1.4 中水回用必须低碳、节能才有意义
天然河流的势能被利用来发电是19世纪以来最伟大的发明之一，由火力发电（利用热能）到水力发电（利用势能）是一大革命。世界上第一座水力发电站于1878年在德国建成。水力发电最大的功绩是将发电的运行费用大大降低，不用燃煤或燃油，减少能源的消耗，势能可取之不尽、用之不竭，并且是无烟工业，无环境污染。水力发电很快占领了电力工业的很大一片领地。
天然河流的势能被利用来进行大气复氧，并应用于污水处理好氧工艺，被称为“势能增氧生态净化工艺”，世界上第一座应用“势能增氧生态净化工艺”处理污水的工程——“南京腊梅食品厂污水处理工程”于2000年在中国建成，详见第2章。其最大的功绩是将污水处理的运行费用大大降低，不用鼓风曝气，减少能源的消耗，无环境污染等，也必将很快占领生态环境净化的很大一片领地［在平原地区当电费为0.6元/（kW·h）时，只需≤0.30元/吨的直接运行费用，就可将生活污水处理达到地表水Ⅳ～Ⅴ类标准］。
我国是水资源严重短缺的国家之一，我国人均水资源拥有量仅为2250m3/（人·年），不足世界平均水平的1/4。在我国600多个城市中，有300余座城市缺水，其中严重缺水城市有100余个，年缺水量近6.0×109m3，每年因为缺水造成经济损失约2000亿元人民币。特别是华北地区的大部分城市几乎都面临缺水问题，日益严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾。
水污染防治已成为国民经济可持续发展的关键保障。因此，除了要研究“节水”，建立节水型社会外，还必须要研究生活污水再生技术（可再回用70％～80％），这对国民经济可持续发展具有重要的战略意义。
1.4.1 中水和回用水
中水定义：“中水”一词是相对于上水（给水）、下水（排水）而言的。中水回用技术系指将小区居民生活废（污）水（沐浴、盥洗、洗衣、厨房、厕所，一般都是使用自来水运作）集中处理后，达到一定的标准回用于小区的绿化浇灌、车辆冲洗、道路冲洗、家庭坐便器冲洗等，从而达到节约自来水用水的目的。
回用水和中水是有差别的，工业废水的回用水，水质要求比较低，一般采用消毒过滤即可满足要求，本书对回用水不作深入探讨。部分城市的中水再回用的工程实例见表1-7。
表1-7 部分城市的中水再回用的工程实例摘引
中国可开发利用的水资源大部分已开发利用，新增水源不是开发难度大，就是开发成本高，水资源紧缺形势日趋严峻。因此，实施中水回用是提高中国水资源利用率的必要措施之一。
中国共产党十八大提出到2021年要实现全民小康。随着全民小康的实现，人民更需要进一步提高生态环境质量。全国都在实施城市绿化和环境美化，这就需大量绿化用水、景观用水、浇洒用水等。这些大量的水源从哪里来？中国是一个水资源紧缺的国家，如果能够将城市生活污水进行处理达到中水，就能够进一步满足生态环境质量的水源需要。
中水回用也可以作为农业灌溉用水。因为处理达到中水水质标准，已经大大地超过《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2005）中的灌溉水质要求，因此中水均可用于农田灌溉。
1.4.2 中水回用状况
日本1962年开始中水回用，20世纪70年代已经初具规模，1991年“造水计划”中明确将污水回用再生技术作为最主要的开发研究内容给予资助。
1950年美国污水研究者俱乐部，利用模型进行了污水深度处理试验研究。1965年将其成果应用于加利福尼亚州南塔湖污水处理厂。2000年加利福尼亚州污水再生利用量达到8.64×108m3。
以色列是污水再生利用方面最具有特色的国家之一。此外，俄罗斯、西欧各国、印度、南非和纳米比亚的污水再生利用也比较普遍。
我国近10年来中水回用发展比较快，但还是处于发展的初期阶段，这首先是由于人们对中水的理解问题。日常生活中，人们对水的概念仅仅局限于清洁水和污水，而对中水的认识和了解十分有限，在使用时，对其水质存有很大顾虑，总是担心水体中含有超标工业污染物，不敢放心使用，这是障碍之一。
