2020年，美國(guó)環(huán)保署(EPA)對(duì)外發(fā)布了全國(guó)水回用行動(dòng)計(jì)劃。該項(xiàng)目旨在利用美國(guó)各州的科學(xué)家、決策者和工程專家的專業(yè)知識(shí)，為地方社區(qū)創(chuàng)造更有適應(yīng)性的水資源系統(tǒng)。在過(guò)去兩年，這個(gè)行動(dòng)計(jì)劃促進(jìn)了水回用在美國(guó)的發(fā)展。2022年2月，國(guó)際水協(xié)會(huì)的水回用專家工作組（IWAWaterReuseSpecialistsGroup）就美國(guó)的水回用現(xiàn)狀舉辦了一場(chǎng)線上研討會(huì)。

水回用經(jīng)典案例

德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的JorgDrewes教授(前任IWA水回用專家組主席)是第一位發(fā)言嘉賓，他介紹了美國(guó)水回用的概況和經(jīng)典案例。

水回用可以分為非飲用回用(Non-potableReuse-NPR)和可飲用回用兩大類，其中后者又可分為直飲回用(DPR)和非直飲回用(IPR)兩類。水資源的短缺、人口增長(zhǎng)和氣候變化等都是美國(guó)實(shí)行水回用的驅(qū)動(dòng)力。如今，50個(gè)州中有43個(gè)州有正在實(shí)施的水回用項(xiàng)目，以佛羅里達(dá)州和加州為例，水回用的具體方式富有多樣性，與當(dāng)?shù)氐那闆r密切相關(guān)。

加州的水回用應(yīng)該算是走在最前列的州之一。例如美國(guó)水回用的歷史最早可以追溯到1912年加州舊金山的金門(mén)公園的灌溉回用項(xiàng)目。進(jìn)入2000年后，尤其在過(guò)去10年，該州計(jì)劃實(shí)施的水回用項(xiàng)目大幅增加，總產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)歐盟境內(nèi)的總和。

Drewes教授介紹了幾個(gè)經(jīng)典項(xiàng)目。首先是美國(guó)首個(gè)再生水飲用回用案例——1962年加州MontebelloForebay的再生水間接飲用(IPR)。這是一個(gè)基于自然的水回用案例。污水廠的二級(jí)出水經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾和消毒之后，在通過(guò)地表擴(kuò)散，用土壤-含水層來(lái)自然凈化。

圖：MontebelloForebay項(xiàng)目流程示意圖

接著他提到了加州橙縣著名的21號(hào)水廠，高度稱贊了這個(gè)項(xiàng)目，稱其為行業(yè)標(biāo)桿，因?yàn)檫@個(gè)建于1975年的項(xiàng)目，首次使用活性炭、微濾膜、反滲透膜、UV-AOP等技術(shù)，并首次使用GC-MS監(jiān)測(cè)微量有機(jī)污染物。這些技術(shù)如今都成為了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2005年，這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)一步升級(jí)，就有了大家熟知的地下水補(bǔ)給系統(tǒng)（GroundWaterReplenishmentSystem，GWRS），預(yù)計(jì)2023年日處理規(guī)模將達(dá)到49.2萬(wàn)立方米。

圖:WaterFactory21鳥(niǎo)瞰圖

而在美國(guó)東岸，弗吉尼亞州UpperOccoquan再生水回用項(xiàng)目是另一個(gè)經(jīng)典項(xiàng)目。該項(xiàng)目于1978年投產(chǎn)，和上邊兩個(gè)項(xiàng)目不同的是，這個(gè)項(xiàng)目是通過(guò)水庫(kù)(地表水)進(jìn)行非直接飲用回用。

圖.UpperOccoquan再生水回用項(xiàng)目流程圖

進(jìn)入2010年后，開(kāi)始自然+人工強(qiáng)化技術(shù)結(jié)合的案例，例如2010年投產(chǎn)的科羅拉多州Aurora的PrairieWaters項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目利用了自然河岸過(guò)濾、含水層補(bǔ)給，以及UV-AOP、BAC、GAC等處理技術(shù)。

