1.文章亮點(diǎn)
　　回顧了日本自20世紀(jì)50年代末以來的水回用發(fā)展歷程
　　介紹了日本再生水的主要利用途徑及其限制性因素
　　以革新科技核心項(xiàng)目（CREST）為例展望了再生水生產(chǎn)工藝的未來發(fā)展
　　2. 研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)介
　　污水再生利用已成為世界各國緩解水資源短缺、改善水環(huán)境質(zhì)量的有效途徑。日本人均淡水資源量（約3300m3/年）短缺，不到世界平均水平（約7800m3/年）的一半，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，在人口集中的城市和地區(qū)尤其突出。自上世紀(jì)50~70年代經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)時(shí)期，日本主要城市逐步開展了污水再生利用。
　　在初期階段，日本再生水用途以沖廁和景觀利用等為主。例如，東京在部分街區(qū)或個(gè)別建筑物內(nèi)將再生水用于景觀灌溉和廁所沖洗（圖1）。

　　圖1 東京新宿西區(qū)的污水再生利用系統(tǒng)-來自原文
　　在第二階段，日本污水再生利用的主要目的是改善水環(huán)境質(zhì)量。20世紀(jì)80年代，城市化導(dǎo)致市區(qū)河流水量急劇減少，再生水成為日本城市河道的重要補(bǔ)給。東京是日本第一個(gè)使用再生水補(bǔ)充干流和恢復(fù)河流水環(huán)境的城市。
　　在第三階段，日本再生水用途拓展至工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉。此外，日本面臨頻繁的地震等自然災(zāi)害，限制供水的情況屢屢發(fā)生。污水再生利用系統(tǒng)是此類緊急情況的重要解決方案。
　　目前，日本污水再生利用的范圍仍然十分有限。在污水再生設(shè)施方面，日本僅有176個(gè)污水處理廠設(shè)有污水再生處理設(shè)施，比例為8%。在再生水用途方面，再生水多用于河道補(bǔ)給，占再生水重量比例35%（圖2）。

　　圖2 日本再生水回用用途分布-來自原文
　　日本再生水利用主要面臨兩點(diǎn)限值因素。一是缺乏嚴(yán)格、全面的再生水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。盡管日本在2005年就制定了再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，然而該標(biāo)準(zhǔn)并未包含化學(xué)品和病毒等指示指標(biāo)，再生水的水質(zhì)安全無法得到保障。二是污水再生處理設(shè)施能耗高。與傳統(tǒng)飲用水處理相比，再生水的生產(chǎn)成本還較高。因此，有必要根據(jù)再生水用途，提出并開發(fā)合適的水回收處理工藝。
　　2010年至2015年間，日本開展了革新科技核心項(xiàng)目（CREST），旨在發(fā)展膜技術(shù)與臭氧氧化技術(shù)相結(jié)合的高效節(jié)能再生水深度處理工藝。CREST評(píng)價(jià)了混凝+UF、UF+UV、UV+納濾（NF）、UV+反滲透（RO）和陶瓷MF+臭氧氧化等工藝（圖3）對(duì)污染物和病毒的去除性能、產(chǎn)水的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)及工藝能耗。CREST研發(fā)了超濾+紫外線（UF+UV）再生水生產(chǎn)工藝，并建立了再生水農(nóng)業(yè)回用的示范工程。與California Title 22污水再生利用標(biāo)準(zhǔn)相比，該工藝去除可在中試規(guī)模上以較低的成本和能耗實(shí)現(xiàn)>5.2log的病毒去除。CREST項(xiàng)目中使用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和能耗評(píng)估方法為ISO 20426:2018（即再生水非飲用回用的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理指南）和ISO 20468標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了重要參考依據(jù)。

　　圖3 Title 22污水再生利用標(biāo)準(zhǔn)中的示范工藝（a）和CREST項(xiàng)目中選擇的工藝（b）示意圖-來自原文
　　日本學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的研究團(tuán)隊(duì)一直致力于開發(fā)高效低耗的污水再生利用技術(shù)，其中一些技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段。除了成本和能耗問題外，抗生素抗性菌（ARB）和抗生素抗性基因（ARG）也是未來污水再生利用中面臨的重要挑戰(zhàn)。
　　3. 重要結(jié)論
　　日本長(zhǎng)期致力于非飲用回用再生水技術(shù)工藝開發(fā)和利用實(shí)踐，主要用于廁所沖洗、城市河道補(bǔ)充和景觀灌溉。但是，由于再生水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不完善，再生水設(shè)施能耗高，日本的再生水利用仍然有限。因此，2010年至2015年間，日本實(shí)施了革新科技核心項(xiàng)目（CREST），旨在開發(fā)膜技術(shù)和臭氧氧化技術(shù)相結(jié)合的高效再生水生產(chǎn)工藝。通過對(duì)工藝性能和經(jīng)濟(jì)可行性的綜合評(píng)估，發(fā)現(xiàn)UF+UV工藝能夠以較低的成本去除病毒，從而實(shí)現(xiàn)再生水農(nóng)業(yè)利用，相應(yīng)的研究成果為ISO 20426:2018和ISO 20468等標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了重要參考依據(jù)。
　　5. 論文第一/通訊作者簡(jiǎn)介
　　Haruka Takeuchi助理教授：日本京都大學(xué) 環(huán)境質(zhì)量管理研究中心
　　6. 資助信息
　　本文介紹的水資源再利用項(xiàng)目得到了日本科學(xué)技術(shù)廳（JST）的革新科技核心項(xiàng)目（CREST）“可持續(xù)用水研究創(chuàng)新技術(shù)和系統(tǒng)”資助，以及日本國土與基礎(chǔ)設(shè)施管理研究所（NILIM）的動(dòng)態(tài)方法突破污水高科技（B-DASH）項(xiàng)目的資助。
　　7. 原文信息

　　8.原文鏈接
　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666445320300027#!