分質(zhì)供水系統(tǒng)的應(yīng)用

程 思, 熊廣量

(成都市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 四川成都 610041)

隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)廢水、城市污水對飲用水源產(chǎn)生直接與間接污染，造成大量濱河城市變?yōu)椤八|(zhì)型缺水”城市。如何合理利用水資源，解決城市供水問題，已經(jīng)成為城市發(fā)展的重要議題。同時(shí)，隨著生活水平的不斷提高，部分居民對自來水的消毒劑、硬度等感官指標(biāo)越來越關(guān)注，進(jìn)而放棄自來水選擇瓶裝水、桶裝水?；谝陨显颍仲|(zhì)供水概念應(yīng)運(yùn)而生。

1 分質(zhì)供水的發(fā)展與分類

分質(zhì)供水，就是根據(jù)用戶對水質(zhì)的不同需求，分別提供不同用水的供水方式。美國等歐美發(fā)達(dá)國家率先采用分質(zhì)供水系統(tǒng)，分為飲用水(Potable water)與非飲用水(Nonpotable water)。其中，飲用水泛指飲用、洗浴等與人體直接接觸的水，非飲用水泛指園林綠化、清洗車輛、沖洗廁所等與人體不接觸的水[2]。針對不同用途，分質(zhì)供水可以做到優(yōu)水優(yōu)用，合理選擇處理工藝，精細(xì)化管理，降低成本提高安全性。

日本的分質(zhì)供水系統(tǒng)也有50多年的歷史。隨著二戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，用水量逐步提高，地下水超采嚴(yán)重，造成地面下沉。因此日本于1956年制定工業(yè)用水法，禁止將地下水用于工業(yè)。埼玉縣的大久保凈水廠于1968年投入使用，現(xiàn)為日本最大的分質(zhì)供水水廠。大久保凈水廠設(shè)置兩套處理設(shè)施，并敷設(shè)221 km的生活給水管網(wǎng)與128 km的工業(yè)用水管網(wǎng)，為埼玉縣南部的15市1町約380×104人提供130×104t/d的生活用水與約90家工業(yè)企業(yè)提供9.3×104t/d的工業(yè)用水(圖1)[2]。同時(shí)，部分城市設(shè)置上水道、工業(yè)水道及再生水道三套供水系統(tǒng)，分別供應(yīng)生活用水、工業(yè)用水及雜用水，進(jìn)一步提高用水效率。

圖1 大久保水廠供水區(qū)域

在我國，分質(zhì)供水系統(tǒng)可以分為小分質(zhì)供水系統(tǒng)與大分質(zhì)供水系統(tǒng)[3]。

小分質(zhì)供水系統(tǒng)在市政給水管網(wǎng)進(jìn)入小區(qū)時(shí)設(shè)置小型處理站，將部分自來水深度處理成為直飲水，方便用戶的同時(shí)增加了安全性。不用于直接飲用的自來水的處理成本與市政管網(wǎng)的敷設(shè)成本則可適度降低。上海市錦華苑小區(qū)于1999年通過驗(yàn)收使用這種系統(tǒng)，屬全國最早[4]。2010年上海世博會(huì)在運(yùn)營的184 d中，為7 000×104人次提供了15×104t直飲水,相當(dāng)于節(jié)約3×108個(gè)500 mL瓶裝水的塑料瓶垃圾[5]。

大分質(zhì)供水系統(tǒng)在城市范圍內(nèi)在設(shè)置2～3套供水設(shè)施與管網(wǎng)，將質(zhì)量較好的水優(yōu)先用于居民生活，次好的水用于工業(yè)，再生水用于市政雜用和環(huán)境生態(tài)用水等。紹興濱海新城總規(guī)劃面積37 km2，包括南部工業(yè)區(qū)、南部片區(qū)中心城市，科創(chuàng)園及瀝海鎮(zhèn)。原有宋六陵水廠自楊浦水庫取水，供應(yīng)12×104t/d水量，服務(wù)所有生活與工業(yè)用途[6]。但隨著新區(qū)發(fā)展，原有供水能力不能滿足未來需求。紹興濱海新城規(guī)劃新建曹娥江水廠，規(guī)模為60×104t/d，從曹娥江大閘閘上水庫取水，供應(yīng)工業(yè)、消防以及其他水質(zhì)要求較低類用水，宋六陵水廠僅供應(yīng)生活區(qū)和工業(yè)區(qū)用戶等生活用水(圖2、圖3)[7]。

圖2 曹娥江水廠供水區(qū)域

圖3 濱江新城用地與工業(yè)管網(wǎng)布局

2 分質(zhì)供水的優(yōu)缺點(diǎn)

大分質(zhì)供水系統(tǒng)能夠解決水質(zhì)型缺水地區(qū)需求總量與供應(yīng)不足、用水安全與污染嚴(yán)重之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)水資源的有效優(yōu)化配置，充分體現(xiàn)了優(yōu)水優(yōu)用及循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，并提高供水安全性。但分質(zhì)供水需要分別配設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)，管道鋪設(shè)復(fù)雜，初期投資較高，會(huì)產(chǎn)生管道錯(cuò)接和誤用的風(fēng)險(xiǎn)，需要具備一定規(guī)模的條件下才具有經(jīng)濟(jì)可行性。

