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區域水循環經濟體系的內涵及意義我國是一個缺水國家,北方尤甚。
北方地區不僅存在資源稟賦意義上的水資源短缺,而且水環境生態功能退化而導致的“水質性”缺水問題也日益嚴峻。以海河流域為例,2012年海河區水質為劣,Ⅰ~Ⅲ類水河長比例為34.6%,劣Ⅴ類水河長比例為46.1%。“水質性”缺水威脅人類身體健康,增加了處理費用并帶來了新的水質安全威脅。
為破解經濟發展和水資源短缺、水環境污染三者之間的矛盾,同時平衡工業、市政和生態環境用水三者需求,我們需要構建新型的區域水循環經濟體系。所謂區域水循環經濟體系是建立在循環經濟發展理念下的一種水資源利用模式,按照“減量化、再利用、再循環”3R原則開展生產與消費環節的節水減排、污水再生處理以及再生水生態利用,構建區域經濟尺度上水社會循環與自然循環的有機銜接和耦合體系,促進水資源的節約利用、高效利用和循環利用以及水生態系統的健康安全。
區域水循環經濟體系區別于傳統體系的重要之處在于強化了水的生態再生利用。傳統水循環體系中,再生水的不同用途相互獨立,利用效率不高,其社會循環利用和生態利用難以兼顧,同時忽視了再生水的自然屬性,導致水質安全難以保障且公眾難以接受。區域水循環經濟體系強化了水生態再生環節,主要措施包括建設人工濕地、河道工程等,將工程處理后的再生水通過這些生態工程進一步實現區域生態再生,從而促進再生水的河流、湖泊、濕地等生態利用與水質凈化和水質安全保障。
區域再生水的利用體系的構建可以充分結合該流域污水處理廠、人工濕地以及結合濕地形成的近自然生態系統,發揮它們在水質凈化過程中的作用和生態儲存的功能。再生水在近自然生態系統的進一步處理與儲存可以提高再生水的生態安全性能,形成提升城市景觀生態形象的生態景觀帶,增加再生水在自然界中停留時間,實現了再生水的生態安全回用以及與城市景觀的有機結合。以此理念構建的區域再生水循環利用體系,可以實現多目標多層次再生水的回用,緩解流域水資源短缺以及開采率過高問題,減少了入河污染物的排放量,實現了水生態、水污染治理與水資源的協調統一及有機融合。
山東徒駭河、馬頰河流域水循環經濟體系實踐
山東省自“十一五”期間就倡導推行“治、用、保”治污體系來進行水循環經濟體系的建設,如圖1所示。
徒駭河、馬頰河流域主要城市聊城市、德州市“十二五”期間積極完善“治用保”流域治污體系,把污染源治理、廢水集中深度處理、再生水區域循環利用體系構建和人工濕地等生態工程建設相結合,以污水處理工程的保障廢水收集和再生,以再生水區域循環體系的構建保障水資源的節約和污染物的減排,以濕地等生態工程的建設作為生態環境改善、景觀效果提高的有效途徑,實現流域水環境質量的持續改善。2013年、2014年聊城市和德州市分別代表山東省參加了國務院組織的《重點流域水污染防治專項規劃年度實施情況考核》,取得了海河流域第一名,也是全國9大流域第一名的好成績。
2012年徒駭河、馬頰河流域直接或間接排入的城市污水處理廠共17座,該年度污水處理廠處理量約為70.5萬m3/天,再生水回用量約為13.6%,其中4.7%為工業回用,8.9%為景觀回用。流域內再生水利用模式單一,流域內污水處理廠再生水利用主要集中在景觀環境、工業用水的再生利用,沒有形成區域層面上再生水利用的模式。2012年流域內再生水管線較少,僅少數的工業再生水大用戶鋪設了再生水管線。基礎設施的滯后更加制約了再生水的進一步利用。除此以外,流域內再生水的使用缺少政策激勵以及政府引導。
徒駭河、馬頰河流域實現再生水的區域循環利用具有得天獨厚的條件。首先,流域內的城市污水處理廠目前均達到了《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準,具備了再生水回用的條件;其次,每個城市污水處理廠均建有人工濕地進行進一步凈化處理,這既可以進一步提升水質,又可以和當地景觀建設相結合,起到保障水質安全的屏障作用。針對徒駭河、馬頰河流域再生水現狀及存在的問題,結合流域發展現狀,構建高效、安全、經濟的區域再生水利用體系是流域再生水利用發展的方向。
茌平縣城區再生水循環利用構建案例
茌平縣位于聊城,位居百強縣第75位,工業經濟發達(2014年數據)。2011年,茌平縣污水再生利用率很低,其次工業用水地下水取用比例較高(達75%),工業廢水排放量占總排放量的74%。;城區主要河流生態受損,水體自凈能力較弱,城區內部分支流河道斷流,河道連通性較差,部分河道之間缺乏有效的連通和互動;城區規劃中的環城水系還未聯通,城區生態用水缺乏,水生態環境狀況整體需要改善,水循環利用系統尚未形成。
