解決水資源短缺是當(dāng)下及未來(lái)人類(lèi)面臨的最嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一,許多國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始探尋更有效的水資源利用方法,包括更廣泛的接受使用非常規(guī)水源,如海水淡化和遠(yuǎn)距離引水,污水再生利用,雨水收集回用等. 相比之下, 污水回收再利用以其投資少、 建設(shè)時(shí)間短、 水源可靠和效果容易迅速實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)[1]而具有重要意義. 城鎮(zhèn)污水再生利用可充分利用城鎮(zhèn)污水資源,提升我國(guó)城鎮(zhèn)水資源綜合利用效率和水平,推動(dòng)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè),是一種環(huán)境友好技術(shù)[2],符合可持續(xù)發(fā)展的理念. Bixio等[3]提出再生水利用必須符合環(huán)境,社會(huì)文化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要. 北京作為我國(guó)的首都和全國(guó)政治、 文化中心,特殊的戰(zhàn)略地位以及建設(shè)現(xiàn)代化國(guó)際大都市的目標(biāo)對(duì)北京水資源保障提出了更高要求. 而水資源的嚴(yán)峻形勢(shì)也迫使北京市政府作出戰(zhàn)略應(yīng)對(duì),再生水利用日益變得重要,2010年北京市再生水利用達(dá)6.8億m3,占城市水資源供應(yīng)的20%[4].

　　再生水利用工程具有較強(qiáng)的外部經(jīng)濟(jì)性. 然而大多數(shù)情況,由此產(chǎn)生的環(huán)境效益因其不具有市場(chǎng)價(jià)值而難以量化. 盡管如此要論證再生水工程的經(jīng)濟(jì)可行性,評(píng)價(jià)這些環(huán)境效益的貨幣價(jià)值是必需的. 根據(jù)經(jīng)濟(jì)理論采用基于市場(chǎng)關(guān)聯(lián)假設(shè)的經(jīng)濟(jì)評(píng)估法,把非市場(chǎng)效益和市場(chǎng)效益組合起來(lái)考慮,才可以對(duì)水資源管理進(jìn)行平衡的評(píng)估,進(jìn)而形成高效和可持續(xù)的水資源管理. 傅遐齡[5]結(jié)合一個(gè)南方車(chē)輛段的實(shí)例,認(rèn)為應(yīng)從多方面入手,系統(tǒng)、 全面地評(píng)估再生水回用的效益; 呂立宏[6]對(duì)再生水利用工程規(guī)劃的實(shí)施建設(shè)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益、 社會(huì)效益做了簡(jiǎn)單的定性分析; 李健[7]結(jié)合海河流域再生水的利用現(xiàn)狀,分析了再生水利用的經(jīng)濟(jì)效益; 王國(guó)友等[8]結(jié)合重慶市的實(shí)際情況分析了該市再生水回用的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益,在假設(shè)的基礎(chǔ)上對(duì)再生水回用改變水循環(huán)的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了較為全面的分析. 多數(shù)估值研究目的是為政策決策者提供支持,但很少把生態(tài)環(huán)境價(jià)值考慮進(jìn)評(píng)估體系. 針對(duì)再生水利用帶來(lái)的無(wú)形的巨大生態(tài)環(huán)境效益常被忽略這種情況[9],本研究借助機(jī)會(huì)成本法分析了再生水利用產(chǎn)生的非市場(chǎng)、 非貨幣形式的生態(tài)環(huán)境效益,通過(guò)計(jì)算再生水回用工程中輸出的隱蔽價(jià)值來(lái)對(duì)生態(tài)環(huán)境效益量化評(píng)價(jià)[10],以期為推動(dòng)再生水利用提供理論依據(jù). 1 研究方法

　　再生水利用會(huì)產(chǎn)生一系列經(jīng)濟(jì),社會(huì)和生態(tài)環(huán)境效益,本研究主要考慮再生水利用帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境收益,包括為生態(tài)系統(tǒng)提供資源的效益、 避免環(huán)境損失的收益(減少污水排放)、 環(huán)境質(zhì)量提高的效益、 人體健康損失、 地下水補(bǔ)給與污染效益和土壤效益等. 依據(jù)以上信息,本研究構(gòu)建了再生水利用效益分析理論框架與方法,并以北京市為例估算了再生水利用工程產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效益.

