理论教育 江汉平原水资源环境保护与利用

江汉平原水资源环境保护与利用

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:首先,节水主要是指通过工程、生物等措施降低水资源开发、传输、利用和排水过程中的无效损耗,提高有效水分比例。另外,在水资源开发利用中,污染导致水体丧失其资源的有效性,也属于水资源损失量范畴,从这一点出发,防污与水资源保护也应纳入节水框架当中。再次,一次性水资源的循环再生利用是节水的广义形式。节水规划要以区域水资源和水资源供求计划为基础,坚持政府行为与市场行为相结合,工程措施与非工程措施并重。

江汉平原水资源环境保护与利用

湖北省水网密布、湖泊众多,在传统观念中是个丰水省份,是防洪大省。然而每年入夏以来,由于降雨时空分布不均,该省经常出现梅雨夏旱,十堰、恩施、襄樊、孝感黄冈随州荆门等地持续干旱,导致水库干涸、人畜饮水困难。

实地调研得出,所谓湖北水多,实际上是过境客水量大,这些过境客水及降水大多以洪水的形式流失。而20世纪90年代以来,全省发生较大或特大干旱的年份明显增多,发生干旱概率超过50%。湖北省水利厅调查显示:湖北水资源总量占全国总量的3.5%,列第10位,人均水资源占有量1 731立方米,列第17位,只占全国人均占有量的73%,接近国际公认的人均1 700立方米严重缺水警戒线。“千湖之省”湖北正面临着水资源紧缺的掣肘。随着将水资源的可持续利用支持经济社会的发展作为水利工作的中心任务,湖北也走上了全面建设节水型社会的道路。

湖北属于亚热带季风区,全省多年平均降水只有1 171毫米,70%~90%的降水集中在每年4月至9月,而秋冬季节雨水甚少,许多中小河流断流,部分地区工农业生产和人畜饮水困难,就是汛期中的7月中旬至8月,也常有伏旱发生。人口的持续增长和经济的迅速发展及城市规模的不断扩大,工农业生产和人民生活用水将持续增加。1980年至2005年,湖北全省人均水资源量由2 020立方米减少到1 560立方米,用水总量由166亿立方米增至253.38亿立方米,可供水量的增长速度远远赶不上需水量的增长速度,加之人们生产、生活对水体造成污染,水资源供求矛盾将更趋激化。根据《湖北省中长期供水计划》,全省中等干旱年缺水67亿立方米,特别干旱年缺水89亿立方米,将严重制约湖北国民经济的发展。与此同时,湖北普遍用水效率不高、水资源浪费现象较为严重。全省农业用水占用水总量的65%,但灌溉的有效利用率仅为40%;2005年全省万元工业增加值用水量为325立方米,比2004年全国万元增加值用水量多出196立方米;城市用水管网漏损情况也相当严重,故此,在水资源浪费现象的背后,有着巨大的节水潜力。通常使用1立方米的清洁水,平均要排0.7立方米~0.8立方米的污水,从这个意义上说,节水就是减污,节水就是保护水资源。

节水是节水型社会建设的核心工作,从字面上可以理解为节约用水。《全国水资源规划纲要(2001—2010)》将节水定义为:“在不降低人民生活质量和社会经济发展能力的前提下,采取综合措施,减少取用水过程的损失、消耗和污染,杜绝浪费,提高水的利用效率,科学合理和高效利用水资源。”《开展节水型社会建设试点工作指导意见》将节水界定为“采取现实可行的综合措施,减少水资源的消耗、浪费和污染,提高水的利用效率,以保证经济社会发展对水资源的需求”。节水一词在国内一般译为Water Saving,国际上则通常译为Water Conservation,可以看出节水不仅仅指水资源的高效利用,还包含水资源的保护。节水型社会中“节水”的概念,与传统意义的节水相比,其外延要宽泛得多,内涵也更为丰富,主要包括以下三方面。