小分質(zhì)供水系統(tǒng)能夠提高小區(qū)內(nèi)供水安全性，滿足居民直飲需求，同時(shí)改造方便，投資成本較為節(jié)省。但小分質(zhì)供水系統(tǒng)僅限于特殊地區(qū)小范圍使用，若城市范圍內(nèi)多處建設(shè)小分質(zhì)供水系統(tǒng)，則投資重復(fù)且管理標(biāo)準(zhǔn)不一。

3 成都工業(yè)后備區(qū)的分質(zhì)供水案例

3.1 成都工業(yè)后備區(qū)基本情況

成都工業(yè)后備區(qū)位于金堂縣中部，龍泉山以東，包含淮口鎮(zhèn)、趙家鎮(zhèn)、福興鎮(zhèn)、三溪鎮(zhèn)、高板鎮(zhèn)。規(guī)劃區(qū)采用組合城鎮(zhèn)群發(fā)展模式，遠(yuǎn)期城鎮(zhèn)人口為60×104人左右，總建設(shè)用地102 km2，其中工業(yè)用地42 km2(圖4)。

圖4 成都工業(yè)后備區(qū)用地布局

3.2 成都工業(yè)后備區(qū)的水資源利用情況

金堂縣地表水多年平均徑流總量73.22×108m3，其中過境水資源69.67×108m3，本地水資源3.55×108m3。主要河流為沱江、清溪河、資水河。其中沱江水量充足，但水質(zhì)較差，屬于Ⅴ類水，不能用作飲用水源；清溪河與資水河為Ⅲ類水質(zhì)，但水量不足，僅可作為備用水源(圖5)。

圖5 工業(yè)后備區(qū)主要河流水系

工業(yè)后備區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)較好，但規(guī)劃區(qū)內(nèi)降雨量少，地下水補(bǔ)充不足，地下水可開采量不足500×104t/a。規(guī)劃區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀生活用水全部來自地下水，成阿工業(yè)園工業(yè)企業(yè)也將地下水作為備用水源，地下水常年超采嚴(yán)重，地下水位逐年下降。為避免工業(yè)后備區(qū)出現(xiàn)地面坍塌，填補(bǔ)長期超采舊賬，建議關(guān)閉所有地下水廠，由市政設(shè)施集中供應(yīng)，各處水井僅作為緊急情況下的備用設(shè)施。

現(xiàn)有提灌蓄水水利工程可提供水量為7 200×104m3左右。東風(fēng)水庫現(xiàn)狀庫容800×104m3，規(guī)劃擴(kuò)建東風(fēng)水庫、新建羊毛溝水庫，人民渠七期工程每年可向東風(fēng)、羊毛溝兩個(gè)水庫沖蓄水5 000余×104m3。規(guī)劃擴(kuò)建團(tuán)結(jié)水庫，并由東風(fēng)渠向團(tuán)結(jié)水庫沖水2 000×104m3左右，主要用于淮口鎮(zhèn)生活用水。毗河引水工程實(shí)施后，金堂沿線地區(qū)(東南丘陵區(qū))可采用其作為生活、生產(chǎn)用水后備水源(表1、圖6、圖7)。

表1 現(xiàn)狀與現(xiàn)有規(guī)劃水利工程 ×104m3

圖6 現(xiàn)狀供水設(shè)施

圖7 現(xiàn)有規(guī)劃供水設(shè)施

3.3 成都工業(yè)后備區(qū)的用水需求

3.3.1 規(guī)劃區(qū)需求預(yù)測

根據(jù)需水量指標(biāo)對工業(yè)后備區(qū)進(jìn)行需水量預(yù)測，得到表2：

表2 單位用地法需水量預(yù)測

結(jié)合綜合指標(biāo)法進(jìn)行校核，結(jié)果可信，并最終確定的各項(xiàng)需水量為居民生活用水13.5×104t/d，商業(yè)用水4.5×104t/d，工業(yè)用水18×104t/d，倉儲用水1×104t/d，市政用水5×104t/d，消防用水0.5×104t/d。

3.3.2 周邊地區(qū)需求分析

工業(yè)后備區(qū)西側(cè)趙鎮(zhèn)、清江鎮(zhèn)、官倉鎮(zhèn)和三星鎮(zhèn)位于西北平原區(qū)，生活需水總量為14×104t/d，全部由紅旗水庫供應(yīng)；灌溉用水約2 000余×104t/a，取自沱江及相關(guān)支流。

工業(yè)后備區(qū)緊鄰的趙家鎮(zhèn)、福興鎮(zhèn)、高板鎮(zhèn)、金龍鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，生活用水總量約為2×104t/d，未來由東風(fēng)水廠提供；白果鎮(zhèn)生活用水量約0.5×104t/d，由團(tuán)結(jié)水庫供應(yīng)；規(guī)劃區(qū)周邊灌溉用水約3 000×104t/a，部分由東風(fēng)水庫提供，大部分由九龍灘提灌站供應(yīng)。

