1.文章亮點
回顧了日本自20世紀50年代末以來的水回用發展歷程
介紹了日本再生水的主要利用途徑及其限制性因素
以革新科技核心項目（CREST）為例展望了再生水生產工藝的未來發展
2. 研究內容簡介
污水再生利用已成為世界各國緩解水資源短缺、改善水環境質量的有效途徑。日本人均淡水資源量（約3300m3/年）短缺，不到世界平均水平（約7800m3/年）的一半，經濟可持續發展面臨巨大挑戰，在人口集中的城市和地區尤其突出。自上世紀50~70年代經濟快速增長時期，日本主要城市逐步開展了污水再生利用。
在初期階段，日本再生水用途以沖廁和景觀利用等為主。例如，東京在部分街區或個別建筑物內將再生水用于景觀灌溉和廁所沖洗（圖1）。
圖1 東京新宿西區的污水再生利用系統-來自原文
在第二階段，日本污水再生利用的主要目的是改善水環境質量。20世紀80年代，城市化導致市區河流水量急劇減少，再生水成為日本城市河道的重要補給。東京是日本第一個使用再生水補充干流和恢復河流水環境的城市。
在第三階段，日本再生水用途拓展至工業生產和農業灌溉。此外，日本面臨頻繁的地震等自然災害，限制供水的情況屢屢發生。污水再生利用系統是此類緊急情況的重要解決方案。
目前，日本污水再生利用的范圍仍然十分有限。在污水再生設施方面，日本僅有176個污水處理廠設有污水再生處理設施，比例為8%。在再生水用途方面，再生水多用于河道補給，占再生水重量比例35%（圖2）。
圖2 日本再生水回用用途分布-來自原文
日本再生水利用主要面臨兩點限值因素。一是缺乏嚴格、全面的再生水質量標準。盡管日本在2005年就制定了再生水水質標準，然而該標準并未包含化學品和病毒等指示指標，再生水的水質安全無法得到保障。二是污水再生處理設施能耗高。與傳統飲用水處理相比，再生水的生產成本還較高。因此，有必要根據再生水用途，提出并開發合適的水回收處理工藝。
2010年至2015年間，日本開展了革新科技核心項目（CREST），旨在發展膜技術與臭氧氧化技術相結合的高效節能再生水深度處理工藝。CREST評價了混凝+UF、UF+UV、UV+納濾（NF）、UV+反滲透（RO）和陶瓷MF+臭氧氧化等工藝（圖3）對污染物和病毒的去除性能、產水的水質風險及工藝能耗。CREST研發了超濾+紫外線（UF+UV）再生水生產工藝，并建立了再生水農業回用的示范工程。與California Title 22污水再生利用標準相比，該工藝去除可在中試規模上以較低的成本和能耗實現>5.2log的病毒去除。CREST項目中使用的風險評估和能耗評估方法為ISO 20426:2018（即再生水非飲用回用的健康風險評估和管理指南）和ISO 20468標準的制定提供了重要參考依據。
圖3 Title 22污水再生利用標準中的示范工藝（a）和CREST項目中選擇的工藝（b）示意圖-來自原文
日本學術機構和企業的研究團隊一直致力于開發高效低耗的污水再生利用技術，其中一些技術仍處于實驗室開發階段。除了成本和能耗問題外，抗生素抗性菌（ARB）和抗生素抗性基因（ARG）也是未來污水再生利用中面臨的重要挑戰。
3. 重要結論
日本長期致力于非飲用回用再生水技術工藝開發和利用實踐，主要用于廁所沖洗、城市河道補充和景觀灌溉。但是，由于再生水質量標準不完善，再生水設施能耗高，日本的再生水利用仍然有限。因此，2010年至2015年間，日本實施了革新科技核心項目（CREST），旨在開發膜技術和臭氧氧化技術相結合的高效再生水生產工藝。通過對工藝性能和經濟可行性的綜合評估，發現UF+UV工藝能夠以較低的成本去除病毒，從而實現再生水農業利用，相應的研究成果為ISO 20426:2018和ISO 20468等標準的制定提供了重要參考依據。
5. 論文第一/通訊作者簡介
Haruka Takeuchi助理教授：日本京都大學 環境質量管理研究中心
6. 資助信息
本文介紹的水資源再利用項目得到了日本科學技術廳（JST）的革新科技核心項目（CREST）“可持續用水研究創新技術和系統”資助，以及日本國土與基礎設施管理研究所（NILIM）的動態方法突破污水高科技（B-DASH）項目的資助。
7. 原文信息
8.原文鏈接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666445320300027#!
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