研究經(jīng)費(fèi)的支持

在報(bào)告第二部分，水研究基金會(huì)(WaterResearchFoundation-WRF)的代表JulieMinton介紹了目前WRF資助的飲用水回用的研究項(xiàng)目概況。

WRF是美國(guó)水回用研究的重要支持機(jī)構(gòu)。從1990年代開(kāi)始，WRF已經(jīng)在這方面資助了超過(guò)1億美元的研究項(xiàng)目，而且研究對(duì)象也逐漸從非飲用回用向飲用回用轉(zhuǎn)變。在飲用水回用方面，也涵蓋了直接和非直接飲用回用的研究，且可以分成地下水補(bǔ)給、地表水強(qiáng)化、原水強(qiáng)化和自來(lái)水強(qiáng)化四個(gè)情景。

以加州為例，WRF和加州州立水委會(huì)合作，將在再生水直接飲用回用方面投入超過(guò)300萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi)，并推動(dòng)相關(guān)法規(guī)的建立。

加州經(jīng)驗(yàn)

第三位嘉賓是來(lái)自加州水回用(WaterReuseCalifornia)的JenniferWest女士，她分享了加州的再生水回用基建進(jìn)展。在報(bào)告開(kāi)頭她就分享了美國(guó)氣候變化的情況：今年2月的加州幾乎全州都遭受異常干旱以上的旱情，而美國(guó)西部在過(guò)去20年的干旱情況也是肉眼可見(jiàn)的愈加嚴(yán)重。

圖.加州2022年2月8日的旱災(zāi)監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖.加州及美國(guó)西部2000-2021年的干旱情況

在West女士看來(lái)，毫無(wú)疑問(wèn)，氣候變化引起的干旱是加州如此大力發(fā)展再生水飲用回用的原因。截至2020年，加州的再生回用量已經(jīng)達(dá)到120億m3。她表示，這個(gè)產(chǎn)量可能會(huì)在未來(lái)10年翻倍。

圖.加州2020年再生水回用分布情況

加州是如何向這個(gè)目標(biāo)前進(jìn)的呢？她介紹了幾個(gè)例子。第一個(gè)例子是圣地亞哥，該市的目標(biāo)是在2035年前，全市超過(guò)一半的供水用飲用水回用提供，具體實(shí)施方案是利用基于水庫(kù)強(qiáng)化處理的再生水凈化。

另一個(gè)案例是南加州的回用水項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2019年就建成了一個(gè)規(guī)模為0.5MGD（約1900立方米/天）的示范設(shè)施。預(yù)計(jì)全尺寸規(guī)模將去到150MGD(約56萬(wàn)立方米/天)，滿足超過(guò)50萬(wàn)戶家庭的用水需求。

洛杉磯的Hyperion再生水廠也在計(jì)劃通過(guò)IPR和DPR提供飲用水，滿足洛城50%的用水需求。硅谷的ValleyWater則正在利用PPP模式，進(jìn)行一個(gè)用再生水補(bǔ)給地下水的項(xiàng)目，目標(biāo)是在2025年覆蓋SantaClara郡10%的用水需求。至于加州首府薩克拉門(mén)托則計(jì)劃在2023年動(dòng)工開(kāi)始興建農(nóng)業(yè)再生水的項(xiàng)目，以減少對(duì)地下水的依賴，覆蓋16000公頃農(nóng)田，預(yù)計(jì)2025年投產(chǎn)。

West女士重點(diǎn)分享了加州是如何在法規(guī)層面推動(dòng)再生水直飲回用的。原來(lái)他們?cè)缭?010和2013年就開(kāi)始通過(guò)了州法案SB918和SB322，對(duì)再生水非直飲和直飲回用的立法可行性進(jìn)行調(diào)研，并在2016年通過(guò)了直飲回用的可行性研究，并終于在2021年起草了直飲回用的規(guī)定。他們期待能在2023制定正式新規(guī)。

