水危機及其對策——水的良性社會循環(huán)

1、水危機及其對策水的良性社會循環(huán)地球上的水資源 地球上水資源的容量為14.6億km3 海水、咸水14.21億km3，占97.3% 地球上的淡水為0.39億km3，占2.7%。淡水中：儲于兩極及冰川 77.2%地下水及土壤水 22.4%湖泊和沼澤 0.35%大氣中 0.01%0.01%水的自然循環(huán)我國的水資源v 水資源的意義：陸地表面及表層中短期內(nèi)可由降水補給更新的淡水量v 地表水資源：地表水體的動態(tài)水量v 地下水資源：埋藏淺，補給條件好，容易更新恢復(fù)的水量v 我國平均年降水量為648.6mm 降水總量約6.2萬億m3v 形成地表徑流及少量補充地下水為2.8萬億m3，約占45%，其余又蒸發(fā)回大氣我

2、國水資源的特點v 地區(qū)分布不均：南方占81%，北方占19%v 年際及年內(nèi)分布不均：夏半年占約75%，冬半年占25%v 人均水資源量低：2086m3/人，為世界人均22.3%v 黃淮海流域，面積占全國13.4%，耕地占39%，人口占35%，GDP占32%，水資源僅占7.7%，人均約500m3/人，是最缺水的地區(qū)西南大旱吉林洪水水的社會循環(huán)水源給 水人工業(yè)農(nóng)業(yè)城市生活商業(yè)產(chǎn)品用水、工藝用水、冷卻用水灌溉新陳代謝廢 水收集處理處置v水的社會循環(huán)有用水量和水質(zhì)兩方面的問題中國的用水量需求v2008年我國用水量組成：總用水量5910億m3，為水資源量21.5%農(nóng)業(yè)用水 3660億m3，占62%工業(yè)用水

3、1400億m3，占23.7%生活用水 730億m3，占12.3% 生態(tài)用水 120億m3，占2%v 為發(fā)展中國家用水模式，生態(tài)用水偏少中國的用水量需求v2015年目標(biāo)：控制總用水量為7000億m3，為水資源量1/4農(nóng)業(yè)用水 3700億m3，占52%工業(yè)用水 1300億m3，占18%生活用水 1000億m3，占15%生態(tài)用水 1000億m3，占15% （科學(xué)發(fā)展觀精神）符合國際慣例的現(xiàn)代化用水結(jié)構(gòu)v流域的用水結(jié)構(gòu)應(yīng)不斷向現(xiàn)代化方向調(diào)整中國的用水量需求v 水資源中30%35%可被利用，即為80009500億m3v 我國總?cè)∮盟?008年為5910億m3，水資源使用率為65%;2015年為7000

4、億m3，水資源使用率接近80%，正在向極限逼近，形勢嚴(yán)峻v水資源短缺造成的經(jīng)濟損失，不亞于洪澇災(zāi)害v我國水資源的重要性，經(jīng)歷由不重視到重視的過程天然水體的承載力v 天然水體都是一個生態(tài)系統(tǒng)，具有一定的降解污染物的能力，稱為水體的承載力v 排入天然水體的污染物來源于水的社會循環(huán)，即人類社會在用水的過程中，使廢棄物進入水中，用過的污廢水再將廢棄物帶進天然水體v 排入天然水體的污染物量較少，不超過水體的承載力，水體的生態(tài)系統(tǒng)不會遭到破環(huán)v 排入天然水體的污染物量大于水體的承載力，水體的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，認(rèn)為水體受到污染v 受污染的水體將部分喪失或完全喪失使用功能，造成水質(zhì)性缺水，使國民經(jīng)濟遭受損失中

5、國的水環(huán)境v 上世紀(jì)五、六十年代以前，我國社會經(jīng)濟落后，城市基礎(chǔ)設(shè)施差，工業(yè)不發(fā)達(dá)，城市和工業(yè)造成的水污染尚不嚴(yán)重v 改革開放以來，國民經(jīng)濟高速發(fā)展，污染水量急劇增加，對水環(huán)境污染嚴(yán)重v 全國污廢水排放總量達(dá)758億m3(2008)，生活污水占53.7%，工業(yè)廢水占46.3%。由于水處理率底，致使水環(huán)境遭到不同程度污染v 在15萬km的評論河段中，水質(zhì)在IV類以上的污染河段占61.2%，北方遼、黃、海、淮等流域，符合和優(yōu)于類水的河長占35%47%中國的水環(huán)境v 全國約60%以上湖泊水域，53%近岸海域受到顯著污染v 118座大城市淺層地下水97.7%受到污染v 城市水源污染造成的損失，不低于洪

