中国水资源循环经济下城市污水处理技术分析

中国水资源循环经济下城市污水处理技术分析

随着城市化和现代化进程的推进,污水回用处理技术问题困扰着城市的可持续发展,并影响着水资源的再生回用和可持续发展。文中以循环经济思想理念为基础,叙述了中国水环境的现状、国内外污水资源的研究进展、循环经济的含义以及在循环经济观念下的污水处理新思路,探求了城市污水处理的重要性,以变废水负价值的被动处理,转变为盈价值的资源化与经济化利用,形成新的经济增长点,实现环境效益、经济效益和社会效益的高度统一,真正实现可持续发展。

中国水资源总量为61 889亿m3,平均降水量为648 mm/a,年均地表水资源量为27 115亿m3,扣除重复利用量后,年均水资源量为28 124亿m3,居世界第四位。按2005年人口统计数量,中国人均占有水资源量约2 151.8 m3,不到世界人均水量8 840 m3的四分之一,已被联合国列为13个贫水国家之一。同时中国的用水量已由1949年的1 031亿m3增加到2005年的5 633亿m3,而且北方和沿海地区出现了不同程度的水资源短缺和水质性污染的严峻形势。

据国家环境公报报导,中国江河流域普遍遭到污染,全国河川的生态功能严重衰退,且呈加速趋势。经对万条河段的调查表明,水质严重污染、不能用于灌溉(劣于Ⅴ类标准)的河段占23.3%;鱼虾绝迹的河段占45%;不能满足Ⅲ类水质标准、不能作为饮用水源的河段占85.9%。中国七大水系的污染程度由重到轻的顺序为:辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江和长江。海河、辽河的干流有一半河段的水质劣于Ⅴ类;淮河191条支流中,有近万河段的河水变黑发绿;国控141个城市河段中,63.8%的河段为Ⅴ类至劣Ⅴ类。

近年来, 中国淡水湖泊的水质污染现象呈迅速增长之势。全国大型淡水湖泊均达到中度和重度营养化, 其污染程度由重到轻依次为滇池、巢湖、南四湖、洪泽湖、太湖、洞庭湖、镜泊湖, 且滇池和巢湖的全湖水质劣于Õ类。

中国近海海域水质污染严重, 并有继续恶化趋势, 劣于Ó类水质标准的比例近53.

6% 。渤海海域在20世纪60年代之前, 曾发生过3次赤潮; 在70年代发生过9 次; 在80 年代发生过74 次; ,,; 而1997年一年就猛增到发生34次; 1999年7月间, 渤海出现了前所未有的赤潮大爆发, 赤潮面积达6 300 km2, 持续了9天。中国城市的供水水源有30% 源于地下水, 而北方城市则有59%源于地下水。近20年来, 地下水水质普遍呈恶化趋势。1998年对全国118座大型城市的浅层地下水的普查表明, 有115座城市地下水受到不同程度污染, 占检测总数的97. 5%, 其中严重污染的约占40% 。北方城

市的地下水有90% 遭到污染, 其中有28% 已不适合作为饮用水源。其污染物主要有硝酸盐氮、氨氮、有机物、铬和酚。

城市污水的排放量随着用水量的增加而增加,由于发达国家对水污染的控制已经相当到位, 并且制定了严格的排放标准, 因此城市污水水质相当稳定, 不受气候与自然条件的影响, 又不存在长距离引水问题, 对污水只要处理得当, 已成了城市可利用的第二水资源。污水资源化就是指将工业废水、生活污水、雨水等被污染的水体, 通过各种方式进行处理、净化,使其水质达到一定标准, 满足一定用途的要求, 从而可作为一种新的水资源重新被利用。城市污水资源化的两种途径是直接回用和间接回用。城市污水的直接回用, 是由再生水厂通过输水管道或其他输水设施, 直接送给用户使用; 间接回用则是由二级污水处理厂或再生水厂, 将处理后的出水直接排入水体, 再由用户从水体中取水使用。直接回用有三种通用的模式: 即

( 1)从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, 其再生水一部分专供工业低水质用水使用, 另一部分则专供城市绿化和景观使用;

( 2)由再生水厂敷设专用管道, 输送供大厂使用, 这种方式比较实用, 但用途单一;

( 3)将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的间接回用和无意图的间接回用。有意图的间接回用, 是有计划地将再生水和新鲜水混合后再使用, 这要取决于时间和空间的安全保证。由于再生水从排入水体到被利用时间的滞后, 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。在这个过程中, 微生物可以通过自然死亡和吞噬而减少, 而挥发性的有机物则可通过水的表面逸出, 而其余有机物则可因为化学作用而转化。但另一方面, 水质也会因藻类的增长, 以及初期雨水的排入而变坏。无意图的回用, 则更加是普遍使用的方式。