首先,节水主要是指通过工程、生物等措施降低水资源开发、传输、利用和排水过程中的无效损耗,提高有效水分比例。从资源的角度来看,“真实节水”的概念是指减少无效损耗量。另外,在水资源开发利用中,污染导致水体丧失其资源的有效性,也属于水资源损失量范畴,从这一点出发,防污与水资源保护也应纳入节水框架当中。

其次,节水是通过水资源合理配置等手段实现一定耗水量下的经济产出和生态产出的最大化。目前,实现一定耗水量下的经济产出和生态产出的最大化途径主要有两种:一是提高单位体积水的经济和生态产出,主要通过降低有效耗水中的低效耗水部分来实现;二是将原来高耗水、低产出部门的用水向低耗水、高产出部门转移,主要是水资源的优化配置和用水结构调整。

再次,一次性水资源的循环再生利用是节水的广义形式。节水的对象是可利用的淡水资源,因此,凡能够有利于节约淡水资源的行为和措施都属于节水的范畴,水资源的循环再生利用无疑具有这一功能。具体有两种形式:一是循环利用,二是废污水处理回用。

总之,节水型社会中的节水是广义的、全过程的、综合性的,是全社会有计划地主动性节水。

1.管理节水

管理节水主要是采取健全用水管理机构、完善用水管理、实行计划用水及采用节奖超罚等措施,促进节约用水、合理用水。具体的措施如下:

(1)构造节水法规体系,力求把节水纳入法制化轨道

水法明确提出了“开源与节流相结合,节流优先,大力建设节水型社会”的战略目标,就此也明确了节约用水的法律依据。实践证明,实现全社会节约用水,必须完善相应节水法规,把节约用水纳入依法管理的轨道。节水管理工作,必须以完善的节水管理法规作保障。

(2)落实节水机构的管理职能,建立起节水管理机制

组织、指导、监督全社会节水工作是省政府赋予湖北省节约用水办公室的职能。其职能能否有效地加以落实,实际上标志着节水工作的成效。

(3)狠抓重点节水措施,促进节水型社会建设

建立节水型社会,实现可持续发展,需要我们抓住重点,扎扎实实做好各项节水工作。

(4)完善基础工作,加强各项节水措施

由于湖北省缺乏系统的节水规划,使节水工作的开展受到很大制约。要尽快制定全社会节水规划工作大纲和技术细则,抓紧开展全社会节水规划工作。节水规划要以区域水资源和水资源供求计划为基础,坚持政府行为与市场行为相结合,工程措施与非工程措施并重。要注重采用新技术、新方法,提高成果科技含量,使规划具有全面性、先进性、可行性和指导性。

(5)加大节水宣传和节水投入的力度,形成全社会参与的局面

节水工作是备受全社会关注的大事,涉及各个阶层、各个方面,需要全社会广泛参与,尽管近年来各级各部门在加强节水宣传方面做了很多工作,但在水的资源意识、水的忧患意识、水的商品价值以及惜水、节水、爱护水意识等方面还存有很多不相适应的地方,水资源浪费现象依然大量存在。因此,需要我们进一步加大宣传力度,充分利用报纸、电台、电视台、互联网等一切宣传形式,大力宣传节水方针、政策、法规和科学知识,特别是要加强新水法和节水典型经验。同时,要建立健全节水工作的社会监督体系,多形式、多层次组织社会公众参与节水工作,不断提高节水宣传的质量和效果。节水带有很强的公益性,应采取以政府投入为主,全社会共同负担的投资政策。各级水行政主管部门一方面要积极争取政府在节水管理、节水技术研究与推广等方面给予支持;另一方面要积极探索合理水价形成机制和节水投入机制,充分运用价格杠杆实现节水的目的。研究建立多元化、多渠道投入机制,积极引导企业增加节水投入,以保障节水事业的发展。水是人类生存的生命线,是经济发展和社会进步的生命线,是实现可持续发展的重要物质基础。水资源的可持续利用,是经济社会可持续发展极为重要的保证。我国的水资源短缺的特点、水资源开发利用状况、经济社会发展和环境的需要,决定了我国必须走节水型社会之路。

