干旱内陆社区直引水再利用的机遇与挑战外文翻译资料

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干旱内陆社区直引水再利用的机遇与挑战

Caroline E. Scruggs, Ph.D., P.E.1 ; and Bruce M. Thomson, Ph.D., P.E., M.ASCE2

摘 要

随着人口增加和发展的增快，世界各地都面临着饮用水短缺的问题，一份报告指出了到2025年美国西部社区面临水资源短缺;因此，必须查明未开发的水资源，以减少这些问题。直饮水再利用（DPR）是一种供给侧提高可持续性和可靠性的供应方法.通过从污水中重新获得饮用水.大多数可饮用水水资源的再利用研究都集中在大型沿海社区，这些社区在水资源使用权、处理技术、监管和成本方面的机会和干旱环境条件的内陆社区不同.这就导致，与沿海和内陆环境相关的坏境挑战各不相同，关于沿海社区DPR适宜性的信息可能并不适用于内陆社区。本文提出内陆社区DPR的技术、监管和经济方面相关的特殊挑战。并且认为还需要对内陆DPR进行更多研究，本文重点介绍了什么最有助于内陆社区评估DPR的可行性。

DOI:1061/(asce) wr. 1943-5452.0000822. 这项工作是根据知识共享归属4.0国际许可证的条款提供的， http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。

作者关键词： 水的再利用;直饮水再再利用;缺水;水回收利用;供水可靠性;可持续的社区规划。

背景介绍

当今规划工程的一个核心问题是：社区如何在满足资源的同时继续发展和繁荣的需要并为子孙后代提供高质量的生活，在这些需求中，最关键的是获得足够的供水，供市政、工业和农业使用。随着人口和发展压力的加大，各地许多社区世界面临淡水短缺，这威胁到人们的生活质量和淡水生态系统环境，美国西南部的干旱情况频率变快和严重程度在增加，气候的剧烈变化预计将进一步减少水供应，并且美国内政部报告确定了到2025年美国西部水资源短缺的潜在水危机。所以必须确定新的水源，为当前和未来的需求提供供水。

社区通常有几个需求和供应方的选择，以满足未来的水需求，已经开发了一些工具以帮助水资源规划者和决策者如何决定最好地开发，鉴于未来的气候和人口不确定性。在缺水社区，通过节约措施减少用水需求通常是首先采取的、最具成本效益的步骤。例如，在新墨西哥州阿尔伯克基，社区在不到15年严格地通过基于激励的自愿方案，将人均用水需求从946升减少到492升。然而，必须认识到，节水方案可能会对环境和水资源使用权权产生影响。这些问题包括接收水域流量减少、影响水生物或河岸环境的问题，以及废水排放减少，回流量减少都会对对水资源使用权的影响。

供应方的选择包括通过获得新的水源，如跨基桑或海水淡化增加供水。某些选项受可持续性和/或可靠性考虑限制。例如，虽然咸水和盐水地下水的海水淡化可用于某些社区扩大饮用水供应，但水源是典型的，没有补充，因此可能无法构成可持续的供应。咸地下水和海水的海水淡化也伴随着高能量要求和盐水处理的挑战。捕获的雨水可以帮助增加供水，但在干旱气候中，雨水不仅不可靠，而且预计未来几年也会减少。非可调水再利用系统已实施在若干社区连接，但重要的是要考虑到，随之而来的饮用水需求减少对水和废水系统水力和流量的影响。同样，个体户的废水再利用可以降低饮用水的可减少量，但它有公共卫生问题，由于重新居住成本在已建立社区实施成本高昂，并可能导致下水道流量速度的有害降低。此外，在需要回流信用以满足水流要求或下游输送义务的情况下，不可调量和废水再利用可能不被视为节水。

历史上看，西部的社区已经转向大型跨流域调水作为供水来源。著名的项目包括将科罗拉多河水引到加利福尼亚、亚利桑那和新墨西哥州。然而，跨流域转移的成本非常高，对环境造成了巨大的影响，而且在实际应用中可能不可靠，在需要的时候.更根本的是，西部流域的几乎所有水都已经全部分配，使得未来的流域间转移不太可能。地际调水通常是一种能源密集型，它会产生大量的环境和社会成本。

有希望增加供水的选择

两个供应方选项，有望提高饮用水供应的可持续性和可靠性，是间接饮用水再利用（IPR）和直饮水再再利用（DPR）。在这两种情况下，通过再利用废水来增加供水，从而有可能显著提高水生产力。虽然存在不同的配置，一般为知识产权，污水处理厂（WWTP）的废水通过先进的处理高度净化，然后定向到环境缓冲，如水塘、水库或含水层。环境缓冲器旨在通过为污染物降解过程提供其他的屏障和时间，以及用其他来源的水稀释。WWTP污水通过先进的处理高度净化，然后要么（1）与原水供应相结合，并定向到水处理厂，或（2）直接引入分配系统，绕过水处理计划t。虽然后一种选择在文献中经常被提及，但劳彻和乔巴诺格鲁斯建议，在监测技术可用于检测低水平关注污染物之前，前者是首选的替代方案。此外，DPR 可包括一个工程存储缓冲器 （ESB），以便有足够的时间在水进入分配系统之前验证特定的水质参数.下面将更详细地介绍高级治疗技术和配置。