工業(yè)后備區(qū)東側(cè)的東南低山區(qū)有平橋鎮(zhèn)等8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，生活需水總量6×104t/d，均由毗河引水工程干渠取用；該區(qū)域灌溉用水約7 000×104t/a，由九龍灘提灌站、附近蓄水工程以及毗河引水工程干渠提供。

3.4 成都工業(yè)后備區(qū)的供需矛盾

東風(fēng)水庫、羊毛溝水庫與團(tuán)結(jié)水庫在擴(kuò)建完成后可供應(yīng)7 800×104t/a的水資源，除去灌溉用水后可提供17.5×104t/d，在保證周邊用水的前提下可向工業(yè)后備區(qū)供應(yīng)15×104t/d水量，較規(guī)劃區(qū)約40×104t/d的需水量存在巨大缺口。

3.5 成都工業(yè)后備區(qū)的基本原則

(1)禁止開采地下水，保護(hù)地下水資源。

(2)分質(zhì)供水，合理利用沱江水資源。

(3)開源節(jié)流，收集利用雨水與再生水資源。

3.6 成都工業(yè)后備區(qū)的規(guī)劃方案

采用優(yōu)水優(yōu)用的分質(zhì)供水方式，將東風(fēng)水庫、羊毛溝水庫、團(tuán)結(jié)水庫的水全部作為生活用水，將沱江水用于工業(yè)生產(chǎn)，則可以通過工業(yè)給水管網(wǎng)解決工業(yè)用水、倉儲用水共計(jì)19×104t/d；收集利用雨水與再生水資源，可以解決市政及消防用水5.5×104t/d。但生活用水需求18×104t/d與供應(yīng)15×104t/d之間還存在3×104t/d的缺口，建議從人民渠七期向東風(fēng)水庫增加引水1 100×104m3/a。

擴(kuò)建趙家鎮(zhèn)北部東風(fēng)水廠，擴(kuò)建后規(guī)模為15×104t/d，占地面積6.67 ha，水源為東風(fēng)水庫與羊毛溝水庫。東風(fēng)水廠向后備工業(yè)區(qū)供應(yīng)13×104t/d生活用水，向規(guī)劃區(qū)外的趙家鎮(zhèn)、福興鎮(zhèn)、三溪鎮(zhèn)、金龍鎮(zhèn)部分提供2×104t/d生活用水(圖8)。

圖8 生活用水規(guī)劃

在淮口鎮(zhèn)西南部、團(tuán)結(jié)水庫東側(cè)新建團(tuán)結(jié)水廠，規(guī)模5.5×104t/d，占地面積3 ha，水源為團(tuán)結(jié)水庫。團(tuán)結(jié)水廠向后備工業(yè)區(qū)提供5×104t/d生活用水，向規(guī)劃區(qū)外的白果鎮(zhèn)供應(yīng)0.5×104t/d生活用水(圖9)。

擴(kuò)建沱江北側(cè)、龍泉山東側(cè)淮口工業(yè)水廠，擴(kuò)建后規(guī)模195×104t/d，占地面積9.33 ha，水源為沱江?；纯诠I(yè)水廠向后備工業(yè)區(qū)提供工業(yè)用水。

圖9 工業(yè)用水規(guī)劃

在達(dá)成鐵路北側(cè)、城市綜合服務(wù)中心組團(tuán)東南側(cè)、趙福高端制造產(chǎn)城組團(tuán)西南側(cè)的生態(tài)隔離區(qū)新建北部再生水廠，與北部生活污水處理廠合建，規(guī)模4×104t/d，合建總占地面積5.33 ha。在淮口鎮(zhèn)西南部、沱江西側(cè)新建南部再生水廠，與南部生活污水處理廠合建，規(guī)模2×104t/d，合建總占地面積4.67 ha。同時(shí)在綠隔地區(qū)與綠地公園設(shè)置雨水收集裝置，將雨水再利用，與再生水共同用于道路、綠地澆灑及生態(tài)景觀用水(表3)。

表3 方案一給水設(shè)施匯總

4 結(jié)束語

成都工業(yè)后備區(qū)位于金堂縣中部，坐擁沱江資源，但不能用于飲用水源，屬于典型的“水質(zhì)型缺水”地區(qū)。秉持優(yōu)水優(yōu)用理念的分質(zhì)供水系統(tǒng)有效利用稀缺水庫水源，合理利用充沛沱江水源，切實(shí)解決該地區(qū)的發(fā)展瓶頸?？梢?，分質(zhì)供水系統(tǒng)對于不同水質(zhì)的多水源地區(qū)具有實(shí)踐意義。隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與居民品質(zhì)需求的不斷提高，分質(zhì)供水系統(tǒng)將會(huì)越來越廣泛地加以應(yīng)用。