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世界上最大的回用水项目——地下水补给系统(GWRS)
来源:中国水网 发布者:管理 发布时间:2016-09-19

 

美国橙郡约有300万居民,约75%的饮用水水源来自于橙郡地下水盆地(OrangeCountyGroundBasin)。地下水盆地每年都需要来自于SantaAna河等周边水系及降雨的补给才能维持稳定的供水能力。自20世纪90年代,加州已经开始经历干旱,当时有专家预测加州每十年就可能会遭遇三次严重旱情,橙郡地下水盆地面临着无法得到有效补给的严重威胁。然而,橙郡当地的用水需求却与日俱增,橙郡水管理局(OrangeCountyWaterDistrict,OCWD)的21世纪水厂急需扩建。

除了干旱问题,橙郡还一直饱受海水入侵的困扰,橙郡卫生管理局(OrangeCountySanitationDistrict,OCSD)当时打算投资2亿美元建造一个入海河口来应对海水入侵。橙郡水管理局的21世纪水厂在将污水回用于海水入侵防治上有丰富的经验,因此,其决定与橙郡卫生管理局合作,在21世纪水厂建立全新的地下水补给系统(GroundwaterReplenishmentSystem,GWRS),希望该系统不但能满足橙郡北部和中部地区的用水需求,同时也能补给地下水,解决海水入侵问题,保护当地的自然生态环境。经过十几年的设计和建造,该地下水补给系统于2008年1月开始运行,是目前世界上最大的回用水间接用于饮用水和用于生态补给的污水净化项目。

世界上最大的回用水项目——地下水补给系统(GWRS)

图:橙郡地下水补给系统GWRS

地下水补给系统

2.1三段深度净化工艺

GWRS地下水补给系统对经过二级处理的污水采用了微滤、反渗透和紫外线-过氧化氢的三段深度处理工艺进行深度处理,再将其回注到地下含水层中,之后再进一步被用于周边地区居民的饮用水供应。

世界上最大的回用水项目——地下水补给系统(GWRS)

图:GWRS深度处理系统工艺流程图

三段深度净化工艺保证了GWRS生产的再生净化水在主要污染物、消毒副产物、药品、激素等指标上达到甚至优于联邦标准。二级处理出水在进入GWRS系统前会先经过过滤器和次氯酸钠的处理,以减少其中的生物附着物堵塞和污染微滤膜。GWRS净化水水质非常好,这一系统每天可以生产37.9万立方米高品质净化水,和其他水源一起为橙郡的地下水补给,同时满足橙郡北部和中部85万居民的用水需求。

世界上最大的回用水项目——地下水补给系统(GWRS)

2.2海水入侵屏障

除了三段深度处理工艺单元,工程还设有一条连接各个流域补给处理设备的管线以及一道防止海水入侵的屏障。地下水补给系统在防止海水入侵方面发挥了重要作用。随着河流湖泊中越来越多的水被使用,海水入侵的风险也随之增大。地下水补给系统每天生产的37.9万立方米水中有13.2万立方米被注入了沿海的壁垒井成为了防止海水入侵的屏障。

世界上最大的回用水项目——地下水补给系统(GWRS)

图:GWRS将部分净化水注入沿海的壁垒井,形成了一道防止海水入侵的屏障

2.3投资收益

橙郡地下水补给系统项目总投资约为4.81亿美元,其中约9.28千万美元都是来自于地方、加州和联邦政府的补贴,另外3.88亿美元由OSCD和OCWD共同出资。项目每年的总运行费用约为4千万美元,其中能源成本占1.5千万美元,化学药剂占6百万美元,膜和紫外线灯等设备替换占5百万美元,运行和管理人员成本占9百万美元。

南加州城市水务管理局(MetropolitanWaterDistrictofSouthernCalifornia)会购买项目生产的净化水以供给南加州的其他城市和地区。橙郡地下水补给系统持续稳定的运行为保障加州的水供应和满足居民用水需求做出了重要贡献,南加州城市水务管理局也因此决定将连续12年为项目提供每年7.5百万美元的补贴。

如果不考虑各种形式的补贴和各方的无偿贡献对项目成本的实际减免效果,GWRS生产的净化水的成本约为0.69美元/立方米,如果将补贴和无偿贡献的减免效果考虑进来,净化水的成本仅约为0.43美元/立方米。但是,即使是0.69美元/立方米的成本价格,如果与从其他地区调水或海水淡化相比,GWRS净化水仍然是更加低廉的供水选择,而且其能更有效地应对干旱,能更加可靠地保障地区供水安全。

社会影响

城市和用户对水量、水质和自然生态保护的需求促使了橙郡供水和地下水补给系统的形成和发展。地下水补给系统项目很好地体现了美国加州在对地下水补给和回用工程的监控和运行方面不断更新的法规政策。在计划扩建之前,项目相关人员已经对当地的法规政策进行了分析研究,以确保升级改造的相关需求能够得以实现。例如,在地下水力停留时间和单元过程监控方面要求的变化可能会影响地下水补给系统的运行,因此需要持续地对系统进行检查,以确保其符合当地法规要求。事实上,地下水补给系统出产净化水的水质已经超过了加州和联邦的饮用水标准。

在社会层面,橙郡水管理局为获得公众对水项目的支持作出了巨大努力。地下水补给系统项目在2010年接待了约4千名市民前来参观,并为对项目感兴趣的人们提供了讲解。社区的大力支持是这些水项目能够取得成功的关键因素之一。对水回用积极意义的公共宣传早在地下水补给项目设计开始前的1997年就已经开始。由10人组成的水务处董事会是通过市民选举产生的,公众因此可以在不同层面上参与到有关项目的决策当中。

橙郡地下水补给系统项目在世界上得到了广泛赞誉。因为在地下水管理,水回用先进技术应用上以及公共政策和社区宣传上的贡献,该项目曾获得了2014年李光耀水奖(LeeKuanYewWaterPrize)、2009年由美国土木工程协会颁发的杰出土木工程成就奖(OutstandingCivilEngineeringAchievementAward)、2008年的斯德哥尔摩工业水奖(StockholmIndustryWaterAward)、2008年由水回用协会颁发的水循环机构年度大奖(WaterRecyclingAgencyoftheYearAward)等国际大奖。

 
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