有机污染物(POPs)等。据估计,1亿多城市居民和3.2亿农村居民缺乏安全饮用水。近年来,中国发生了许多与水污染有关的事故,严重威胁着人们水灾和内涝都是突发事件。然而,这些问题的大部分责任在于下水道系统的设计,建造和/或操作不当。例如,中国北方的一些城市发生了与洪水有关的事故,主要是由于城市下水道系统的问题这些事实表明,要预防水危机的危害,必须可持续水资源管理的目标应包括:为经济发展和人民日常生活提供为确保实现上述目标,中国水资源的可持续管理应基于以下战略[1,2]:• 把节约用水作为首要任务,水需求;• 严格控制水污染,减少源头污染• 将废水作为水、能源和肥料资源;和• 防治洪涝灾害,雨水作为水资源。2. 节约用水,控制需求多年来,人们一直认为水是一种廉价的资源,可以取之不尽用之不竭。因此,许多人不考虑或限制他们的用水。这种态度是非常有问题的,必须改变:水的需求应该得到控制,人们应该谨慎用水。表1显示了基于对一个城市的调查,中国不同用户的用水情况。正如表1所示,不同用户的用水量差别很大。许多因素影响不同用户的用水。例如,一所大学将包括图书馆、教室、实验室等等,所有这些都需要供水系统医院甚至需要更多的水用于清洁、手术等。然而,在所有公共建筑和私人住宅中,节约用水的潜力很大。以德国为例,平均用水量仅为128 L· L工业生产消耗水。不同的行业消耗不同数量的水,这取决于特征,表1不同用户的人均日用水量。用户用水量(L扬程(人均扬程)家庭150-250办公楼200大学300-700医院900-2500酒店750-2600http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.01.0062095-8099/© 2016 THE COVERORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。 这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章(http://creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect工程杂志主页:www.elsevier.com/locate/eng24岁。钱/工程2(2016)23工业特性、生产过程中使用的技术等等。所有行业均应发展及使用清洁生产程序,并减少其用水量及生产过程所排放的废水近十多年来,中国钢铁工业在节水方面取得了很大成绩。根据中国钢铁工业协会的统计数据,2000年生产1吨钢的平均用水量为25.24立方米,2013年降至3.5立方米。唐山钢铁公司的等效用水量仅为1.8而且,这家公司使用的水不是自来水,地表水,地下水,而是再生水。因此,如果钢铁工业部门的所有公司都能达到同样高的节水水平,钢铁工业部门的节水潜力非常大 (图 1显示了中国生产1吨钢的平均用水量的变化。可以发现,2013年生产1吨钢的平均用水量比2000年减少了86.1%在其他工业部门也有许多优秀的例子。应尽快开发和实施工业节水技术。节约用水还带来了减少废水排放的额外好处--这是应对水危机的双赢战略。农业需要大量的水。灌溉用水农田占中国总需水量的60%左右然而,水的利用效率仅为53%。因此,实施先进的灌溉制度和技术,以提高中国农业用水效率是非常重要的。3. 控制污染,减少源头排放污水处理作为控制污染的一种手段,一直然而,实践经验告诉我们,控制污染的最佳方法是从源头上减少污染物的产生[3]。对工业而言,清洁生产的发展和应用是减少污染产生的最佳途径.在过去的五年中,工业和信息化部领导了一个项目,对13个不同工业部门的清洁技术和工艺进行筛选和调查。选择了1000多种清洁生产工艺和技术,所有这些工艺和技术都能减少资源消耗和污染产生。因此,推广这些工艺和技术可以产生重大效益。中国 包含 许多 工业 parks. 改革现有Fig. 1. 中国生产1 t钢平均用水量的变化将工业园区改造成生态工业园区,或新建生态工业园区,是控制污染源的有效途径。生态工业园区内的工业与其他工业建立共生关系,使一个工业排放的废物可以作为另一个工业的原料。这些关系既降低了成本,又减少了污染物,这是双赢战略的另一个很好的例子。农田和农民生活污水是面源污染的重要来源,在水污染控制中不容忽视。实施生态农业、建设生态村是最好的策略。生态农业的主要特点是少用化肥、少用化学农药、少用水。此外,生态农业和生态村中产生的生物废弃物可作为能源或其他类型的资源。