6、澇災(zāi)害和水資源短缺v 提出了水質(zhì)災(zāi)害的概念防污減災(zāi)v 水資源短缺和水環(huán)境污染構(gòu)成了中國水危機太湖藍(lán)藻爆發(fā)水危機與人口爆炸v 水危機不僅出現(xiàn)在我國并且也出現(xiàn)在全世界，而以我國尤甚v 水危機是人類危機的一部分，人類危機的重要根源是人口爆炸和消費爆炸v 人口爆炸的歷程v人類出現(xiàn)于400700萬年前， 1020萬年前出現(xiàn)現(xiàn)代人種v現(xiàn)代人出現(xiàn)于非洲，10萬年 向各大陸遷移，23萬年前 擴展到各大陸，其他人種相 繼滅絕人類人口爆炸歷程v 人類人口爆炸始于1萬年前的農(nóng)業(yè)革命時間人口人口翻一番的歷時1萬年前（農(nóng)業(yè)革命）數(shù)百萬公元元年23億1500年1650（工業(yè)革命）5億1500年185010億200年193

7、020億80年197540億45年199960億24年（2020）80億（45年）中國的人口爆炸v 時間：1952年 人口：6.02億 人口翻一番的歷時 1995.12.15 12.0億 43年v 消費爆炸：20世紀(jì)最后25年能源消費=以前總和v 地球能養(yǎng)活多少人？ （太陽每年供給地球總能量）1% （年平均個人消費）v 人口爆炸和消費爆炸造成資源、環(huán)境的全面危機，水危機是其中之一=82.5億城市的水危機v 城市化是現(xiàn)代化的基本進程和主要標(biāo)志。城市是一定地域范圍內(nèi)的政治、經(jīng)濟、物流、文化和信息中心v 2030年，世界城市人口所占比例將超過60%；我國城市人口也將達(dá)60%，超9億，是現(xiàn)在的1.5倍

8、v 城市地域狹小，集水面積小，人口密度大，經(jīng)濟活動集中，普遍存在資源性缺水。城市同時又排污集中，對水環(huán)境破壞力大，易出現(xiàn)環(huán)境污染和水質(zhì)型缺水城市的水危機v 城市的水危機顯得集中和尖銳，是政府和社會關(guān)注的焦點v 緩解水危機，僅從一城一地考慮，已無法解決。必須從整個流域水循環(huán)著眼，才可能找出對策v 緩解水危機的方法，就是實現(xiàn)水的良性社會循環(huán)水利工程和給水排水工程v 地球淡水的循環(huán)可區(qū)分為水的自然循環(huán)和水的社會循環(huán)v 水的自然循環(huán)及其調(diào)控是水利工程的研究內(nèi)容。它以力學(xué)為基礎(chǔ)，主要研究“量”（水量、能量等）問題v 水的社會循環(huán)及其調(diào)控是給水排水工程的研究內(nèi)容。它以化學(xué)和生物學(xué)為基礎(chǔ)，主要研究“質(zhì)”（水

9、質(zhì)等）問題v 地球上的水工程，主要就由水利工程和給水排水工程兩個學(xué)科來支撐。飲用水安全保障v 在水的社會循環(huán)中，源水需經(jīng)處理才能滿足用水要求，其中飲用水的安全保障得到特殊關(guān)注v 受污染水源水 近年來全國廢水排放總量呈上升趨勢，以有機物和氨氮為主要污染物v 飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 水質(zhì)項目越來越多，限值越來越嚴(yán)格v 嚴(yán)峻的水環(huán)境污染形勢與越來越高的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間就形成了一個矛盾，促使廣大水處理工作者不斷研發(fā)新型高效的水處理工藝城市飲用水凈化工藝的發(fā)程歷程v 社會需求是科技發(fā)展的強大動力，城市飲用水凈化工藝就是在相應(yīng)的社會背景下發(fā)展起來的。v 第一代工藝（混凝沉淀過濾氯消毒）發(fā)明于20世紀(jì)初，針對