針對茌平縣存在的水環境問題,結合茌平規劃中環城水系的建設、規劃中金牛湖(茌平縣城區工農業用水水源地)的建設,以及茌平縣供水現狀、用水現狀、排水現狀,提出以城市污水處理廠穩定達標排放為基礎,以人工濕地、環城水系等為水質安全保障措施,以保護茌平縣域地表水環境、構建城區宜居生態環境為核心目標,以再生水梯級利用、多元化利用為節約水資源手段,構建茌平再生水循環體系(如圖2所示)該方案涵蓋了茌平縣城區“十二五”期間主要的環保及城建基礎設施建設項目:茌平第一污水處理廠、第二污水處理廠升級改造項目、茌中河人工濕地工程、環城水系建設項目、金牛湖工程、工業再生水利用工程等。茌平第一污水處理廠、第二污水處理廠出水匯集后進入深度處理工程穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準。污水處理廠深度處理的出水進入城市污水處理廠后潛流濕地和茌中河河道走廊人工濕地,經濕地進一步處理后的水回用于規劃建設的環城水系,改變環城水系單純以黃河水作為補充水源的規劃。將環城水系建設為環城水生態功能景觀帶,通過生態系統增加水體在自然生態系統中的循環,最后流入金牛湖,作為茌平縣工農業補充水源。該方案實施后城區水量平衡見圖3(以2011年數據為基礎進行預測)。
該方案主要特點如下:
(1)再生水的安全生態利用
該方案的顯著特點是再生水的安全生態利用,即污水處理廠再生水經過濕地系統處理、環城水系處理與存儲再進入金牛湖。近自然生態系統的進一步處理與儲存可以提高再生水的安全生態性能。
(2)再生水梯級、多元化回用
再生水的梯級、多元化回用是該方案的另一大特點。茌平污水處理廠部分再生水直接回用于電廠作為循環冷卻水,其余再生水進入茌中河人工濕地工程及環城水系,進一步得到處理的同時也作為城市景觀生態用水,增加了再生水在自然水體中停留時間及生態安全性,同時環城水系作為縣城區工業用水水源、農業用水水源、市政澆灑及綠化用水,實現區域內再生水的梯級利用和多元化回用。
(3)水生態、水污染治理與水資源的協調統一
關鍵詞:水資源再生水產業發展
中圖分類號:TV文獻標識碼: A 文章編號:
再生水又稱“再生水”,是指污水經適當處理后,達到一定的水質指標,滿足某種使用要求,可以進行有益使用的水。
再生水一般為污水處理的二級處理,具有不受氣候影響、不與臨近地區爭水,就地可取,穩定可靠等優點。
一、國外再生水利用現狀
日本:日本從80年代起大力提倡使用再生水,并在上水道和下水道之間,專門設置了再生水管道。而且為了鼓勵設置再生水道系統,日本政府制定了獎勵政策,通過減免稅金、提供融資和補助金等手段大力加以推廣。
美國:美國水資源總量較多,城市再生水利用工程主要分布于水資源短缺、地下水嚴重超采的加利福尼亞、亞利桑那和佛羅里達等州。目前,美國已有25個州通過了再生水回用有關規章制度,其中16個州推出了具體的指導方針。
二、國內再生水的利用現狀
目前,國內再生水回用已經得到廣泛應用,現以北京、寧波、昆明等地的工程實例為例,從設計供水能力、出水主要用途以及再生水水價等方面對再生水回用進行調研。
各地再生水運營公司基本情況
2.各地自來水和再生水水價比較
各地水價和再生水水價
三、推動再生水行業不斷前進的原因
1、水量需求不斷增加。人口不斷增長使世界性的水荒在不斷蔓延,這點在發展中國家最為突出。在這種形勢下,必須開發新的水源,而污水再生利用因為其諸多優點,越來越被認作是一種重要的水資源。
2、水資源逐漸減少。近些年來由于干旱頻發,致使國內水資源急劇下降。污水再生利用現在已經被認為是解決氣候變化導致的水資源嚴重短缺問題的一種可能的解決方案。
3、環境政策日趨嚴格。由于水體的接納能力有限,需要對污水廠的出水水質進行嚴格的控制和實行嚴格的出水排放標準。4、經濟所需。對于工業用戶來說,現在生產用水消耗成本已經很高,使用再生水進行生產會獲得更大的收益,再生水的利用會節省大部分資金。
5、嚴格的水資源管理制度。2010年底,總理簽署了2011年1號令中第二十三條提到,完善水資源管理體制。強化城鄉水資源統一管理,對城鄉供水、水資源綜合利用、水環境治理和防洪排澇等實行統籌規劃、協調實施,促進水資源優化配置。
四、臨沂再生水推行的必要性和可靠性
1、必要性