　　1.1 再生水利用生態(tài)環(huán)境效益分析

　　再生水利用產(chǎn)生的資源效益可使用再生水替代新鮮水和節(jié)省肥料產(chǎn)生的市場(chǎng)價(jià)值直接評(píng)價(jià); 再生水利用產(chǎn)生的環(huán)境效益、 人體健康效益、 地下水的效益,采用機(jī)會(huì)成本法分析; 研究表明再生水灌溉對(duì)土壤產(chǎn)生的效益受氣候、 土壤、 植被等多種因素影響,具有很大的不確定性,一方面再生水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可在一定程度上改善土壤健康狀況,另一方其有害物質(zhì)如鹽、 重金屬等在土壤中累積,其正負(fù)效益大致相當(dāng)[11,12],本研究不做分析.

　　(1)再生水的資源效益 由于再生水回用于沖廁,綠化等用途,節(jié)省了相當(dāng)量的自來(lái)水; 用于農(nóng)業(yè)灌溉,則提供了肥料. 這部分效益可用式(1)計(jì)算:

　　式中,B11為節(jié)省自來(lái)水的價(jià)值; Tp,i為i種用途自來(lái)水的價(jià)格; Wp,i為相應(yīng)的再生水價(jià)格; Qi為再生水第i種用途的用量; B12為提供肥料的價(jià)值; Qirr為再生水灌溉量; Cf為再生水中肥料f的含量; Pf為肥料f的價(jià)格.

　　(2)再生水利用的環(huán)境效益 主要包括減少污水排放的效益,當(dāng)?shù)丨h(huán)境改善的效益.

　�、傥鬯疁p排效益. 污水排放會(huì)帶來(lái)環(huán)境負(fù)外部性,實(shí)施再生水利用工程阻止污水排入城市水體可避免這一負(fù)外部性而產(chǎn)生效益. 為了定量評(píng)價(jià)減少污水排放的效益,可以用節(jié)省的排污費(fèi)替代這部分效益,國(guó)家環(huán)保部規(guī)定了排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法[13]:

　　式中,φi為單位污染當(dāng)量的排污費(fèi); ρi為污染物i的濃度; Q為再生水總量; ni為污染物i的污染當(dāng)量值; x為污染物的種類(lèi)數(shù).

　�、诃h(huán)境改善效益. 當(dāng)?shù)丨h(huán)境改善的收益從兩方面獲得,一方面阻止了污水排放造成的環(huán)境污染,另一方面由于使用再生水增加了綠化覆蓋面,補(bǔ)給了人工池塘、 湖泊,改善了當(dāng)?shù)鼐用裆�存環(huán)境. 分別計(jì)算這兩方面收益非常困難,可以作為一個(gè)整體收益考慮,等價(jià)于再生水中污染物沒(méi)有進(jìn)入收集處理系統(tǒng),直接排放造成環(huán)境污染,要去除這些污染物的花費(fèi)[14]. 通過(guò)機(jī)會(huì)成本法[15],這部分收益可用式(3)表示:

　　式中,hi為去除單位質(zhì)量污染物i的花費(fèi).

　　(3)人體健康效益 再生水利用于市政、 綠化、 園林補(bǔ)給,攜帶的病原微生物會(huì)以氣溶膠形式傳播,或直接接觸人體,增加了人體接觸病原的幾率,增加致病幾率. 因而這部分收益是負(fù)的,根據(jù)胡大鏘[16]的研究，健康損失用式(4)計(jì)算:

　　式中,Lt為某種疾病第t年水污染健康損失; P0為計(jì)算基年的人口數(shù),這里按一年間北京市暴露于公園等景觀水體的人數(shù)計(jì)算; m為計(jì)算期; λ為當(dāng)?shù)厝丝诘淖匀辉鲩L(zhǎng)率; T為因水污染造成的發(fā)病天數(shù)占年工作天數(shù)的比例; D為當(dāng)?shù)匾粋�(gè)人的生命價(jià)值,可采用人的工作年齡范圍內(nèi)的當(dāng)?shù)厝司鶉?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值之和代替; y為患者的年治療費(fèi)用; ft為因水污染造成的第t年的發(fā)病率; A為因水污染造成的死亡人數(shù).