总之,节水是一件功在当代、利在千秋的大事。

近几年,湖北一些地方积极主动根据本地水资源特点和经济社会发展实际情况,创造性地开展工作,涌现出一批新的“亮点”。武汉市面向800万市民,开展了“水都话节水”为主题的征文活动和宣传活动;襄阳市、孝昌县《节水型社会建设规划》已进入实施阶段;湖北省水利厅会同有关部门联合下发了全省主要工业产品、城市生活用水及主要农作物用水定额;《武汉市城市节约用水条例》已经湖北省人大正式批准实行。在工业和生活用水方面,节水新技术也正在积极进行推广。2005年《湖北省水资源公报》指出,自2000年以来,全省万元国内生产总值用水量和万元工业增加值用水量均呈下降趋势,人均用水量和农田灌溉亩均用水量则呈震荡下降趋势。正如日前在湖北召开的节水型社会建设新闻发布会上所强调的,未来20年,湖北需要全面建设节水型社会,这是湖北全面建设小康社会、实现可持续发展的必然选择。而湖北在水资源工作制度上、管理上和体制上的创新,标志着湖北的节水工作正走向一个新的历史阶段。例如:黄石资源丰富,但始终提倡和坚持节约用水,并把城市节约用水作为“两型社会”建设和资源型城市转型的重要切入点,提出了创建“国家节水型城市”的目标。目前,黄石市万元地区生产总值取水量由2006年的65吨下降到2009年的42.22吨,2009年污水处理率达到72.2%,节水型企业(单位)覆盖达到23.84%以上,城市居民生活用水控制在175升/(人·日)。黄石市还先后荣获“节水先进城市”、“湖北省节水型城市”等称号。

2010年12月25日至26日,由国家住建部、国家发改委联合组成的国家节水型城市考核专家组到黄石验收国家节水型城市创建工作,经过两天的考核验收,验收结果是黄石市创建节水型城市工作的基础条件、技术考核指标达到国家标准,同意上报住建部、国家发改委审核确定。本次“国家节水型城市”工作也得到了黄石市领导的高度重视,表示黄石市将以此次考核验收为新的起点,按照专家组提出的意见制定具体实施方案,并逐条整改到位,把黄石市节水工作提升到一个更高水平。

2.工艺节水

工业生产中,用来制造、加工产品以及与制造加工工艺过程有关的这部分用水称为工艺用水。工艺节水是指通过改变生产原料、工艺和设备或用水方式,实现少用水或不用水。它是更高层次(节水、节能、提高产品质量等)的源头节水技术。下面以反渗透法和高效反渗透法为例。

(1)反渗透法(www.daowen.com)

①反渗透法工作原理

渗透是一个过程,当把相同体积的稀溶液(例如淡水)和浓溶液(例如盐水)分别置于半透膜的两侧时,稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动,这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时,浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度,即形成一个压差,此压差即为渗透压。若在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力时,溶剂的流动方向将与原来的渗透方向相反,开始从浓溶液向稀溶液一侧流动,这一过程称为反渗透。反渗透是渗透的一种反向迁移运动,是一种在压力驱动下,借助于半透膜具有选择性通过的特性,将溶液中的溶质与溶剂分离的方法。通常情况下,反渗透膜其透水率取决于运行条件:a.透水率随温度的升高而增加,随工作压力的增加成比例的上升;b.透水率随进水盐浓度的增加而下降;c.透水率随回收率的增加而下降。

