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区域水循环经济体系的内涵及意义我国是一个缺水国家,北方尤甚。
北方地区不仅存在资源禀赋意义上的水资源短缺,而且水环境生态功能退化而导致的“水质性”缺水问题也日益严峻。以海河流域为例,2012年海河区水质为劣,Ⅰ~Ⅲ类水河长比例为34.6%,劣Ⅴ类水河长比例为46.1%。“水质性”缺水威胁人类身体健康,增加了处理费用并带来了新的水质安全威胁。
为破解经济发展和水资源短缺、水环境污染三者之间的矛盾,同时平衡工业、市政和生态环境用水三者需求,我们需要构建新型的区域水循环经济体系。所谓区域水循环经济体系是建立在循环经济发展理念下的一种水资源利用模式,按照“减量化、再利用、再循环”3R原则开展生产与消费环节的节水减排、污水再生处理以及再生水生态利用,构建区域经济尺度上水社会循环与自然循环的有机衔接和耦合体系,促进水资源的节约利用、高效利用和循环利用以及水生态系统的健康安全。
区域水循环经济体系区别于传统体系的重要之处在于强化了水的生态再生利用。传统水循环体系中,再生水的不同用途相互独立,利用效率不高,其社会循环利用和生态利用难以兼顾,同时忽视了再生水的自然属性,导致水质安全难以保障且公众难以接受。区域水循环经济体系强化了水生态再生环节,主要措施包括建设人工湿地、河道工程等,将工程处理后的再生水通过这些生态工程进一步实现区域生态再生,从而促进再生水的河流、湖泊、湿地等生态利用与水质净化和水质安全保障。
区域再生水的利用体系的构建可以充分结合该流域污水处理厂、人工湿地以及结合湿地形成的近自然生态系统,发挥它们在水质净化过程中的作用和生态储存的功能。再生水在近自然生态系统的进一步处理与储存可以提高再生水的生态安全性能,形成提升城市景观生态形象的生态景观带,增加再生水在自然界中停留时间,实现了再生水的生态安全回用以及与城市景观的有机结合。以此理念构建的区域再生水循环利用体系,可以实现多目标多层次再生水的回用,缓解流域水资源短缺以及开采率过高问题,减少了入河污染物的排放量,实现了水生态、水污染治理与水资源的协调统一及有机融合。
山东徒骇河、马颊河流域水循环经济体系实践
山东省自“十一五”期间就倡导推行“治、用、保”治污体系来进行水循环经济体系的建设,如图1所示。
徒骇河、马颊河流域主要城市聊城市、德州市“十二五”期间积极完善“治用保”流域治污体系,把污染源治理、废水集中深度处理、再生水区域循环利用体系构建和人工湿地等生态工程建设相结合,以污水处理工程的保障废水收集和再生,以再生水区域循环体系的构建保障水资源的节约和污染物的减排,以湿地等生态工程的建设作为生态环境改善、景观效果提高的有效途径,实现流域水环境质量的持续改善。2013年、2014年聊城市和德州市分别代表山东省参加了国务院组织的《重点流域水污染防治专项规划年度实施情况考核》,取得了海河流域第一名,也是全国9大流域第一名的好成绩。
2012年徒骇河、马颊河流域直接或间接排入的城市污水处理厂共17座,该年度污水处理厂处理量约为70.5万m3/天,再生水回用量约为13.6%,其中4.7%为工业回用,8.9%为景观回用。流域内再生水利用模式单一,流域内污水处理厂再生水利用主要集中在景观环境、工业用水的再生利用,没有形成区域层面上再生水利用的模式。2012年流域内再生水管线较少,仅少数的工业再生水大用户铺设了再生水管线。基础设施的滞后更加制约了再生水的进一步利用。除此以外,流域内再生水的使用缺少政策激励以及政府引导。
徒骇河、马颊河流域实现再生水的区域循环利用具有得天独厚的条件。首先,流域内的城市污水处理厂目前均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准,具备了再生水回用的条件;其次,每个城市污水处理厂均建有人工湿地进行进一步净化处理,这既可以进一步提升水质,又可以和当地景观建设相结合,起到保障水质安全的屏障作用。针对徒骇河、马颊河流域再生水现状及存在的问题,结合流域发展现状,构建高效、安全、经济的区域再生水利用体系是流域再生水利用发展的方向。
茌平县城区再生水循环利用构建案例
茌平县位于聊城,位居百强县第75位,工业经济发达(2014年数据)。2011年,茌平县污水再生利用率很低,其次工业用水地下水取用比例较高(达75%),工业废水排放量占总排放量的74%。;城区主要河流生态受损,水体自净能力较弱,城区内部分支流河道断流,河道连通性较差,部分河道之间缺乏有效的连通和互动;城区规划中的环城水系还未联通,城区生态用水缺乏,水生态环境状况整体需要改善,水循环利用系统尚未形成。