　　(4)再生水對(duì)地下水的效益 這部分效益分為兩個(gè)方面——污染地下水和補(bǔ)給地下水,再生水長(zhǎng)期灌溉,下滲污染地下水,造成負(fù)面效益,可用治理污染費(fèi)用替代計(jì)算. 再生水補(bǔ)給地下水的效益可用地下水含水層產(chǎn)水量的價(jià)值計(jì)算. 再生水對(duì)地下水影響的效益可用下式計(jì)算:

　　式中,Qd是下滲進(jìn)入地下水的再生水量; C是再生水中N的含量; k是再生水中N淋溶到地下水的比例; l是地下水開(kāi)采的比重; r是地下水中氨氮的去除率; P是氨氮的單位去除成本; Qr是用于補(bǔ)給地下水的再生水量; V是地下水資源費(fèi).

　　再生水利用的總效益為:

　　1.2 案例分析 本研究選取了北京市2010年再生水回用工程,開(kāi)展其再生水利用生態(tài)環(huán)境效益的評(píng)估. 北京市2010年再生水年利用量達(dá)6.8億m3,置換了大量清潔水源. 其中工業(yè)領(lǐng)域利用再生水1.4億m3,農(nóng)業(yè)領(lǐng)域利用再生水3億m3,城市市政雜用方面利用再生水0.3億m3,河湖水系等環(huán)境用水方面用水2.1億m3[17]. 通過(guò)文獻(xiàn)資料收集相關(guān)數(shù)據(jù),對(duì)本研究中定義的再生水效益進(jìn)行逐項(xiàng)評(píng)估. 2 結(jié)果與討論

　　2.1 資源效益

　　不同再生水用途其水肥資源收益不同. 表 1總結(jié)了北京市2010年再生水各種用途提供資源的收益. 基于水價(jià)差和再生水利用量,從工業(yè),市政雜用和環(huán)境方面節(jié)省自來(lái)水的收益分別為7.29、 1.44和0.672億元人民幣(表 1). 鑒于農(nóng)業(yè)灌溉的實(shí)際情況,在再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)省的效益中本研究只考慮節(jié)省的提水費(fèi). 在北京大約有36 700 hm2再生水灌溉區(qū)域,根據(jù)實(shí)地調(diào)查,每年抽取地下水用作農(nóng)業(yè)灌溉的動(dòng)力成本大約是600元 ·hm-2,農(nóng)業(yè)用再生水的起升高度為2~3 m,平均2.5 m,而平均地下水位深度是22.9 m[4],再生水替代地下水使用于農(nóng)業(yè)可減少89%的動(dòng)力消耗,這部分收益為0.195 8億元. 根據(jù)式(1)把4種類(lèi)型的再生水節(jié)水收益(農(nóng)業(yè)利用為節(jié)省動(dòng)力)綜合起來(lái),總效益B11為9.601 8億元.

　　表 1 2010年再生水各種用途的提供水資源收益

　　再生水中含有N、 P等營(yíng)養(yǎng)元素,用于農(nóng)業(yè)灌溉可減少作物對(duì)肥料的需求. 依據(jù)北京市水源六廠的三級(jí)處理出水水質(zhì),N、 P的平均濃度是14.71 mg ·L-1和1.53 mg ·L-1[18]. 因此,2010年北京市再生水灌溉可提供約4 413 t氮和459 t磷,相當(dāng)于9 593 t尿素和7 009 t過(guò)磷酸鈣. 每噸尿素和過(guò)磷酸鈣市場(chǎng)價(jià)格是2 300元和478元,因而,再生水節(jié)省肥料的收益B12是0.254 1億元人民幣.