10、城市水介烈性細(xì)菌性傳染?。ɑ魜y、痢疾、傷寒等）和病毒性傳染病（甲性肝炎、脊椎灰質(zhì)炎等）流行，即重大的飲用水生物安全性問題; 第一代工藝又稱常規(guī)工藝。v 第二代工藝（第一代工藝+臭氧顆粒活性炭）研發(fā)于20世紀(jì)70年代，針對飲用水中存在眾多對人體有毒害的有機物和氯化消毒副產(chǎn)物，即重大的飲用水化學(xué)安全性問題。新的重大生物安全性問題v 20世紀(jì)末葉，又出現(xiàn)了新的重大生物安全性問題：v 兩蟲問題（賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲），兩蟲是致病原生動物，具有很強抗氯性，能引起大規(guī)模疾病爆發(fā)。v 藍(lán)綠藻問題，藍(lán)藻水華，其中有的能產(chǎn)生藻毒素，以及嚴(yán)重臭味；v 生物穩(wěn)定性問題，出廠水在輸配和貯存過程中會發(fā)生微生物增殖現(xiàn)象，

11、使水的生物安全性降低，是生物不穩(wěn)定的水。v 第一代和第二代工藝都難以完全解決新的生物安全性問題，有待于研發(fā)新的第三代凈水工藝。 膜過濾與飲用水生物安全性v 水中致病生物的尺寸：病毒20nm至數(shù)百nm，細(xì)菌數(shù)百nm至數(shù)m,原生動物數(shù)m至數(shù)十m，藻類數(shù)m至數(shù)百m。v 微濾膜孔徑為100nm至200nm，不足以完全截留細(xì)菌和病毒。超濾膜孔徑為數(shù)nm，納濾膜為1nm左右，能將水中微生物幾乎全部除去，是提高生物安全性最有效的方法。v 納濾膜價格貴，能耗高。超濾膜價格已降至可接受的水平，目前最適于城市水廠大規(guī)模應(yīng)用；v 采用超濾可以幾乎完全去除水中的微生物，極大地提高水的生物安全性，必將引起飲用水凈化工藝

12、重大變革。第三代城市飲用水凈化工藝 以超為核心技術(shù)的組合工藝v 超濾能去除顆粒物和微生物，但對溶解性物質(zhì)（無機物、中小分子有機物、氨氮等）去除效果較差，需增設(shè)膜前處理和膜后處理單元，構(gòu)成組合工藝。第三代工藝是在第一、第二代工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，可以采用第一、第二代工藝中各種處理方法。v 針對水中不同污染物，膜前可采用混凝、吸附、化學(xué)氧化、生物處理等不同處理方法。v 超濾能將水中微生物幾乎全部去除，所以原則上對膜出水不必再進行消毒，但為防止二次污染，尚需向水中投加少量消毒劑，從而使消毒副產(chǎn)物的生成量顯著減少。v 第三代工藝以超濾為核心技術(shù)的組合工藝： 原水膜前處理單元超濾處理單元膜后處理單元優(yōu)質(zhì)

13、水v 第三代工藝既可用于新建，也可用于常規(guī)工藝（第一代工藝） 的升級改造。安全飲用水制備v 現(xiàn)在自來水95%仍使用常規(guī)處理，不能有效去除水中微量有害有機物v 生活飲用水中有毒害有機物經(jīng)3個途徑進入人體：經(jīng)飲食、洗浴經(jīng)皮膚、水霧經(jīng)肺部， 約各占1/3。總水量約為日用水量1/2。桶裝水、直飲水供每人每日2升，無法完全防止有害污染物進入人體v 推薦自來水廠對全部水進行深度除污染處理v 也可以在小區(qū)或樓宇對全部生活飲用水進行處理，不另建獨立系統(tǒng)v 輸配水管道對水質(zhì)影響生物穩(wěn)定性問題更使人關(guān)注 二次供水引起的二次污染微生物學(xué)安全性問題。在龍頭水的生物安全性短期內(nèi)尚無法得到保障情況下，建議進行末端處理，即

14、在進戶管上設(shè)置超濾裝置等給水排水工程對人類社會的貢獻(xiàn)在20世紀(jì)排名第四v 美國國家工程院、美工程學(xué)會聯(lián)合會、國家工程師周刊以及27個工程學(xué)會，參與評選20世紀(jì)最偉大的工程技術(shù)成就。每個學(xué)會推出5項，由工程院院士組成評選委員會（29名）匿名投票，從105項目中評選出20項最突出的工程成就，排序如下：v （1）電氣化 （2）汽車 （3）飛機v （4）水的凈化和輸送技術(shù)v （5）電子技術(shù) （6）無線電和電視v （7）農(nóng)業(yè)機械化 （8）計算機v （9） （10）空調(diào)和制冷v （11）高速公路 （12）宇航技術(shù)v （13）互聯(lián)網(wǎng) （14）成像技術(shù)v （15）家電 （16）醫(yī)療技術(shù)v （17）石油和石化技