针对茌平县存在的水环境问题,结合茌平规划中环城水系的建设、规划中金牛湖(茌平县城区工农业用水水源地)的建设,以及茌平县供水现状、用水现状、排水现状,提出以城市污水处理厂稳定达标排放为基础,以人工湿地、环城水系等为水质安全保障措施,以保护茌平县域地表水环境、构建城区宜居生态环境为核心目标,以再生水梯级利用、多元化利用为节约水资源手段,构建茌平再生水循环体系(如图2所示)该方案涵盖了茌平县城区“十二五”期间主要的环保及城建基础设施建设项目:茌平第一污水处理厂、第二污水处理厂升级改造项目、茌中河人工湿地工程、环城水系建设项目、金牛湖工程、工业再生水利用工程等。茌平第一污水处理厂、第二污水处理厂出水汇集后进入深度处理工程稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准。污水处理厂深度处理的出水进入城市污水处理厂后潜流湿地和茌中河河道走廊人工湿地,经湿地进一步处理后的水回用于规划建设的环城水系,改变环城水系单纯以黄河水作为补充水源的规划。将环城水系建设为环城水生态功能景观带,通过生态系统增加水体在自然生态系统中的循环,最后流入金牛湖,作为茌平县工农业补充水源。该方案实施后城区水量平衡见图3(以2011年数据为基础进行预测)。
该方案主要特点如下:
(1)再生水的安全生态利用
该方案的显著特点是再生水的安全生态利用,即污水处理厂再生水经过湿地系统处理、环城水系处理与存储再进入金牛湖。近自然生态系统的进一步处理与储存可以提高再生水的安全生态性能。
(2)再生水梯级、多元化回用
再生水的梯级、多元化回用是该方案的另一大特点。茌平污水处理厂部分再生水直接回用于电厂作为循环冷却水,其余再生水进入茌中河人工湿地工程及环城水系,进一步得到处理的同时也作为城市景观生态用水,增加了再生水在自然水体中停留时间及生态安全性,同时环城水系作为县城区工业用水水源、农业用水水源、市政浇洒及绿化用水,实现区域内再生水的梯级利用和多元化回用。
(3)水生态、水污染治理与水资源的协调统一
关键词:水资源再生水产业发展
中图分类号:TV文献标识码: A 文章编号:
再生水又称“再生水”,是指污水经适当处理后,达到一定的水质指标,满足某种使用要求,可以进行有益使用的水。
再生水一般为污水处理的二级处理,具有不受气候影响、不与临近地区争水,就地可取,稳定可靠等优点。
一、国外再生水利用现状
日本:日本从80年代起大力提倡使用再生水,并在上水道和下水道之间,专门设置了再生水管道。而且为了鼓励设置再生水道系统,日本政府制定了奖励政策,通过减免税金、提供融资和补助金等手段大力加以推广。
美国:美国水资源总量较多,城市再生水利用工程主要分布于水资源短缺、地下水严重超采的加利福尼亚、亚利桑那和佛罗里达等州。目前,美国已有25个州通过了再生水回用有关规章制度,其中16个州推出了具体的指导方针。
二、国内再生水的利用现状
目前,国内再生水回用已经得到广泛应用,现以北京、宁波、昆明等地的工程实例为例,从设计供水能力、出水主要用途以及再生水水价等方面对再生水回用进行调研。
各地再生水运营公司基本情况
2.各地自来水和再生水水价比较
各地水价和再生水水价
三、推动再生水行业不断前进的原因
1、水量需求不断增加。人口不断增长使世界性的水荒在不断蔓延,这点在发展中国家最为突出。在这种形势下,必须开发新的水源,而污水再生利用因为其诸多优点,越来越被认作是一种重要的水资源。
2、水资源逐渐减少。近些年来由于干旱频发,致使国内水资源急剧下降。污水再生利用现在已经被认为是解决气候变化导致的水资源严重短缺问题的一种可能的解决方案。
3、环境政策日趋严格。由于水体的接纳能力有限,需要对污水厂的出水水质进行严格的控制和实行严格的出水排放标准。4、经济所需。对于工业用户来说,现在生产用水消耗成本已经很高,使用再生水进行生产会获得更大的收益,再生水的利用会节省大部分资金。
5、严格的水资源管理制度。2010年底,总理签署了2011年1号令中第二十三条提到,完善水资源管理体制。强化城乡水资源统一管理,对城乡供水、水资源综合利用、水环境治理和防洪排涝等实行统筹规划、协调实施,促进水资源优化配置。
四、临沂再生水推行的必要性和可靠性
1、必要性
随着经济发展和城市化进程的加快,城市需水量不断增高,城市缺水问题尤为突出。根据《临沂市城市专项规划》规定,我2015年我市中心城区建成区面积为220万平方公里,人口规模为220万人,GDP总额为4200万元,城市用水总量控制在2.5亿立方米以内;2020年我市中心城区建成区面积为290万平方公里,人口规模为290万人,GDP总额为7000万元,城市用水总量控制在3.3亿立方米以内。面对水资源短缺和水环境污染的问题,为了保证我市社会和经济的可持续发展,我们必须抛开传统方式寻找水源,大力发展再生水行业,置换自来水等新鲜水源,并且做到优水优用,对于有效缓解水资源矛盾,促进临沂经济社会的可持续发展都非常重要。