　　2.2 環(huán)境效益 2.2.1 污水減排的效益

　　污水排放減少導(dǎo)致的收益可以通過(guò)計(jì)算相應(yīng)減少的排污費(fèi)來(lái)代替. 按照我國(guó)實(shí)行的排污費(fèi)征收辦法[13],對(duì)向水體排放污染物的,按照排放污染物的種類(lèi)、 數(shù)量以污染當(dāng)量計(jì)征污水排污費(fèi),每一污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)[式(2)中的φi]為0.7元. 排放污染物的污染當(dāng)量值參照環(huán)保部規(guī)定(表 2),馮運(yùn)玲等[19]對(duì)北京的再生水廠進(jìn)行了調(diào)查,確定了出水中污染物的濃度[式(2)中的ρi,見(jiàn)表 3],于是再生水中各種污染物的污染當(dāng)量[式(2)中的ni]就可以相應(yīng)地獲得. 在征收污水排污費(fèi)時(shí)按污染當(dāng)量數(shù)從多到少的順序取其前3項(xiàng),故對(duì)本研究來(lái)說(shuō),只考慮SS、 COD和NH+4-N. 根據(jù)式(3)得出減少污水排放的收益是0.339億元.

　　表 2 2010年北京再生水的污染當(dāng)量

　　表 3 污染物去除成本參數(shù)　　

　　2.2.2 環(huán)境質(zhì)量改善的效益

　　環(huán)境質(zhì)量改善的收益可通過(guò)機(jī)會(huì)成本法獲取[式(3)],即環(huán)境質(zhì)量提高的總收益B22等同于污染控制和環(huán)境修復(fù)的花費(fèi),計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表 3,其中計(jì)算單位質(zhì)量污染物的去除成本hi取自李俊奇等[20]的研究,污染物i的濃度ρi取自馮運(yùn)玲等[19]的研究. 據(jù)以上相關(guān)信息,環(huán)境質(zhì)量改善的收益估算為3.52億人民幣.

　　2.3 人體健康效益

　　人體健康效益表現(xiàn)為再生水中致病物質(zhì)通過(guò)直接或間接途徑引起人體急慢性疾病,人患病后治療和休養(yǎng)所需的治療費(fèi)、 工時(shí)損失費(fèi)和死亡的經(jīng)濟(jì)損失,其效益可通過(guò)式(4)進(jìn)行估算. 北京市一年暴露于公園湖泊等景觀水體的人數(shù)為200萬(wàn)人次[21]. 2010年全市醫(yī)療機(jī)構(gòu)平均住院日為13.7 d,加上門(mén)診天數(shù)和休養(yǎng)時(shí)間,發(fā)病天數(shù)取15 d. 工作天數(shù)取250 d,則因水污染造成的發(fā)病天數(shù)占年工作天數(shù)的比例[式(4)中的T]為0.06,計(jì)算期是1 a,人口的增長(zhǎng)則不用考慮了. 北京市一個(gè)人的生命價(jià)值[式(4)中的D]可采用人的工作年齡范圍內(nèi)的人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值之和代替,2010年北京人均GDP為80 000元,工作年限是35 a,則D值為280萬(wàn)元. 根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息[22,23],患者的年治療費(fèi)用y約為1.21萬(wàn)元,因水污染造成的第t年的發(fā)病率ft取1%,因水污染造成的死亡人數(shù)A取10(表 4). 根據(jù)以上相關(guān)信息,再生水利用產(chǎn)生的負(fù)面人體健康效益約是-3.66億元.

　　表 4 評(píng)價(jià)2010年北京再生水利用對(duì)健康影響的參數(shù)

　　2.4 地下水影響的效益

　　2.4.1 地下水污染的效益

　　只有農(nóng)業(yè)灌溉、 園林綠化和補(bǔ)給河湖的再生水才向地下下滲,故再生水利用對(duì)地下水的影響只考慮這些方面. 再生水中的N進(jìn)入地下水造成水質(zhì)下降的損失等價(jià)于恢復(fù)水質(zhì)的成本,可通過(guò)式(5)進(jìn)行計(jì)算. 2010年北京市農(nóng)業(yè)灌溉、 園林綠化和補(bǔ)給河湖的再生水量Qd為5.1億m3,平均N濃度為14.71 mg ·L-1[18],再生水中共有7 502 t的N. 根據(jù)文獻(xiàn)[24],大約1%的N(75.02 t)會(huì)下滲入地下水中. 如果每年地下水產(chǎn)量l的55%被提取為市民供水[25],含水層中41.26 t的N將被去除. 李燁等[26]發(fā)現(xiàn)北京的地下水總氮中氨氮超標(biāo)率為24.1%~62.0%,那么平均43%抽出地下水中的N即17.74 t需要被除去以達(dá)到飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),17.74 t的N等價(jià)于22.81 t NH+4-N,NH+4-N的去除成本P是23.82元 ·kg-1. 由式(5)得出地下水污染的效益為-54.3萬(wàn)元.