其次是由于中水自身的水质问题。在中水处理方法上，现有的工艺技术还不能完全过关。不能够明显地比自来水优越。大多数中水回用的水质不稳定，使得回用的中水水量、水质均难以保证用户正常使用。
第三，相应法规政策还需完善。目前国家只出台了一个《关于加强工业节水工作的意见》的政策，关于中水回用标准，目前只出台了《城市污水再生利用》系列7个标准。还需出台更多政策以提高对于中水回用的指导和促进。
第四，中水设施建设资金短缺。中水工程一次性耗费巨大，且投资资金回笼很慢。而且与中水配套的管道网络建设滞后，很多城镇污水处理厂处理之后的中水只能浪费，造成资金和人力损失。降低一次性投资，大大地减小运行费用，加快投资资金回笼，促使很多企事业单位愿意为此投入成本；做到低碳、节能，才能扩大中水回用的领域，缓解水资源紧缺的局面。
中水回用是一项保护水环境、保障水资源可持续利用的重要举措，功在当代、利在千秋，是促进中国水资源利用逐步步入良性循环轨道的一条有效途径，是实施可持续发展战略的重大措施，对中国经济发展至关重要。
1.4.3 中水回用的方法
中水回用的方法可以分为以下三大类。
1.4.3.1 物理处理法
常用的物理处理法有膜滤法，适用于水质变化大的情况。
近年来应用MBR方法处理达标中水，已经有了大量推广的趋势，本书将在4.2.2.1节中对于MBR方法进行专门介绍。
与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：处理效率高、出水水质好；占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单。
膜生物反应器（MBR）的优点：高效地进行固液分离。
膜生物反应器（MBR）的缺点：存在较高的运行费用问题。膜生物反应器的材料截留分子量越大，初始膜通量越大，但长期运行会造成膜堵塞。特别是一体式膜生物反应器，它实质上是一种死端过滤的方式，无法把被截留的溶质及时带走。
MBR很可能成为21世纪污水处理最实用技术，是替代传统技术的有力竞争者。
1.4.3.2 物理化学法
物理化学法适用于污水水质变化较大的情况。
当污水水质变化较大时，膜生物反应器（MBR）就难以应对。一般采用的方法有砂滤、活性炭吸附、浮选、混凝沉淀等。
1.4.3.3 生物处理法
生物处理法适用于有机物含量较高的污水。一般采用活性污泥法、接触氧化法、生物转盘等生物处理方法。或是单独使用，或是几种生物处理方法组合使用。
现将已建成的中水再回用的工程实例摘引见表1-8。由表1-8中水回用处理设备可知：其中3项的单位投资费用可达万元以上。青岛海泊河污水厂和天津开发区的单位投资费用为2252元/m3和2400元/m3，它们都是在城市污水厂为水源的基础上进行处理，若加上建立城市污水厂的投资费用，则总单位投资费用将达4000元/m3以上，智能型中水回用设备的单位投资费用也要3000～3500元/m3。
表1-8 已建成的中水再回用的工程实例摘引
1.4.4 一种低碳、节能的中水回用工程实例
冲洗垃圾车污水处理再回用工程的建立是南京市下关区环卫所一项节能减排的重大举措，是低碳、节能的中水回用工程实例。该所使用的垃圾车辆很多，以往用自来水冲洗车辆，自来水耗量很大。并且由于南京市下关区环卫所位于南京幕府山麓，距城市排水管网很远，冲洗垃圾车的污水无法输送。将冲洗垃圾车的污水处理为中水，再回用洗车，是一项节能减排的重大举措。
应用“势能增氧生态净化工艺”后，将冲洗垃圾车的污水处理为中水，再回用洗车，解决了污水问题，带来了经济效益。据统计：该设施水泵功率为0.75kW·h，运行12min，停6min，每小时实际运行40min，每日耗电12度×0.6元/度=7.2元/d；日处理水量50m3，运行费用为0.144元/m3；自来水水费3.00元/m3，节水净效益2.856元/m3=142.8元/d；一年（按300天计算）净效益达42840元，全年节水（按50m3×0.8计算）12000m3。详见第2章。