2、可行性
开辟新水源的途径主要有:降水的收集和利用、跨流域引水、海水的利用、城市污水资源化。它们各具以下的优缺点:
各种开辟新水源途径的优缺点
通过对比各种开辟新水源的途径,我市推行再生水回用已经具备了制水成本低和技术成熟度高的可行性。再生水回用可以减少污水的排放,减少水体的污染,促进水环境的良性循环,有利于区域环境的综合整治。
五、临沂再生水推行过程中的存在问题
1、财政的支持力度不够
再生水的工程建设投资额度大、运行成本率高于平均供水价格,目前国家还缺乏财政投资或补贴等相关鼓励政策,我市的财政支持力度更低。
2、水价机制不合理
目前,我国水价形成没有充分起到对水资源供需关系的调控作用,城市供水水价、污水处理及再生利用收费之间尚未形成合理的比价关系。而且,污水处理收费标准不高,收费率低,不足以补偿设施的投资和运营成本。可见水价已经成为阻碍再生水事业发展的制约因素。
3、管网建设困难
管网建设方面,再生水回用工程建设普遍晚于自来水系统,由于以前的市政管道建设时未能预留管道位置,开展再生水回用必然要求建设另一套给排水系统,在新的建筑区建设比较容易,在旧的建设区总建设需要破路施工,推行难度较大,如何将再生水输送给用户成为一大难题。
4、公众认识不足
由于对再生水利用的宣传力度还不够,大部分民众对再生水了解还有待提高,对再生水利用的重要性认识不足。部分用户一提再生水就和污水联系起来,认为再生水是由污水作为原水进行处理的,里面含有大量的细菌和病毒,存在抵触心理。
六、临沂再生水推行过程需要解决的问题
1、采取积极的财政政策
我市要研究制定和出台鼓励非常规水资源利用的优惠政策,不断健全产业标准体系,加大政府对再生水供水企业的监管,保障非常规水资源相关产业健康稳定地发展。
2、成立专业的再生水运营公司
所谓的再生水运营公司,是指从事再生水处理和利用的公司,是再生水利用领域具有建设、开发和经营的经济实体,是管理科学、技术密集、具有现代化管理机制的新兴环保型、科技型、公益型、资源型企业。主要从事城镇供水、排水、污水处理、再生水利用项目的建设、经营;市政公用设施的项目管理、养护;水处理工艺设备的研发、安装、调试、运行等,是专业从事再生水利用项目建设、生产、运营、销售的新兴环保型、科技型、公益型企业。
3、制定合理的水价
要根据全国已经开展再生水回用城市的情况,结合临沂本地实际,物价部门要联合建设、环保部门制定合理的再生水水价。合理的再生水价格机制能够对再生水的需求产生巨大的推动作用,对提高水的重复利用率具有重要意义。工业用再生水的价格,可以根据具体情况实行反阶梯式计量水价,使用再生水量越大,使用原水水量相对减少,价格相对越低。
4、集中处理和分散处理相结合
污水集中式建设是指建立大型污水处理厂,将较大范围内的污水统一收集再处理。污水分散式建设是指在相对较小的区域范围内建设中小型污水处理厂。分散式污水处理及回用集成技术已经成为集中处理方式的一种有益而必须的补充措施。采用分散式和集中式相结合的模式,是实现“全收集,全处理”的有效解决方案,有利于提高污水处理率,加快城区水环境的改善。将进一步将处理后的再生水作为市政用水,则可大大缓解城市水供应紧张的局面。
5、一水多用
采取一水多用、串联用水、循环用水等方式,加大再生水和非常规水的使用比例。居民的生活废水和工厂的污水则进入已经建成并投入使用的再生水处理厂,进行集中处理,被处理后的再生水用于冲马桶、清洁路面等等。
6、发挥监督部门的职能作用
市城市节约用水办公室和各区市城市节约用水行政主管部门应当加强对再生水水质的监督和监管,每季度对水质进行抽检,并将检测结果向社会公布。
7、加强宣传,普及知识
关键词:再生水;灌溉;果岭土壤;金属离子;营养元素
中图分类号:G 849.3;S 273.5 文献标识码:A 文章编号:1009-5500(2013)05-0033-07
收稿日期:2013-08-21; 修回日期:2013-09-30
基金项目:公益性行业科研专项经费项目(201310289-2);奥林高尔夫教育与研究专项基金(AL2013007)资助
作者简介:贾哲峰(1985-),男,河北邢台人,硕士研究生。
E-mail:
常智慧为通讯作者。
