“水資源短缺是中國未來幾十年可持續發展的瓶頸，由于我國農業灌溉用水嚴重不足，有效灌溉面積僅為50%，中國的農業灌溉現狀就如同‘等米下鍋’。”中國人民大學教授、中國人民大學低碳水環境技術研究中心主任王洪臣在“2021（第十九屆）水業戰略論壇”上表示。

　　論壇上，王洪臣詳盡梳理了我國水資源特征以及用水狀況，列舉分析了以色列污水再生利用的進展，根據我國水情以及國際污水再生利用經驗，指出我國污水資源化利用的重點方向應是農業灌溉。






　　什么是污水資源化？  


　　污水資源化包括污水中碳、氮、磷等物質資源的循環利用和其中蘊含能量的回收利用，其中的重點是將污水再生后替代傳統水資源，也就是水資源化方向的利用。“水資源化”方向細分方向較多，包括市政雜用、工業利用、生態環境、土地灌溉、生活飲用等。






　　中國有多少污水可以資源化？王洪臣指出，根據2019年測算的數據顯示，我國有城鎮污水750億噸、農村污水250億噸，可以進行資源化的污水為總量為1000億噸。

　　我國污水資源化重點方向

　　王洪臣梳理了我國污水資源化的幾個路徑：


　　市政雜用:根據住建部統計，2019年，城市加縣城園林綠化、景觀娛樂、道路壓塵、車輛沖洗、融雪等等公共服務用水總量為100億立方米，存在用量小、再生水輸配困難等問題。


　　工業利用：工業用水方面，我國的工業節水空間非常大，2019年，我國萬元工業增加值用水量低于40m3，提前完成了國家水資源規劃規定的2030年指標。2019年，城市加縣城生產運營用水190億立方米，同樣存在用量小、再生水輸配困難的問題。


　　生態環境：2019年，人工生態環境補水250億立方米。水體排放具有生態效用，但不屬再生利用。


　　“要將我國污水高質量的進行資源化，上述這三個方向的空間顯然是不夠的”，王洪臣指出，我國市政雜用、工業利用、生態環境三個方向全部用再生水替代，污水再生利用率也只有55%，如果按照替代50%計算，則污水再生利用率只有25%。


　　從國際經驗看，美國的污水再生利用歷史長達40年，然而目前全國污水再生率僅為7%-8%。其中由于加州嚴重干旱，再生水設施比較發達，然而也只有30%-40%。


　　其余國家沙特再生水利用率為20%，澳大利亞為25%，新加坡也不高。國際的經驗也充分證明，市政雜用、工業利用以及生態環境補水這三個方向，最高也只能達到20-30%污水再生利用率。


　　因此王洪臣指出，要想提高再生利用率，充分的利用污水資源，“灌溉”是一條更寬的路。


　　中國水資源狀況  


　　中國是一個高度缺水的地區，我國水資源總量為2.84萬億立方米，可利用量上限為8140億立方米，開發利用率為29%，基本生態流量為8400億立方米。


　　同時，我國水資源存在分布不均勻的情況：北方六區水少，約占20%，同時有60%的土地需要灌溉，并且人多、用水多；而南方四區水多，耕地少、人少、用水少。更為現實的趨勢是，南方水資源在不斷增加，而北方水資源在減少。






　　中國污水資源化的重點方向應是農業灌溉


　　王洪臣進一步分析了中國的農業灌溉情況，他指出，我國有18億畝耕地的剛性需求，農業灌溉總量至少為3700億，并在近十年基本趨于穩定。


　　其中有效灌溉面積為11億畝，可以進行節水灌溉的面積為5.4億畝，可以進行高效節水灌溉面積為3.3億畝，高效節水灌溉噴微灌面積為1.6億畝。按此計算，北方六區灌溉需求為2000億立方米，南方四區為1700億立方米。


　　我國的農業灌溉區域按照水資源的分布情況，可分為常年灌溉區、補充灌溉區以及水稻灌溉區：


　　常年灌溉區指年降水量及其季節分布不能滿足作物需要，沒有灌溉就沒有農業的地區，主要農作物為玉米、小麥等；


　　補充灌溉區指受到季風氣候影響，降水分布極不均勻，作物灌溉需水量年際變化很大，此區域灌溉和排水是實現穩定高產的必需措施，主要農作物為冬小麥、玉米以及水稻；


　　水稻灌溉區指降水量高，但仍需對水稻進行灌溉，干旱季節需對旱作物補充灌溉，排水是實現作物穩產的基本條件。


　　我國的灌溉水庫10萬座，庫容約為9035億立方米，蓄水量為10萬立方米以下的塘壩約600萬座，蓄水量小于300立方米的水池或窖約500萬個。萬畝以上大中型灌區7292處，30萬畝以上大型灌區447處。




　　近些年，我國一直在大力推進節水灌溉，加快灌區現代化改造，分區域規模化推進高效節水灌溉。開展農業用水精細化管理，科學合理確定灌溉定額。同時我國大力推廣噴灌、微灌、滴灌、低壓管道輸水灌溉、集雨補灌、水肥一體化、覆蓋保墑等技術。加強農田土壤墑情監測，實現測墑灌溉，要求在2020年前每年發展高效節水灌溉面積2000 萬畝、水肥一體化面積 2000 萬畝。2022年前創建 150個節水型灌區和100個節水農業示范區。