②反渗透法工艺流程

反渗透法处理工艺流程可以按处理的先后顺序分为三个过程:预处理→膜分离→后处理。预处理的目的是将原水的水质、水量等加以调整,以满足膜分离处理的要求,从而保证最终的处理效果。膜分离是借助渗透膜的物理特性获取优质纯水,一般自来水经一级反渗透系统处理后,产水电导率<20μS/cm,经二级反渗透系统后产水电导率<5μS/cm,甚至更低。在反渗透系统后若辅以离子交换设备或电去离子(EDI)设备,就可以制备超纯水,使纯水的电阻率高达18兆欧姆以上(电导率=1/电阻率)。不同的工业流程设计用于满足不同行业的需求。

③反渗透法制作纯水的现状

反渗透法制作纯水的经济回收率一般由浓水盐离子浓度决定。当回收率在75%时,浓水盐离子浓度4倍于进水盐离子浓度,而回收率上升至90%时,浓水盐离子浓度10倍于进水盐离子浓度。通常在以自来水为进水水源的条件下,当浓盐水离子浓度4倍于进水盐离子浓度时,渗透压将大大提高,运行能耗增加,效率降低,而且在高盐度条件下膜容易结垢堵塞,膜的清洗频率会增加,工艺过程用水量增加。所以在实际使用的情况下,为平衡运行的经济性,并不一味追求高回收率。据2007年底统计的部分数据显示,电子、饮料等行业的反渗透工艺回收率(纯水产量与所消耗自来水新水量的比值)均在80%以下,有些甚至还不足30%。

(2)高效反渗透法

①高效反渗透法的工作原理

高效反渗透HERO(High Efficiency Reverse Osmosis的简称),是美籍印裔专家德巴斯什·穆霍帕德黑基于传统反渗透工艺,在提高回收率和渗透膜的通量上进行突破,提出的一套新的运行模式。与常规反渗透工艺的主要区别在于:工艺流程中前置离子交换设备;反渗透过程是在高p H状态下运行。其核心的工作原理是:决定进水盐度、硬度的多价阳离子(如Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、Al3+、Fe3+、Mn3+等)在进入RO前采用离子交换法予以去除。在运行压力不变的前提下,以浓水盐离子浓度值为运行控制条件,RO进水的盐离子浓度越低,膜两侧盐离子浓度的比值就越大,工艺回收率自然就提高了。反渗透在高p H条件下运行,硅主要是以离子形式存在,具有较好的溶解性,不易产生硅垢,同时还具有以下显著特点:

高p H条件下,可进一步强化RO膜表面的负电荷特性(RO膜本身带负电荷),因此,对Si、B、F、TOC等阴离子或带负电荷的微粒去除效果好,能显著延长RO后的混床再生周期。

碱性条件下,水被皂化后的黏度降低,致使膜的通量增大,在相同产水量的条件下,可大幅度减少RO膜数量,因此占地面积更小(和其他RO工艺相比可减少30%~45%)。

在高p H下,细菌无法生长和繁殖,不存在生物污染,因此,清洗频率显著降低,可实现不停机在线清洗。

②HERO工艺流程及与其他类纯水制

由于HERO系统是基于RO系统的,可很容易将传统RO系统改造为HERO系统,而且增加的处理设备为技术成熟的处理装置,改造费用不大。在实际运用中,HERO的高通量高回收率以及RO膜的减半使用量,使得整体运行费用较常规RO低(一般可降低15%~20%,由GE公司提供)。如果改造为HERO工艺制作纯水,以运行下值90%的回收率计,电子行业中四家企业年生产用水量将由796.1万m3降低到581.8万m3,年节水量至少可达214.3万m3,节水率为26.9%;饮料行业企业年生产用水量将由316万m3降低到126.9万m3,年节水量至少可达189.1万m3,节水率为59.8%。若再次放大数据,以2005年的统计数据(来源于上海市用水定额修编),电子制造行业年用水量为4 149万m3,以26.9%的节水率计,推测年节水量为1 116.1万m3,饮料食品行业年用水量为4 195万m3,以59.8%的节水率计,推测年节水量为2 508.6万m3,两项合计节水量可达3 624.71万m3,规模相当于节约建设一座日产10万m3的水厂,其经济效益与社会效益非常明显。有力保障了“十一五”,乃至“十二五”规划中所制定节能减排目标的顺利完成。