再生水(recycled water,RW)是对污废水(城镇生活污废水、工业污废水)进行适当的净化处理后,达到一定的水质标准,满足某种使用功能要求,可应用于各种生产、生活的水[1]。由于我国绿地面积逐渐扩大[2],传统水资源(地表水、自来水)日益紧缺,开发利用再生水已成为我国支撑社会经济可持续发展的水资源保障体系的一项重要战略对策,是除“节流”等措施之外,“开源”方面转移式发展的具体途径之一,具有显著的社会、生态和经济效益[3]。但是再生水中丰富的N、P等营养元素、较高的全盐含量、多种毒性痕量物质以及病原体可能会成为新的污染源。目前,众多研究为再生水灌溉绿地提供科学依据与指导,尤其在再生水灌溉对绿地植物和绿地土壤两方面的研究相对比较透彻[4-10]。使用再生水分别灌溉草坪草和乔灌木,研究结果表明与清水灌溉相比,土壤pH有升高趋势,但二者之间的差异不明显[11]。相比清水灌溉,再生水灌溉后土壤电导率或全盐量显著性增加,随着灌溉时间的增加,盐分开始积累[12]。长期使用再生水灌溉绿地后土壤会产生一些变化,如土壤盐分、重金属含量的升高,盐碱化的加重,土壤板结,渗透率下降等问题,进而对植物生长造成一定的影响[13,14]。
随着我国高尔夫球场数量逐年增加,再生水也越加广泛用于高尔夫球场草坪[15],高尔夫球场草坪需水量较大,尤其是果岭草坪作为高尔夫球场养护管理最精细的区域几乎每天都需要灌溉[16]。果岭具有独特的砂质坪床结构[17],透水透气性良好,利用再生水灌溉时,对草坪土壤形成的影响与普通绿地不同。国内外有关再生水灌溉高尔夫果岭对草坪土壤影响的研究并不多,因此,试验选择用再生水灌溉果岭草坪,通过对草坪土壤的分析,研究再生水灌溉对高尔夫果岭土壤的影响。
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.1.1 试验区概况 试验地位于北京市昌平区马池口镇白浮村北京林业大学草坪研究所试验站。地理位置N 40°20′,E 116°22′E,属于温带季风区,暖温带大陆性季风气候,年平均气温为11.8 ℃,7月平均气温25.8 ℃,1月平均气温-4.1 ℃,年均降水量550.3 mm,年均日照时数2 720 h,无霜期163 d,≥10 ℃有效积温3 485 ℃。2008年9月按照United States Golf Association推荐的果岭建造方案建造果岭[17],果岭剖面共分为4层,从下到上分别为:排水管层、砾石层、粗沙过滤层、根系层;排水管层厚30 cm,中间埋设有孔的PVC管,其余由直径为6~12 mm的砾石填充;砾石层厚10 cm,粗沙过滤层厚度为5 cm,全部由沙粒组成,直径为1~4 mm;根系层厚30 cm,由沙粒和草炭混合组成,直径为2 mm以下(图1)。
图1 果岭坪床结构
Fig.1 Turf-bed structure of green
果岭的整体面积370 m2,草种选为匍匐翦股颖(Agrostis stolonifera),品种为PENN A4,2009年5月建成后果岭整体进行常规管理,2010年4月1日试验在此果岭上进行,试验小区除人工浇灌再生水和表施基质外其他管理措施和试验区之外相同,试验2011年11月结束。
1.1.2 试验灌溉用水 试验选取自来水、二级再生水、三级再生水3种灌溉水。二级再生水是指使用生物法作为主要处理工艺,去除一级处理水中呈胶体和溶解态的有机污染物质(BOD),经过二级处理后,即可达到排入水体的标准。三级再生水是指使用生物脱氮除磷、反渗透、混凝沉淀、砂滤、离子交换等方法,进一步处理二级再生水中难降解的有机物质和易造成水体富营养化的可溶性无机物。
自来水是该地点的地下水井,二级再生水、三级再生水来自于北京市高碑店污水处理厂和酒仙桥污水处理厂,每月对灌溉水进行指标分析,表1为试验中9次水质分析的平均值及范围值。
1.2 试验方法
1.2.1 试验设计 试验区采用随机区组设计,设自来
表1 自来水、二级再生水和三级再生水水质
Table 1 Water quality of tap water,secondary RW and tertiary RW
另外,采取3种不同的表施管理措施,分别为草炭与石膏、湿润剂、沙子3种基质,不同表施措施下土壤背景值(表2)。试验采用3次重复,共27个小区,每个小区面积为2 m×0.8 m,间隔为30 cm(图2)。
表2 果岭土壤原土理化性质
Table 2 Soil physic-chemical characteristics of golf green
图2 小区试验设计
Fig.2 Experimental design
1.2.2 试验区管理 (1) 打孔与表施:试验开始于2010年4月1日,分别于2010年4月10日、9月1日和2011年3月22日、8月29日进行实心打孔,孔径为13 mm;每个月对试验小区表施不同的基质,表施沙子厚度为2 mm,草炭与石膏按体积比为1∶1混合后以0.25 kg/m2表施,湿润剂为2.75 mL/m2。
(2)修剪:采用滚刀型修剪机对果岭进行修剪,1~2 d修剪1次,修剪高度遵循1/3原则,修剪高度为8 mm。
(3)灌溉:依据Penman-Monteith公式,计算出蒸腾量,灌溉量=蒸腾量-降雨量,2周计算1次,确定好后用喷壶人工灌溉试验小区,2010、2011年各月的蒸腾量、降雨量与灌溉量(图3)。