下圖是專家委員會(huì)提供了建議技術(shù)工藝組合：

德州經(jīng)驗(yàn)

最后一位嘉賓是Carollo工程公司的EvaSteinle-Darling博士，她是該公司的水回用技術(shù)實(shí)踐部主任。她首先指出，其實(shí)除了水資源短缺之外，營(yíng)養(yǎng)物排放也是另一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)因素。接著她分享了加州以外，尤其是德州的水回用案例。德州的科羅拉多河再生水廠(CRMWD)早在2013年開(kāi)始就已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施直飲回用技術(shù)，這是美國(guó)第一個(gè)真正意義的DPR項(xiàng)目。ElPaso是另一個(gè)DPR項(xiàng)目，規(guī)模達(dá)10MGD（約3.8萬(wàn)立方米/天），而且是美國(guó)首個(gè)直接將出水送入輸水管網(wǎng)的DPR案例。

圖.CRMWD再生水廠工藝流程示意圖

圖.ElPaso再生水直飲回用廠模型圖

除了直飲回用，Steinle-Darling博士表示，非直飲回用也是另一個(gè)趨勢(shì)，例如1978年的弗吉尼亞州UOSA和2000年喬治亞州的地表水水庫(kù)強(qiáng)化項(xiàng)目，1985年德州ElPaso地下水補(bǔ)給案例。最新的一個(gè)是弗吉尼亞州HRSD水務(wù)局的SWIFT項(xiàng)目。SWIFT是SustainableWaterInitiativeforTomorrow(明日可持續(xù)發(fā)展的水處理項(xiàng)目)的縮寫(xiě)。



Steinle-Darling博士指出，這些非直飲飲用項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需使用反滲透膜，通過(guò)臭氧+活性炭+高級(jí)氧化(AOP)和氯化等方法。隨著時(shí)間推移，大家在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)無(wú)需反滲透膜也可以實(shí)現(xiàn)直飲回用。從2017年起，在佛羅里達(dá)、科羅拉多和猶他州都已經(jīng)有相關(guān)案例。Steinle-Darling博士把這類技術(shù)方案成為CBAT(Carbon-basedadvancedtreatment)，經(jīng)過(guò)多年的優(yōu)化，這種工藝的前景也值得關(guān)注。

其實(shí)無(wú)論是非直飲回用還是直飲回用，再生水回用可以創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值都是不可忽略的。Steinle-Darling博士用下邊這張圖展示了再生水回用的潛力，涵蓋了工業(yè)用水、家庭用水、農(nóng)業(yè)用水、雨洪管理、數(shù)據(jù)中心、體育場(chǎng)、滑雪場(chǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施。反過(guò)來(lái)，這些數(shù)據(jù)也讓投資人更有信心地把錢(qián)投向再生水回用。

上邊就是這次研討會(huì)的主要內(nèi)容。如果您從事再生水回用研究或者對(duì)這方面的研究感興趣，歡迎加入我們IWA國(guó)際水協(xié)會(huì)的水回用工作組(WaterReuseSpecialistGroup-WRSG)。它是IWA內(nèi)最大的專家組之一，擁有超過(guò)3500名成員。WRSG平時(shí)會(huì)組織各種國(guó)際和區(qū)域活動(dòng)（會(huì)議、研討會(huì)、網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)等），發(fā)表相關(guān)出版物和技術(shù)指導(dǎo)文件，打造龐大的專業(yè)知識(shí)庫(kù)，推廣各種成功實(shí)踐，為水資源再利用做出重大貢獻(xiàn)。

美國(guó)水回用的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)之后，IWA在2022年5月又舉辦了以“發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的工業(yè)水回用”（WaterReuseApplicationsAcrossIndustriesinAdvancedEconomies）為主題的另一期水回用專題線上會(huì)議。大家可以通過(guò)下面的視頻查看該期會(huì)議內(nèi)容。