污水资源化的意义:

( 1)再生水经深度净化替代自然水资源, 可缓解水资源不足的矛盾;

( 2)将城市污水当成水资源的原料, 制成工业用水, 可促进国家污水处理事业的发展;

( 3)减少人工子循环的排水量, 从而可减少对自然水的大循环的干扰, 更好的保护水环境。

污水能否回用的关键是污水处理技术。根据用途不同, 对回用水质的要求也不一样, 因此, 处理方法的选择也不同。污水处理技术按其机理可分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法等。

通常污水回用技术需将多种污水处理技术进行合理组合, 即将各种水处理方法结合起来, 对污水进行深度处理, 这是因为单一的某种水处理方法, 一般很难达到回用水水质的要求。目前, 污水集中处理回用的工艺中, 常用的有生物处理法, 如传统的活性污泥法、填料活性污泥法、厌氧、缺氧、好氧活性污泥法、接触氧化法、曝气过滤池、生物流化床法、生物转盘法等。经以上工艺中的某种工艺作为二级处理后, 再用混凝沉淀、过滤、吸附、消毒(紫外、氯气、臭氧或二氧化氯等)工艺作为后处理技术, 以达到污水回用的要求。活性污泥法是最传统的好氧生物处理技术, 活性污泥即指借助微生物利用废水中的有机物生长与繁殖而形成的絮凝体, 其工作原理是: 在废水中通过曝气供氧, 促进微生物生长, 形成活性污泥, 利用活性污泥的吸附、氧化分解、凝聚和沉降等性能, 来净化废水中的有机污染物。活性污泥法中常采取的两项最基本的技术措施是: 通过曝气来提高反应器水体中的溶解氧水平; 通过污泥回流来保证反应器中的生物量与活性。基于活性污泥原理的新型生化处理技术中, 较为典型和成功的是间歇式活性污泥法( SBR )和氧化沟。间歇式活性污泥法是将初沉池、反应池和二沉池各工序放置在同一反应器( SBR 反应器)中进行, 处理过程分为进水、反应、沉降、出水、闲置五个阶段, 废水在SBR 反应器的曝气过程中与污泥完全混合, 完成降解反应后, 停止曝气, 活性污泥颗粒在静置中沉降, 上层的清水自反应器中排出。SBR法的特点是简化了工艺结构, 提高了反应器的混合传质效率, 投资少, 反应易于操作控制。氧化沟亦称氧化渠或循环曝气池, 其特点是采用横轴转刷或竖轴表面叶轮曝气来推动水流。该工艺能耗低, 具有推流式和混合式两者的特征。

循环经济目前尚无统一的定义, 仅有如下表述: 一是认为, 循环经济作为一种新的生产方式, 是在生态环境成为经济增长的制约要素、或成为一种公共财富阶段的一种新的技术经济模式, 是建立在人类生存条件和福利平等基础上的、以全体社会成员生活福利最大化为目标的一种新的经济形态。形成/资源-产品- 再生资源0闭环型物质流动模式, 资源消耗的减量化、再利用和资源再生都仅仅是其技术经济范式的表征, 其本质是对人类生产关系进行调整, 其目标是追求可持续发展。二是认为, 循环经济是指模拟自然生态系统的运行方式和规律要求, 实现特定资源的可持续利用和总体资源的永续利用, 实现经济活动的生态化, 其实质是生态经济。三是认为, 循环经济是对物质闭环流动型经济的简称, 把物质、能量进行梯次和闭路循环使用, 在环境方面表现为低污染排放、甚至零污染排放的一种经济运行模式。循环经济实际上是一种模拟生态群落的物质循环特征, 以物质不断循环利用、循环替代方式的经济发展模式。其特征是以实现可持续发展为目标, 协调人与自然关系为准则,模拟自然生态系统的运行规律, 通过自然资源的低投入、高利用和废弃物的低排放, 使经济活动按照自然生态系统的规律, 重构组成一个/资源- 产品- 再生资源0的物质反复循环流动过程, 从根本上消解长期以来的环境与经济发展的尖锐冲突, 以最小的成本, 获得最大的经济效益和环境效益, 实现资源的可持续利用, 使社会生产从数量型的物质增长, 转变为质量型的服务增长, 与自然界协调发展。