　　中國的三大地帶，五大地區灌溉需求很大，但由于我國灌溉用水嚴重不足，目前的現狀只能“以水定灌”，有效灌溉面積僅為50%。王洪臣指出，水資源短缺是中國未來幾十年可持續發展的瓶頸，中國的農業灌溉現狀就如同“等米下鍋”，農業灌溉應該成為中國污水資源化的重點方向。




　　王洪臣用四個情景，進一步對農業灌溉應作為污水資源化利用的重點方向進行了印證：


　　情景一：2019年，我國有1000億噸污水可以利用，如果以50億噸用于市政雜用，80億噸用于工業利用，可以少取水130億噸，再生水利用率為13%。




　　情景二：同樣是1000億噸污水，除了用50億噸用于市政雜用，80億噸用于工業利用，再以100億噸作為生態用水，可以減少取水230億噸，此時污水再生利用率為23%。




　　情景三：同樣的條件，加上以200億噸污水用于農業灌溉，可以減少取水430億噸，污水再生利用率躍升到43%。




　　情景四：如果將用于農業灌溉再生水進一步提升為800億噸，市政雜用為10億噸，工業用水為20億噸，生態用水仍為100億噸，此時可以實現減少取水930億噸，污水再生利用率為93%，基本實現了污水的徹底資源化。




　　國際經驗：以色列再生水只用于農業灌溉  


　　縱觀解決水資源緊缺問題的國際經驗，跨流域調水可以部分緩解一定地區范圍內的緊缺狀況，但根本上還是依靠非傳統水資源的開發利用，以色列、新加坡、澳大利亞、南非、納米比亞等缺水國家都是開發利用非傳統水資源的典范。


　　其中，以色列是目前公認污水再生利用最成功的國家，美國將以色列作為唯一的國際合作伙伴納入了國家水回用行動計劃。上世紀九十年代，隨著世界各地越來越多的猶太人回國定居，以色列決定開始大規模進行污水再生利用，解決嚴重的缺水問題。


　　為提高再生水利用率，自上世紀九十年代開始，以色列修建了大量再生水輸配管線、泵站和儲存調蓄水庫，以色列大小調蓄水庫270座總庫容超過2億立方米。根據最新報道，如今以色列的污水再生利用率已超過90%，下一步目標為達到100%，實現全部污水的再生利用。


　　以色列再生水利用最大的特征是90%用于農業灌溉，目前，以色列800萬人，產生5億立方米污水，92.3%污水處理率，占灌溉用水的60%，支撐起現代高效農業，除了自給自足，還成為農產品出口國。美國作家賽斯西格爾（Seth M. Siegel）在深入考察以色列水務后認為，“沒有再生水，就沒有以色列的農業，也就沒有這樣一個中東強國”。


　　隨著以色列人口的增加，以色列目前正在實施面向2050年的水資源規劃，至2050年，將進一步提升污水再生利用量，再生水農業灌溉量將會繼續增大。


　　以色列通過開發非傳統水資源成功解決了水安全問題，王洪臣指出，實際上，我國北方許多地區年降水量、許多城市的人均水資源量均低于以色列，這些地區或城市應借鑒以色列污水資源化成功經驗，開發非傳統水資源，解決當地缺水問題。



　　規模化長期使用再生水存在一定的風險，關于病原體、鹽度以及內分泌干擾物等新興污染物對人體健康和生態影響的研究一直在進行，爭論也一直在持續。以色列在開始大規模農業灌溉以后，發現部分地區地下水有鹽漬化傾向，在2010年開展了全國性源頭減鹽行動，包括工業企業減少用鹽或尋找替代品、嚴禁高鹽廢水排入下水道以及倡導公眾避免過度耗鹽等措施，無法避免的高鹽水則另外處理后排入水體，沿海地區則直接排到海洋，通過這些對策，有效控制了地下水鹽漬化傾向。


　　發言最后王洪臣總結：要以農業灌溉為重點，輔以市政雜用、工業利用、景觀補水，以此為方向展開資源化設施的規劃建設：


　　1. 農業灌溉用水需求大，理論上可將全部污水再生后用于農業灌溉，理論上實現全回用，全部資源化；


　　2. 目前的農業灌溉設施足以消納全部污水資源化，只是個水源轉換問題；


　　3. 需要實施的工程是將再生水輸配到就近灌區的渠首，并建設調蓄設施，現有不承擔其他供水功能的灌溉調蓄庫容可直接用于調蓄再生水，預測已可調蓄相當數量的再生水量。


　　4. 農村污水可隨同治理設施同步就地實現農業灌溉（關中平原的生態澇池）；


　　5. 由于輸配及儲存設施的施工均不在城市建成區，預計從經濟技術角度比較，遠優于其他方向的資源化利用；


　   6. 再生水用于農業灌溉后，相應污水處理廠可降低脫氮除磷水平，將氮磷作為肥料進行水肥一體化利用；


　　7. 再生水用于農業灌溉后，將大量減少從環境取水，不與生態爭水，尤其是灌溉季節的生態需水，發揮關鍵作用。