过去20年来,欧洲发展了家庭废水的源头分离工艺和设施厕所经过改造,生活污水可分为灰水(清洁活动产生的污染较轻的废水)、黄水(小便冲洗废水)和黑水(粪便冲洗废水这些系统和设施可显著减少用水量,并可将废水作为资源进行再利用。4.利用废水作为水资源和能源减少污染源的排放是非常重要的;然而,作为处理污染的一种手段,对日常生活活动产生的废水进行处理也是必要的[3,4]。在相当长的一段时间内,废水处理的目标一直是防止废水对环境和人类健康产生有害影响。然而,将废水转化为能源或其他资源是废水处理的新概念和新方向,在过去的三十年里一直在讨论。工程师们在开发和应用新的废水回用工艺和技术方面做出了巨大的努力如今,将废水作为水资源和能源使用已成为水资源可持续管理的主要战略[2,3]。废水是一种宝贵的资源。再生水可作为水资源用于农业、工业和城市废水中的有机污染物可以转化为能源,使废水也成为一种能源。氮、磷、钾和镁通常包含在废水中,可以回收并重新用作肥料或化学品。再生水回用的目标应谨慎选择。农业是我国最大的用水大户,再生水回用于灌溉应引起高度重视。如果再生水用于灌溉,则在废水处理工艺的设计中不应包括氮和磷因此,将再生水用于农田灌溉,可以将水、氮、磷一起再利用,同时通过保留废水中的氮和磷来降低水处理成本,这是另一种双赢策略。回收的水还可以用于工业冷却、市政清洁、绿地灌溉和其他用途。作为一个水资源非常有限的国家,新加坡成功地利用再生水作为水源。开发和使用高效、低成本、合适的废水处理技术非常重要[3,4]。例如,厌氧生物处理不包括-Y.钱/工程2(2016)23-2525相反,它将废水中的有机污染物转化为能源甲烷气体。相比之下,好氧处理过程消耗氧气并通过稳定废水中的有机污染物产生二氧化碳。因此,厌氧处理工艺应进一步改进和应用.此外,应更加重视氧化塘等自然生态系统和湿地等土地处理系统,作为今后处理废水的手段,特别是在农村和人口较少地区。图 2显示了荷兰瓦赫宁根大学提出的一种新的废水处理工艺。这个过程没有留下任何排放到环境中的东西,而是将废水的所有部分作为资源进行再利用。处理技术的核心是厌氧生物处理。正如该工艺所示,污泥的利用和处理是废水处理工艺的重要组成部分,也必须加以考虑。世界上许多国家在中水回用方面取得了很大的成功。以色列水资源有限,但仍能向其他国家出口粮食,主要是因为其再生水利用率高达90%。在那里,水资源短缺问题已通过有效的水资源管理战略得到解决中国有很多东西要向以色列学习。5.防洪减灾雨水资源化如上所述,由于下水道系统的问题,即使在中国干旱地区的城市也发生了洪水灾害虽然城市雨水必须建立有效的收集和排放系统,但防治洪涝灾害的新为此,应在城市的不同层次和位置安装各种设施,以收集雨水并使其可供使用。例如,水收集系统可以包括建筑物顶部的水箱以及住宅区中的收集系统和水箱收集的雨水可以在旱季用于冲厕所、灌溉绿地、清洁道路等,从而将多余的雨水从灾难中转化为资源。克恩县是美国加利福尼亚州的一个县,水资源该县已经开发了一个在实践这一概念方面已经作出了相当大的努力道路、池塘、运河、庭院等的表面都是可渗透的,允许雨水沉入地下。在这个概念中,地下水的功能就像银行一样:多余的水可以在雨季储存起来,并在需要时再次取出水银行的运作也遵循真正银行的规则:当用户没有过度使用他们的供水,如用水标准所示,水银行存储任何剩余的水量供他们进一步使用。水银行的应用明显缓解了克恩县的缺水问题,提高了地下水位,如图所示。3.第三章。有效的政策,谨慎的行政管理,适当的技术对于成功实施上述战略至关重要。例如,应开发废水处理工艺和技术图二. 荷兰瓦赫宁根大学提出的一种新的废水处理系统图三. 美国加利福尼亚州克恩县成功的水银行和恢复计划图水和下水道系统的规划和设计应加以改进[5]。许多中国城市已经在努力将自己转变为水资源的可持续管理是可持续发展的必要保障。为促进中国和世界的可持续发展,引用[1] 钱志英,张国东,编辑。中国水资源可持续发展战略研究。北京:中国水利出版社; 2001. 中文.[2] Engelman R,LeRoy P.可持续用水:污染和可再生水供应的未来。华盛顿特区:人口与环境计划,人口行动国际,1993年。[3] 张志新,钱永.城市可持续发展与水污染防治对策。北京:中国建筑工业出版社;1998.中文.[4] 张志杰,钱英,张福健,编辑。环境工程手册:水污染控制。北京:高等教育出版社; 1998. 中文.[5] 中国科学院水资源领域战略研究组。中国水科学与技术:2050年路线图北京:科学出版社,2009.
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