　　2.4.2 地下水補(bǔ)給的效益

　　北京地區(qū)大部分是不透水層,補(bǔ)給條件不太理想,水下移很少見(jiàn). 北京供水重要來(lái)源的永定河沿西北地質(zhì)斷層線流動(dòng),是北京盆地地下水主要的補(bǔ)給區(qū). 據(jù)統(tǒng)計(jì)資料每年有1.2億m3的再生水供給永定河[27],其中地下水補(bǔ)給量大約為1.0億m3[28],則每年向地下補(bǔ)給水量為1億m3,地下水使用的平均收費(fèi)為2元 ·m-3,故地下水補(bǔ)給的效益為2億元.

　　2.5 生態(tài)環(huán)境總效益

　　綜上計(jì)算得出2010年北京再生水利用帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境效益為12.0億元,其中再生水替代新鮮水的資源效益占比最大,環(huán)境改善效益和地下水補(bǔ)給收益也較大,其余效益較小或?yàn)樨?fù)(見(jiàn)表 5). 再生水利用的生態(tài)環(huán)境效益是1.76元 ·m-3,大約為售水收入的1.8倍(北京市再生水價(jià)格為1元 ·m-3). 生態(tài)環(huán)境效益對(duì)推動(dòng)再生水利用提供了額外的刺激. 在另一方面,再生水利用造成對(duì)公眾健康的負(fù)效益(健康損失為3.66億元)不容忽視,它往往成為阻礙再生水利用工程實(shí)施的最大障礙.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　表 5 再生水效益 1)

　　3 結(jié)論

　　(1)北京市2010年再生水利用量達(dá)6.8億m3,用于農(nóng)業(yè)、 工業(yè),生態(tài)景觀,市政雜用等各個(gè)行業(yè)或部門(mén),減少了對(duì)常規(guī)水資源供給的負(fù)荷,減少了環(huán)境污染負(fù)荷,產(chǎn)生了資源效益以及其它生態(tài)環(huán)境效益. 本研究以北京市為例對(duì)再生水利用的生態(tài)環(huán)境效益進(jìn)行了系統(tǒng)分析,包括提供資源效益、 環(huán)境改善效益、 再生水對(duì)公眾健康的效益及地下水的效益. 結(jié)果表明,再生水利用帶來(lái)的巨大生態(tài)環(huán)境效益達(dá)12.0億元,為其直接售水經(jīng)濟(jì)收益的1.8倍,其中資源效益占據(jù)最大比重,說(shuō)明再生水的首當(dāng)屬性是資源屬性; 環(huán)境效益也非常明顯,說(shuō)明再生水是環(huán)境友好型技術(shù); 地下水的效益也相當(dāng)可觀，說(shuō)明再生水可作為地下水的穩(wěn)定補(bǔ)給源; 對(duì)人體的效益為負(fù)說(shuō)明需提高再生水的暴露風(fēng)險(xiǎn)管理水平.

　　(2)本研究探索構(gòu)建了再生水利用生態(tài)環(huán)境效益的評(píng)價(jià)體系. 再生水利用對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一系列的正面或負(fù)面的影響,需引入機(jī)會(huì)成本法才可量化評(píng)價(jià)這些非市場(chǎng)的效益,并對(duì)生態(tài)環(huán)境效益的計(jì)算考慮到了資源稀缺和環(huán)境污染這些重大典型的外部性問(wèn)題. 研究發(fā)現(xiàn)再生水利用是一項(xiàng)符合可持續(xù)發(fā)展的重大舉措. 再生水工程的實(shí)施必須要考慮到再生水利用所帶來(lái)的外部性即生態(tài)環(huán)境效益,北京市的再生水利用可以為其他城市再生水利用事業(yè)發(fā)展提供參考.（來(lái)源及作者：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 范育鵬、陳衛(wèi)平）