世界各地有许多知识产权制度;然而，实施此战略需要获得适当的环境缓冲.环境缓冲器提供了一个好处，因为它允许在需求减少期和在需求增加时提款率增加.一些研究人员认为，知识产权通过提供稀释和其他的生物、化学和物理处理来降低污染风险.另一些人则指出，知识产权效率低下，因为高度处理的水在环境缓冲液中与低质量水混合时会降解，因此通过两次处理同一水来浪费能源和资源.环境缓冲器是否实际上提供福利取决于许多具体地点的变量， 包括所提供的治疗的程度和性质， 住所缓冲器中的时间，以及缓冲器的环境化学。一些学者发现知识产权比 DPR 更昂贵， 因为通常需要其他的泵送.直饮水再再利用更小的泵送要求也会导致更小的碳足迹是一个重要的考虑因素，因为能源成本和温室气体排放是其他的供水工程的考虑.此外，DPR 较短的输水线路更不易发生自然和人为事故.尽管 DPR 具有好处，但其实施仍面临许多挑战，需要如下讨论，还需要许多其他的考虑。

直饮水再再利用：研究和安装

在纳米比亚温得和克，在运作或施工中最多被引用的DPR设施;，并且其他设施将很快在得克萨斯州上线。在温得和克，经过高度处理的再生水直接混合到饮用水管道中。Cloudcroft工厂尚未投入运营，它将将经过高度处理的再生水与井水和泉水混合在一个水箱中，提供2周的水力滞留时间;然后，组合的流量将在进入分配区之前接受其他的水处理。在大泉，来自WWTP的过滤废水得到先进的处理，并在输电线路中与原水混合;然后，在水处理厂处理组合流量。这些设施都已实施 monitoring 方案，在分配前测量特定的水质参数。虽然DPR在美国相对较新，但纳米比亚工厂自1968年以来在各种配置中一直成功运行，没有报告有无迹象显示其对健康有不良影响（克鲁克，2010年）。

由于严重缺水和缺乏替代供应来源，社区采用DPR（。随着干旱条件的恶化，DPR越来越多地被考虑在社区缺水。虽然许多缺水社区规模小到中等，分散在美国西南部的内陆社区，而且目前唯一服务于客户的 DPR 工厂位于西南社区内陆社区，但大多数 DPR research都集中在家庭收入相对较高的大型沿海社区。同样重要的是，这些较大的沿海社区有非常不同的水权法律。图。1 再现了DoI的热点地图，突出显示了美国三个研究程度最大的社区，并抽样了 DoI的热点内的高水冲突潜力（亚利桑那州丹佛和图森作为 DPR 研究的区域，但与显示的大型沿海社区相比，在那里进行的研究少得多）。

对于规模更大、较富裕的沿海社区，直接的饮用水再利用选择可能与中型或小型内陆社区不同。考虑 DPR 的中小型社区面临的主要挑战包括：

1. 水资源和权利：西部的内陆社区获得回流信贷，因此必须拥有或获得水权，以重新利用废水。另一个考虑是，废水排放往往是干旱的西南社区环境流动的一个重要来源。
2. 监管不确定性：州和联邦 监管机构没有制定监管 框架或允许 DPR 项目的标准。

图1.到2025年潜在水冲突的热点

1. 技术：小社区面临着吸引和留住具备操作复杂先进治疗流程的合格和训练有素的操作人员的问题。一个特别的挑战是能够操作和维护复杂的高度自动化流程，以及收集、分析和解释与流程性能相关的数据如果反渗透（RO）是高级治疗方案的一部分，那么浓缩处理则面临其他的挑战。
2. 费用：高级治疗，无论是否为 DPR，是昂贵和复杂的。对于小社区无法使用的大型工厂来说，其规模经济具有显著的显著规模。
3. 公众接受：过去的经验表明，公众对饮用水再利用的可信性，对项目实施具有一种影响（例如，赫利曼和多尔尼卡尔，2010年）。因此，内陆社区的公用事业正在努力规划和选择战略，以满足未来的用水需求，同时尽量减少对可持续社区规划的限制。需要进行全面评估，以帮助较小的内陆社区的决策者权衡 DPR 的机遇和挑战。