(4)施肥:肥料选用Best缓释肥16-16-16和19-6-12共2种,但在草坪生长欠佳的状况下,施过尿素,具体施肥时间与施用量(表3)。
(5)病虫害防治:在果岭的整个生长季,根据病害实际情况喷施杀菌剂,选用先正达公司的草坪专用广谱杀菌剂“绘绿”(Heritage);在4、9月份喷施杀虫剂进行虫害预防,选用先正达公司的“卉健”(Meridian)。
(6)越冬:喷施杀菌剂之后覆盖上无纺布与遮阳网。
图3 不同水质灌溉下月蒸腾量、月降雨量与月灌溉量
Fig.3 Monthly transpiration,rainfall and irrigation
amount under different irrigations
表3 施肥时间与施用量
Tab.3 Fertilizing time and amount
1.2.3 土样的采集 地下15 cm土样的采集直径为2 cm的土钻,按照对角线采样法每个试验小区取5个点的土样,取出的土样放在实验室的阴凉干燥通风、无灰尘污染的地方,样品弄碎后平铺在干净的牛皮纸上,待样品自然风干后,根据试验中所需要测定的指标过1 mm,0.25 mm和0.149 mm孔径筛,然后分装到广口瓶,贴上标签放到无日光、高温、潮湿影响的地方,备测。地下2~7 cm的土样使用环刀采集,并用于土壤物理性质中容重的测定,样品处理方法与地下15 cm土样的处理相同。分别在每年的春、夏、秋3个季度进行土样的采集,时间为2010年5月30日、9月30日、10月26日和2011年4月19日、7月16日、10月5日。共选取10个指标即土壤容重、EC、速效磷、速效钾、有机质、全氮、K+ 、Ca2+ 、Na+和Mg2+。测定EC采用电导率仪法;速效磷和全氮分别采用碳酸氢钠浸提法和凯式蒸馏法;有机质采用重烙酸钾油浴法;速效钾和4种金属离子采用火焰原子吸收法。
1.2.4 数据分析 使用SPSS12.0对数据进行分析,运用单因素方差分析,结果以平均数表示。
2 结果与分析
2.1 再生水灌溉对果岭草坪土壤容重的影响
土壤容重与质地、压实状况、土壤颗粒密度、土壤有机质含量及各种土壤管理措施有关。土壤越疏松多孔,容重越小,土壤越紧实,容重越大。粘质土的容重(1.0~1.5 g/cm3)小于砂质土(1.2~1.8 g/cm3);有机质含量高、结构性好的土壤容重小;耕作可降低土壤容重。
水质处理和表施基质后果岭土壤容重的分析结果表明(表4),二级再生水灌溉处理后土壤容重在1.55 g/cm3,高于自来水和三级再生水灌溉处理,三级再生水和自来水灌溉处理差异不显著,与二级再生水处理程度较低、水质中含有杂质有关;表施草炭与石膏混合物后果岭土壤孔隙度较多,土壤容重较小为1.48 g/cm3,依次低于表施沙子和表施湿润剂,表施湿润剂和沙子间果岭土壤容重相近。自来水、二级再生水、三级再生水3种水质灌溉处理和表施草炭与石膏混合物、湿润剂、沙子3种基质后果岭土壤容重不会发生显著变化(P>0.05)。
2.2 再生水灌溉对果岭草坪土壤EC的影响
土壤溶液具有导电性,导电能力的强弱可用电导率(EC)表示。EC是测定土壤水溶性盐的指标,土壤水溶性盐含量愈高,EC愈大。而土壤水溶性盐是土壤的一个重要属性,是判定土壤中盐类离子是否限制植物生长的因素(表5)。
表4 土壤容重
Table 4 Soil bulk density
表5 土壤电导率
Table 5 Soil EC
对试验中6次取样数据做方差分析,结果表明三级再生水和自来水灌溉处理后土壤EC为0.19 dS/m和0.18 dS/m,二者未呈现显著性差异(P>0.05);而二级再生水灌溉处理后果岭土壤EC为0.38 dS/m,显著高于自来水0.20 dS/m和三级再生水灌溉处理0.19 dS/m(P0.05)。表施草炭与石膏混合物后果岭土壤EC为0.18 dS/m,而表施湿润剂和表施沙子后果岭土壤EC分别为0.19 dS/m和0.23 dS/m。草炭与石膏可以有效增加土壤孔隙度,增大渗透性有益于植物根部呼吸,降低再生水灌溉后土壤盐分的累积,减弱对植物造成的伤害。
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Institute of Beijing Forestry University,Beijing 100083,China;3.Dept.of Plant Sciences,
North Dakota State University,Fargo,ND58105,USA)
关键词:污水资源化 污水回用 污水资源化战略
中图分类号:X22文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 05-107-02