15、術(shù)（18）激光和光纖技v （19）核技術(shù) （20）高性能材料 水危機對策 水的良性社會循環(huán)對策節(jié)水減少取用水量治污減少對水環(huán)境的污染污水再生回用同時減少取用水量和排水量減少對水環(huán)境污染缺水地區(qū)多渠道開源水危機對策之一節(jié)水v 對策方針：節(jié)水優(yōu)先，治污為本，多渠道開源v 用水量正在向水資源極限迫近，形勢嚴(yán)峻v 節(jié)水不僅減少取水量，同時減少排水量，減少對水環(huán)境污染v 水的社會循環(huán)需要大量投資。不節(jié)水，給排水投資將使社會經(jīng)濟不堪重負(fù)。所以，不僅缺水地區(qū)要節(jié)水，豐水地區(qū)也要節(jié)水v 從“以需定供”向“以供定需”模式轉(zhuǎn)變節(jié)水的戰(zhàn)略地位v 美國用水量與我國相當(dāng)，但GDP為我國3.2倍，所以我國節(jié)水潛力很大v

16、節(jié)水是一場革命，主要是提高用水效率，全面建設(shè)節(jié)水型社會v 節(jié)水應(yīng)提高到與開源同等重要地位。改變重開源輕節(jié)水傾向，特別是在投資上應(yīng)向節(jié)水傾斜水危機對策之二 治污v 控制污染是改善水環(huán)境的根本途徑v 末端治理排多少、處理多少。傳統(tǒng)模式被歷史證 明是不成功的v 源頭治理清潔生產(chǎn)，是污染控制的發(fā)展方向v 污水處理主流工藝生物處理，存在節(jié)能減排問題（高耗能、大量排放溫室氣體），可能面臨重大變 革缺水和高寒地區(qū)水的社會循環(huán)問題v 水的徑流利用率過高，甚至造成斷流；點源、面源污染大大超出水體承載力，污染嚴(yán)重，不能保證水的良性社會循環(huán)v 關(guān)于污水排放標(biāo)準(zhǔn)：河水流量小，稀釋能力不足，水體承載力低，保證水體生態(tài)恢

17、復(fù)比較困難v 高寒地區(qū)，如松花江,冰封期達(dá)5個月，冰蓋阻斷河水復(fù)氧，水溫近0，使生物降解能力基本喪失，水體承載力大大降低；冬季溫度低，生物處理效果差，處理廠排入水體污染物大大增加v 污水排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)水體承載力來制定，不宜全國統(tǒng)一水危機對策之三污水再生回用v 在各尺度水的社會循環(huán)中進行水的再生回用，既減少取水量，又減少排污量v 由集中處理向分散處理就近回用轉(zhuǎn)變v 經(jīng)深度處理后的城市污水回用于工業(yè)、市政雜用，可產(chǎn)生經(jīng)濟效益v 在工業(yè)中根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟原理，提高水的循環(huán)利用和重復(fù)利用率。范圍擴大到企業(yè)間以及工業(yè)區(qū)，甚至進行企業(yè)重組，逐步實現(xiàn)廢水零排放v 實行由“處理排放”到“再生回用”的觀念轉(zhuǎn)變城市污

18、水回用于農(nóng)田灌溉v 城市污水是寶貴的穩(wěn)定的淡水資源v 城市污水回用于農(nóng)田灌溉，可以大大降低污水處理程度v 農(nóng)田灌溉用水占用水量60%，有可能吸納全部城市污水，實現(xiàn)城市污水零排放v 回用的水量問題：城市污水量終年變化不大，而灌溉用水則為季節(jié)性，需設(shè)調(diào)貯水池v 回用的水質(zhì)問題：重金屬超標(biāo)。加強對工業(yè)有毒有害廢水處理的監(jiān)管，特別是抓緊源頭處理v 目前，灌溉污水由于重金屬超標(biāo)，已使1/10糧食受到污染，并且短期內(nèi)難于解決。但從長遠(yuǎn)看，是方向水的間接回用v 流域上游城市污水排入水體，下游城市由水體取水，也是水的社會循環(huán)的一種形式，或稱為水的間接回用。上游城市排污超過水體承載力，導(dǎo)致水質(zhì)污染，下游 城市就需進行飲用水除污染處理v 城市飲用水除污染，是水的社會循環(huán)的一個環(huán)節(jié)，是水環(huán)境治理的組成部分v 城市水源水質(zhì)污染狀況會長期存在：根據(jù)城市污水治理規(guī)劃，水環(huán)境污染治理及水體生