本文的目标

本文指出了限制在干旱内陆社区广泛实施 DPR的知识差距和挑战。它总结了内陆社区水管理人员在帮助与DPR和长期供水可靠性有关的决策方面的基本考虑。本文的重点是以下几类 DPR实施挑战：水资源、监管不确定性、技术和成本。同样关键的是，在干旱的内陆社区，公众接受饮用水再利用，这是一个主要课题和其他研究的重点。

影响内陆社区DPR实施的因素

水资源和其他下游考虑

沿海社区和内陆社区 DPR 的主要区别之一是减少废水排放 by 再利用程序将减少接收水中的流量。虽然废水再利用经常被提出作为节约用水的方法，但如果从全流域透视，它可以显示，实际上它不是保护。相反，它是简单地替代低质量废水高质量地表或地表水（汤姆森和肖梅克2009;弗莱明和霍尔2000年).这减少了排水量，而水可能是流中环境或下游用户的重要供应。干旱内陆州河流排放减少的序列可以表现为三个方面：（1） 内流流量减少造成的环境影响;（2） 流流量减少而产生的环境影响;（3） 因河流流量减少而产生的环境影响。首先，减少排放可能与接收流的流量减少相关的环境影响。这在干旱气候中尤其成问题，在干旱的气候中，WWTP 排污器经常占小溪流流量的一大部分，这种现象被称为以污水为主的溪流。支持水生和河岸环境所需的流动称为环境流动。随着溪流水文的变化，越来越多的文献描述对各种生态指标造成了损害（Poff和Z zimmerman，2010年）。如果河流中有联邦列出的濒危物种，环境流量将减少的极端表现。在新墨西哥州，保护两个濒危物种（OSE 2016）一直是联邦诉讼的主题，在里奥格兰德河中保持足够的水流以保护两种濒危物种。

再利用方案减少废水排放的第二个后果是减少流量，以履行下游义务。干旱的西南社区大多数州际溪流都受到州际溪流契约、联邦立法以及联邦诉讼和和解的影响。州际溪流契约是国会批准的各州之间的协议，各州之间分配水共享的溪流。目前有26个州际流紧凑生效;大多数在西部各州，至少50岁（Muys等人，2007年）。除了契约之外，还有关于州际水域的联邦法律，以及与州际溪流分配有关的州际诉讼和和解。这些法律、溪流契约、诉讼和和解的结果是，上游各州的水管理者要求联邦要求，确保向下游各州提供足够量的水。因此，任何减少溪流水流的活动，如废水再利用，都受到仔细审查和可能的拒绝，这是没有下游使用者的沿海社区所没有的挑战。

对内陆社区废水再利用的第三个限制与州水法和水权有关。国家研究委员会（NRC 2012）总结了废水再利用权因州而异。许多西部内陆州的水权至少原则上以消耗性用途为基础，这被定义为流水量与返回溪流或含水层量之间的差额，称为再流积分。因此，一个废水再利用的社区将减少其回水流量的信贷，并需要其他的水权。当然，这种限制取决于每个州的水法。在最近对科罗拉多水法的回顾中，霍布斯（2013）指出，从法律角度来看，废水回流往往'属于河流系统，作为公共资源的一部分，需要拨款和管理。因此，虽然新墨西哥州的废水再利用可能需要获得附加水权，以抵消回水流量的减少，但加州污水处理厂排放到海洋的废水可被公用事业公司充分利用（NRC 2012）。

显然，任何内陆再利用项目的规划阶段都必须尽早解决环境、联邦和州对废物再利用的限制。 Bischel 等人（2012年）报告说，37%的受访再生水管理人员认为这些限制因素妨碍了水的回收利用。然而，这项研究 是在加州北部完成的，这些主题对于干旱的内陆社区来说可能更值得关注。

监管注意事项

在考虑DPR项目时，社区面临的第一个技术挑战之一是确定需要什么处理。联邦安全饮用水法（SDWA）和随后的法规没有提到饮用水再利用。虽然大多数最先进的WWTP的废水将符合该法规定的数字标准，但显然，在从健康角度和满足公众对废水使用的关注之前，还需要进行太多的其他处理。然而，没有国家标准确定这种附加治疗的性质和程度。国家水研究所（NWRI）在若干国家水研究机构的资助下，最近发布了一个DPR框架，对技术和监管挑战进行了很好的总结（NWRI 2015a）。虽然美国用水管理局 （2012） 提供再利用指南， 不存在联邦水再利用法规， 法规留给各州.有几个州制定了关于非可存储重用的法规、政策或指导意见，少数州制定了知识产权法规，但尚未有关于DPR的法规（NRC 2012）。在没有州或联邦法规的情况下，将按案对知识产权和DPR项目进行评估。

受管制和不受监管的化学品和病原体是饮用水再利用中值得关注的污染物。病原体是最大的问题，因为它们对健康构成严重风险，而不是相关

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