1城市污水资源化内涵
城市污水资源化又称污水回用,是将污水进行净化处理后,进行直接或间接地回用,使之成为城市水资源的一个组成部分,这样既可消除水环境污染,又可促进生态的良性循环。(翁焕新,1998)
城市污水回用作为缓解水资源紧缺,保护生态环境实现污水资源化的有效途径,根据目前城市污水回用技术的发展情况,城市污水回用的途径主要包括农业回用、工业回用、市政回川、娱乐景观水体回用等。
2 中国城市污水资源化概况
中国是世界上严重缺水的国家之一,人均水资源量仅为世界人均水量的四分之一。同时,各大城市还面临水环境污染的形势。水资源紧缺已成为制约城市社会经济发展的关键因素。城市污水资源化是解决水资源短缺的重要措施之一。据统计,我国的600余座城市,有300余座缺水量达到60*108m3/年,因缺水而减少的工业产值估计为1200亿元/年。由于我国污水处理工作起步较晚,污水资源化也是在近几年才受到广泛重视,经验较少。目前我国 再生水的用途主要为市政杂用、工业、农业、环境娱乐和补充水源水等。虽然污水资源化单项处理技术己趋于成熟化,但如何根据我国国情,运用随着科技进步不断出现的新技术、新工艺,合理地组合单项处理技术,在最为经济的条件下达到回用水水质要求,使污水资源化的技术更加合理、经济,仍有许多技术问题有待进一步研究。直接回用和间接回用是城市污水资源化的两种途径。(1)直接回用,是指人们有意识地、有计划地将经适当处理的城市污水直接回用于需水部门。(2)间接回用,是从受生活污水或工业污水污染的地表水源或地下水源取水供给各类用户使用属间接水回用,是目前世界各地最普遍采用的水回用方式。城市污水的直接回用由再生水厂通过输水管道,或其它输水设施直接送给用户使用;间接回用则由二级污水处理厂,或者再生水厂将处理后的出水直接排入水体,由用户再从水体中使用。直接回用有三种通用的模式:1)再生水厂系统敷设再生供水管网,与城市供水管网一起形成双供水系统。一部分专供工业低质用水使用,另一部分专供城市绿化和景点使用;2)由再生水厂敷设专用管道供大厂使用。这种方式用途单一,比较实用;3)大型公共建筑和住宅楼群的污水,就地处理、回收、循环再用。间接回用方式可以分为有意图间接回用和无意图间接回用。有意图间接回用是有计划地将再生水和新鲜水混合后再使用,这就取决于时间和空间的安全保证。再生水从排入水体到被利用的时间滞后,以及混合后的物理化学净化作用,使再生水在自然生态系统中获得进一步的净化。
3 污水资源化过程中存在的问题
目前我国的城市污水资源化利用取得了一些进展,但与发达国家相比,我国污水资源化无论在规模上还是涉及的领域上都存在着较大的差距,我国的污水资源化仍然有许多问题需要解决:
3.1 城市污水处理率较低
城市污水处理率偏低,是影响我国污水资源化全面启动的直接原因。2000年,我国城市污水每日排放量约位1.0109m,而污水处理率却只有20%~30%。同时,对于城市污水,我国目前的工作重点仍然是治理污染,而污水回用工程的建设投资要比污水处理工程大,所以我国许多地方很难给予污水资源化足够的重视和经济支持。因此尽快提高城市污水处理率,加速经济建设步伐,是推动污水资源化全面推广的前提。
3.2 污水处理厂选址存在问题
许多城市污水处理厂为了防止水域污染,多在城市水域的下游建立,远离市区,污水收集管网较长,造成长距离输送,没有考虑日后再生利用的发展需要。所以,缺水城市应以再生水利用为目标,优化调整污水处理设施的布局规划。
3.3 城市排水管网建设不合理
各地对城市污水的处理考虑较多的是排水管网终端的集中式处理,而对于污水流经整个城市的过程却缺少控制,尤其是在城市排水系统不健全的地区,致使一些分布于城区的沟渠水体倍受污染,日久天长这些水体也就成了名副其实的“臭水”。现在一些有条件的地区采取了“截污、清淤、引水”等治理措施,使水体在感官上有了很大的改善,但同时也破坏了水体的自净体系和功能,使水体抵抗外界污染的能力减弱。由于我国的城市排水管网较多采用的仍然是合流制管道,雨季时大量污水随雨水从截污干管的溢流井排入水体,而造成严重的污染。
3.4 污水资源化技术落后
我国城市污水再生利用技术和设备的开发难以满足快速增长的再生利用工程建设和运行管理的需求,城市污水再生利用技术缺乏集成化、综合整合、产业化和工程化,需要对已有技术不断改进和更新,加强新工艺、新流程、新技术和设备产品的研究、开发和推广应用,并注重示范性工程的研究和建设。着重解决城市污水再生利用于农业、生态、市政和工业中的水质净化技术、水质稳定技术、水质保障技术、安全用水技术、工程技术、运行管理技术和成套技术设备问题。(摘自《中国建设信息-水工业市场》)
4 新时期城市污水资源化战略
4.1建立和完善必要的政策法规,推进城市污水资源化
