2020年，美國環(huán)保署(EPA)對外發(fā)布了全國水回用行動計劃。該項目旨在利用美國各州的科學家、決策者和工程專家的專業(yè)知識，為地方社區(qū)創(chuàng)造更有適應性的水資源系統(tǒng)。在過去兩年，這個行動計劃促進了水回用在美國的發(fā)展。2022年2月，國際水協(xié)會的水回用專家工作組（IWAWaterReuseSpecialistsGroup）就美國的水回用現(xiàn)狀舉辦了一場線上研討會。

水回用經(jīng)典案例

德國慕尼黑工業(yè)大學的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、人口增長和氣候變化等都是美國實行水回用的驅(qū)動力。如今，50個州中有43個州有正在實施的水回用項目，以佛羅里達州和加州為例，水回用的具體方式富有多樣性，與當?shù)氐那闆r密切相關(guān)。

加州的水回用應該算是走在最前列的州之一。例如美國水回用的歷史最早可以追溯到1912年加州舊金山的金門公園的灌溉回用項目。進入2000年后，尤其在過去10年，該州計劃實施的水回用項目大幅增加，總產(chǎn)量已經(jīng)超過歐盟境內(nèi)的總和。

Drewes教授介紹了幾個經(jīng)典項目。首先是美國首個再生水飲用回用案例——1962年加州MontebelloForebay的再生水間接飲用(IPR)。這是一個基于自然的水回用案例。污水廠的二級出水經(jīng)過三級過濾和消毒之后，在通過地表擴散，用土壤-含水層來自然凈化。

圖：MontebelloForebay項目流程示意圖

接著他提到了加州橙縣著名的21號水廠，高度稱贊了這個項目，稱其為行業(yè)標桿，因為這個建于1975年的項目，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)測微量有機污染物。這些技術(shù)如今都成為了技術(shù)標準。2005年，這個項目進一步升級，就有了大家熟知的地下水補給系統(tǒng)（GroundWaterReplenishmentSystem，GWRS），預計2023年日處理規(guī)模將達到49.2萬立方米。

圖:WaterFactory21鳥瞰圖

而在美國東岸，弗吉尼亞州UpperOccoquan再生水回用項目是另一個經(jīng)典項目。該項目于1978年投產(chǎn)，和上邊兩個項目不同的是，這個項目是通過水庫(地表水)進行非直接飲用回用。

圖.UpperOccoquan再生水回用項目流程圖

進入2010年后，開始自然+人工強化技術(shù)結(jié)合的案例，例如2010年投產(chǎn)的科羅拉多州Aurora的PrairieWaters項目。這個項目利用了自然河岸過濾、含水層補給，以及UV-AOP、BAC、GAC等處理技術(shù)。

研究經(jīng)費的支持

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

WRF是美國水回用研究的重要支持機構(gòu)。從1990年代開始，WRF已經(jīng)在這方面資助了超過1億美元的研究項目，而且研究對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給、地表水強化、原水強化和自來水強化四個情景。

以加州為例，WRF和加州州立水委會合作，將在再生水直接飲用回用方面投入超過300萬美元的經(jīng)費，并推動相關(guān)法規(guī)的建立。

加州經(jīng)驗

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

圖.加州2022年2月8日的旱災監(jiān)測結(jié)果

圖.加州及美國西部2000-2021年的干旱情況

在West女士看來，毫無疑問，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)達到120億m3。她表示，這個產(chǎn)量可能會在未來10年翻倍。

圖.加州2020年再生水回用分布情況

加州是如何向這個目標前進的呢？她介紹了幾個例子。第一個例子是圣地亞哥，該市的目標是在2035年前，全市超過一半的供水用飲用水回用提供，具體實施方案是利用基于水庫強化處理的再生水凈化。

另一個案例是南加州的回用水項目。該項目于2019年就建成了一個規(guī)模為0.5MGD（約1900立方米/天）的示范設施。預計全尺寸規(guī)模將去到150MGD(約56萬立方米/天)，滿足超過50萬戶家庭的用水需求。

洛杉磯的Hyperion再生水廠也在計劃通過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，進行一個用再生水補給地下水的項目，目標是在2025年覆蓋SantaClara郡10%的用水需求。至于加州首府薩克拉門托則計劃在2023年動工開始興建農(nóng)業(yè)再生水的項目，以減少對地下水的依賴，覆蓋16000公頃農(nóng)田，預計2025年投產(chǎn)。

West女士重點分享了加州是如何在法規(guī)層面推動再生水直飲回用的。原來他們早在2010和2013年就開始通過了州法案SB918和SB322，對再生水非直飲和直飲回用的立法可行性進行調(diào)研，并在2016年通過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)。

下圖是專家委員會提供了建議技術(shù)工藝組合：

德州經(jīng)驗

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)實踐部主任。她首先指出，其實除了水資源短缺之外，營養(yǎng)物排放也是另一個重要驅(qū)動因素。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年開始就已經(jīng)開始實施直飲回用技術(shù)，這是美國第一個真正意義的DPR項目。ElPaso是另一個DPR項目，規(guī)模達10MGD（約3.8萬立方米/天），而且是美國首個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趨勢，例如1978年的弗吉尼亞州UOSA和2000年喬治亞州的地表水水庫強化項目，1985年德州ElPaso地下水補給案例。最新的一個是弗吉尼亞州HRSD水務局的SWIFT項目。SWIFT是SustainableWaterInitiativeforTomorrow(明日可持續(xù)發(fā)展的水處理項目)的縮寫。

Steinle-Darling博士指出，這些非直飲飲用項目的優(yōu)點是無需使用反滲透膜，通過臭氧+活性炭+高級氧化(AOP)和氯化等方法。隨著時間推移，大家在實踐中發(fā)現(xiàn)無需反滲透膜也可以實現(xiàn)直飲回用。從2017年起，在佛羅里達、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)過多年的優(yōu)化，這種工藝的前景也值得關(guān)注。

其實無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)濟價值都是不可忽略的。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、滑雪場等基礎設施。反過來，這些數(shù)據(jù)也讓投資人更有信心地把錢投向再生水回用。

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

美國水回用的網(wǎng)絡研討會之后，IWA在2022年5月又舉辦了以“發(fā)達經(jīng)濟體的工業(yè)水回用”（WaterReuseApplicationsAcrossIndustriesinAdvancedEconomies）為主題的另一期水回用專題線上會議。大家可以通過下面的視頻查看該期會議內(nèi)容。