3.技术节水

技术节水主要通过冷却水循环利用,按水质、水温实行串联用水,通过部分生产设备实行工艺改造和安装节水器具,以及完善用水定额体系等途径,逐步走向定额管理,达到节约用水的目的;节水技术更新则是在采用一般技术改造措施难以进一步挖掘节水潜力的情况下,用高新技术改进传统的生产工艺和节水方式,如发展闭路循环用水系统,更新设备、改革工艺等,以达到节约用水的目的。下面介绍雨水利用技术和一些利用技术节水的例子。

雨水利用技术:利用雨水是节水开源的一种方式,早在古时我国缺水地区的群众就采用各种方式积蓄雨水,利用雨水供人畜生活饮用和灌溉农作物。城市雨水水质情况比较复杂,城市和区域的不同,汇水面、季节、降雨特征等的不同都会导致径流水质的很大差距。雨水径流污染,特别是初期径流的污染性较强,应经处理后再利用。雨水利用途径有:

(1)直接利用

城市人工湖、池塘、小河、水库等利用了自然雨水径流做补充水源,同时还可向周边绿地浇水,保持了水土;经适当处理后用作生活杂用水(公厕冲洗、绿地浇灌、道路清洁、车辆清洗、基建施工、景观用水等),有优缺点但投资少,见效快。

(2)间接利用

经土壤渗透净化后补充地下水,利于生态城市建设。现各地随意取地下水,造成地下水位下降(沿海地区还引起海水倒灌),特别是大量建设建(构)筑物和道路,农用池塘的消灭和不透水面面积的增加,不能及时补充地下水。地下水位的水降还引起城市地面下沉。城区常用的渗透设施有绿地和渗透地面(多孔沥青、多孔混凝土地面和嵌草砖)、渗透管、沟、渠和池等。德国在20世纪90年代兴起一种综合性雨水利用技术,根据小区特点,利用生态学、工程学、经济学原理,通过设计的人工净化和自然净化,将雨水利用与景观设计相结合,从而实现环境、经济、社会效益的和谐与统一。

湖北化纤集团有限公司是襄阳市的耗水大户,该公司对化纤浆生产进行节水项目技术改造,生产每吨浆由原来的需水570吨下降到200吨,每天可节水4.3万~4.5万吨。东风汽车公司第二动力厂积极开展降低成本的技术改造,使供水量由原来的每天用水1 814吨降到现在每天用水1 479吨。襄阳市襄州区第二中学2004年投资近20万元安装了LS水量计时器,对用水量进行控制;在校园厕所安装了感应式冲水水箱,人来自动开,人走自动关;在澡堂内和冷、热水房安装IC卡节水器,学生实行用水插卡制度。学校每年节约用水3万吨以上。

4.工程节水

工程节水技术就是通过工程方法或建立节水工程,避免水分的损失,以达到节水的目的。襄阳市三道河灌区2011年度续建配套与节水改造工程,2011年7月12日,湖北省发改委、省水利厅以鄂发改投资〔2011〕1040号文下达三道河灌区续建配套与节水改造工程2011年度项目,下达投资1 475万元,其中中央投资900万元,地方配套575万元。三道河灌区续建配套与节水改造工程2011年度项目是灌区三期可研的第二个年度项目。该年度的主要建设内容为:(1)渠道整治工程,北干渠渠道整治、疏挖、衬砌、滑坡治理和裁弯取直,整治长度为11.048km。(2)渠系建筑物工程,该次整治的渠系建筑物均位于北干渠渠段上,共43座,包括:渠首进水闸1座,节制闸1座,支渠分水闸2座、泄洪闸3座,斗门20处,隧洞12座,渡槽1座,渠下涵2座,机耕桥1座。

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