强城市污水再生利用法制建设和行政管理。城市应依据国家有关法律,研究制定促进城市污水资源化工程建设与运营的相关法规,引入竞争机制,建立多元化投资体制,推进市场化运营,提高效率,降低成本,促进再生水利用的发展。逐步建立合理的水价体系和用水结构,引导用水单位积极利用再生水,同时强制部分行业使用再生水。再生水定价以成本补偿及微利为基本原则,工业和非公益用水允许适度盈利。加快城市污水再生利用的综合研究,鼓励原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新,发展具有自主知识产权的再生水利用技术和产品,进一步完善工程建设标准和技术规范,为促进再生水利用提供全面支撑。
4.2 正确进行城市污水处理厂的规划和设计
城市供水和排水专项规划中应包含城市污水再生利用规划,根据再生水水源、潜在用户地理分布、水质水量要求和输配水方式,经综合技术经济比较,合理确定污水再生利用设施的规模、用水途径、布局及建设方式;城市污水再生利用设施的规划建设应遵循统一规划、分期实施,集中利用为主、分散利用为辅,优水优用、分质供水,注重实效、就近利用的指导原则,积极稳妥地发展再生水用户、扩大再生水应用范围。确定再生水利用途径时,宜优先选择用水量大、水质要求相对不高、技术可行、综合成本低、经济和社会效益显著的用水途径。城市污水再生利用系统,包括集中型系统、就地(小区)型系统和建筑中水系统,应因地制宜,灵活应用。
4.3 保障城市污水资源化的安全性
在污水资源化利用的过程中,要特别注重加强水质监测和设施维护,建立应急预案,保障供水安全。首先是卫生安全,如果要回用到工业,要保证工业品的卫生质量、工业用水系统的卫生质量。如果要补给饮用水源则更要注意饮用水源的安全性。制定再生水回用水质的标准,包括物理学标准、化学标准、生物学标准。加强对工业废水排放进城市下水道的水质控制,要特别注意含有重金属的废水和含有持久性有机污染物的废水,传统的污水处理工艺不可能去除这些持久的有机物。
5 结论
长期以来,我国城市发展主要沿用大量消耗资源和粗放经营为特征的模式,造成了环境污染和生态的破坏,成为制约社会发展的重要因素。当务之急是,加快城市污水处理设施建设的步伐,加快污水收集管网配套能力,为污水资源化创造必要的条件。规划建设污水处理设施,要以实现污水综合利用为目标,同步规划和建设污水再生利用设施。合理确定污水处理厂的规划布局、处理规模和工艺方案,促进污水处理和资源化利用的协同发展。
参考文献:
[1]李丹.沈阳市城市污水资源化研究[D].辽宁:沈阳农业大学,2005.
[2]张韵.北京城市污水资源化技术研究[D].北京:北京工业大学,2004.
【关键词】建筑再生水;再生水回用;再生水处理工艺
概述
我国淡水资源并不丰富,并且时空分布极不均匀,随着我国经济的迅速发展,人口的增加及工业化和城市化步伐的加快,城市用水量和污水排放量急剧增加,这更加剧了水资源的短缺和水环境的恶化,同时也带来许多城市环境问题,并制约了地区经济的发展。再生水回用,是解决城市水资源危机的重要途径,也是协调城市水资源与水环境的根本出路。
所谓再生水,主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准、可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水,其水质介于上水与下水之间,是水资源有效利用的一种形式。
一、再生水水源
再生水的水源较广,但对建筑再生水而言,其水源一般包括盥洗排水、沐浴排水、洗衣排水、厨房排水和厕所排水等。若考虑到处理费用和处理的难易程度,对其选用的先后顺序一般为:沐浴排水盥洗排水洗衣排水厨房排水厕所排水。
在进行建筑再生水系统的设计时,应根据实际情况,集流一种或多种排水作为再生水水源,常见组合有以下几种情况:①空调系统排水、盥洗排水和沐浴排水等,其污染程度较轻,称为优质杂排水,在设计时应优先选择其作为再生水水源;②冲厕以外的生活排水组合,其污染程度中等,称为杂排水;③所有生活排水的总称,其污染程度最重,称为生活污水,由于其处理费用较高,且难处理,所以在设计时应尽量不采用其作为再生水水源。
就目前情况来看,我国现有的建筑再生水回用系统采用的水源几乎都是优质杂排水或杂排水。
二、再生水处理工艺
(一) 常用的再生水处理工艺及其流程
目前应用较多的再生水处理工艺主要有混凝、沉淀、过滤、生物处理和活性炭吸附等。处理工艺需根据原水水质的不同而采用某一工艺或某些工艺的组合,常见的再生水处理工艺流程如下:
1.对于优质杂排水,其处理工艺流程一般有:①原水毛发聚集器调节池微絮凝过滤消毒再生水;②原水毛发聚集器调节池混凝沉淀消毒出水;③原水毛发聚集器调节池微絮凝-过滤微滤-超滤消毒出水。
2.对于杂排水,其处理工艺流程一般有:①原水筛滤调节池微絮凝-过滤活性炭吸附微滤-过滤消毒出水;②原水筛滤调节池生物接触氧化或生物转盘沉淀过滤消毒出水。
3.对于生活污水,其处理工艺流程一般有:①原水筛滤调节池水解酸化生物接触氧化沉淀过滤消毒出水;②原水筛滤调节池生物接触氧化沉淀生物接触氧化过滤消毒出水;③原水筛滤调节池生物接触氧化沉淀微絮凝-过滤活性炭吸附消毒出水。
(二)处理工艺的技术可行性
再生水处理在技术上是可行的,很多研究已经证明了这点,特别是随着近几年工程技术人员对处理技术和处理设备的开发和应用,使再生水处理技术又有了很大的发展。
杜茂安等采用“混凝-沉淀-过滤-消毒”工艺处理洗浴排水,在水温为10℃时,主要控制指标浊度、COD、BOD5和ABS的平均去除率分别为98.1%,95.2%,93.3%和68.2%,出水水质完全满足再生水控制指标要求[7];刘中平等研究序批式活性污泥工艺(SBR)处理学校洗浴废水的工程实例得出,该工艺对洗浴废水中的COD、BOD5、SS和LAS有较高的去除率,处理后的出水水质符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002),且该工艺设备简单,占地少,运行方便;大连香格里拉大饭店再生水回用工程采用膜生物反应器(MBR)工艺,其设计规模为60m3/d,自2001年10月投产运行以来,其平均出水水质为COD=6.16mg/L,BOD=0.57 mg/L,SS=0 mg/L,这完全达到生活杂用水水质标准,实践证明,MBR是一种简单、高效的再生水处理技术;北京华融大厦总建筑面积4.6万m2,再生水原水为洗浴排水,水量为7.5m3/h,采用接触氧化-砂滤工艺,2000年9月经北京市环境保护监测中心测定,进水BOD、COD、SS和LAS分别由22mg/L、68 mg/L、14 mg/L和3.29 mg/L降低到2 mg/L、10 mg/L、5 mg/L和0.14 mg/L。
(三)处理工艺的经济可行性
莫慧等对3种居住区再生水回用方案即经二级处理后回用、经三级处理后回用和经MBR处理后回用进行了经济分析,其运行费用分别为2.82元/m3、2.63元/m3和2.67元/m3;张捍民等采用MBR工艺处理大连香格里拉大饭店的污水并达到生活杂用水水质标准,其运行成本仅为1.665元/m3。
通过以上的试验分析可知,如果再生水回用工程运行管理得当,其在经济上是可行的,并且随着水资源供需矛盾的进一步激化,自来水价格势必会升高,而随着处理技术的发展,再生水处理费用却会降低,这更增加了再生水回用的经济可行性。
(四)处理工艺的选择
再生水处理工艺的选择依据主要是根据进水水质和经济技术比较,选用在技术上可靠,经济上可行,且具有稳定出水水质的处理工艺,同时还要考虑其管理和维护及其对周围环境的影响等。
三、再生水回用存在的主要问题
第一,再生水系统运行往往不正常,水质水量不稳定。造成这种现象的主要原因是有些工艺、设备不过关,达不到预想效果,同时对系统的运行管理水平不高,出现问题不能及时解决,使水质水量常常发生较大的波动,甚至停产。
第二,再生水回用在实际工程中有时并不比城市给水更经济。张雅君等对北京22个运行中的再生水设施进行调研,通过分析发现普遍存在由于设施能力不能充分利用造成运行成本过高的现象,其总运行成本有的甚至高达11.37元/m3,且平均总运行成本也为3.24元/m3,这主要是因为再生水设施的设计规模得不到充分发挥。
第三,再生水回用水质标准偏高。目前我国建筑再生水回用执行的水质标准是现行的《生活杂用水水质标准》,该标准中总大肠菌群的要求与《生活饮用水卫生标准》相同,比发达国家的回用水水质标准及我国适用于游泳区的Ⅲ类水质标准还严格,这一方面使得许多现有再生水工程不达标,另一方面,也限制了建筑再生水工程的推广和普及。
第四,很多人对再生水的卫生性、安全性等存有顾虑,影响了其普及。当然当前的水价偏低也是造成再生水回用成本较高从而难以推广的重要原因之一。
四、展望
再生水回用具有极高的社会效益和环境效益,它一方面可以减少环境排污量,减少环境污染;另一方面它又能减少对水资源的开采,对我国长远的国民经济发展具有深刻的意义。根据水利部《21世纪中国水供求》分析,2010年后中等干旱年的缺水量将达318亿m3,到2030年我国将缺水400~500亿m3,开发和应用投资省、见效快、运行成本低的再生水回用处理技术已经凸现为确保社会经济可持续发展的重大课题。因此,我们有理由相信,在政策的正确引导下,合理的调整城市给水和再生水的价格关系,再生水回用技术将会有越来越广阔的应用前景,为城市节水作出贡献。
参考文献:
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