隨著經濟發展和城市化進程的加快,城市需水量不斷增高,城市缺水問題尤為突出。根據《臨沂市城市專項規劃》規定,我2015年我市中心城區建成區面積為220萬平方公里,人口規模為220萬人,GDP總額為4200萬元,城市用水總量控制在2.5億立方米以內;2020年我市中心城區建成區面積為290萬平方公里,人口規模為290萬人,GDP總額為7000萬元,城市用水總量控制在3.3億立方米以內。面對水資源短缺和水環境污染的問題,為了保證我市社會和經濟的可持續發展,我們必須拋開傳統方式尋找水源,大力發展再生水行業,置換自來水等新鮮水源,并且做到優水優用,對于有效緩解水資源矛盾,促進臨沂經濟社會的可持續發展都非常重要。
2、可行性
開辟新水源的途徑主要有:降水的收集和利用、跨流域引水、海水的利用、城市污水資源化。它們各具以下的優缺點:
各種開辟新水源途徑的優缺點
通過對比各種開辟新水源的途徑,我市推行再生水回用已經具備了制水成本低和技術成熟度高的可行性。再生水回用可以減少污水的排放,減少水體的污染,促進水環境的良性循環,有利于區域環境的綜合整治。
五、臨沂再生水推行過程中的存在問題
1、財政的支持力度不夠
再生水的工程建設投資額度大、運行成本率高于平均供水價格,目前國家還缺乏財政投資或補貼等相關鼓勵政策,我市的財政支持力度更低。
2、水價機制不合理
目前,我國水價形成沒有充分起到對水資源供需關系的調控作用,城市供水水價、污水處理及再生利用收費之間尚未形成合理的比價關系。而且,污水處理收費標準不高,收費率低,不足以補償設施的投資和運營成本。可見水價已經成為阻礙再生水事業發展的制約因素。
3、管網建設困難
管網建設方面,再生水回用工程建設普遍晚于自來水系統,由于以前的市政管道建設時未能預留管道位置,開展再生水回用必然要求建設另一套給排水系統,在新的建筑區建設比較容易,在舊的建設區總建設需要破路施工,推行難度較大,如何將再生水輸送給用戶成為一大難題。
4、公眾認識不足
由于對再生水利用的宣傳力度還不夠,大部分民眾對再生水了解還有待提高,對再生水利用的重要性認識不足。部分用戶一提再生水就和污水聯系起來,認為再生水是由污水作為原水進行處理的,里面含有大量的細菌和病毒,存在抵觸心理。
六、臨沂再生水推行過程需要解決的問題
1、采取積極的財政政策
我市要研究制定和出臺鼓勵非常規水資源利用的優惠政策,不斷健全產業標準體系,加大政府對再生水供水企業的監管,保障非常規水資源相關產業健康穩定地發展。
2、成立專業的再生水運營公司
所謂的再生水運營公司,是指從事再生水處理和利用的公司,是再生水利用領域具有建設、開發和經營的經濟實體,是管理科學、技術密集、具有現代化管理機制的新興環保型、科技型、公益型、資源型企業。主要從事城鎮供水、排水、污水處理、再生水利用項目的建設、經營;市政公用設施的項目管理、養護;水處理工藝設備的研發、安裝、調試、運行等,是專業從事再生水利用項目建設、生產、運營、銷售的新興環保型、科技型、公益型企業。
3、制定合理的水價
要根據全國已經開展再生水回用城市的情況,結合臨沂本地實際,物價部門要聯合建設、環保部門制定合理的再生水水價。合理的再生水價格機制能夠對再生水的需求產生巨大的推動作用,對提高水的重復利用率具有重要意義。工業用再生水的價格,可以根據具體情況實行反階梯式計量水價,使用再生水量越大,使用原水水量相對減少,價格相對越低。
4、集中處理和分散處理相結合
污水集中式建設是指建立大型污水處理廠,將較大范圍內的污水統一收集再處理。污水分散式建設是指在相對較小的區域范圍內建設中小型污水處理廠。分散式污水處理及回用集成技術已經成為集中處理方式的一種有益而必須的補充措施。采用分散式和集中式相結合的模式,是實現“全收集,全處理”的有效解決方案,有利于提高污水處理率,加快城區水環境的改善。將進一步將處理后的再生水作為市政用水,則可大大緩解城市水供應緊張的局面。
5、一水多用
采取一水多用、串聯用水、循環用水等方式,加大再生水和非常規水的使用比例。居民的生活廢水和工廠的污水則進入已經建成并投入使用的再生水處理廠,進行集中處理,被處理后的再生水用于沖馬桶、清潔路面等等。
6、發揮監督部門的職能作用
市城市節約用水辦公室和各區市城市節約用水行政主管部門應當加強對再生水水質的監督和監管,每季度對水質進行抽檢,并將檢測結果向社會公布。
7、加強宣傳,普及知識
關鍵詞:再生水;灌溉;果嶺土壤;金屬離子;營養元素
中圖分類號:G 849.3;S 273.5 文獻標識碼:A 文章編號:1009-5500(2013)05-0033-07
收稿日期:2013-08-21; 修回日期:2013-09-30
基金項目:公益性行業科研專項經費項目(201310289-2);奧林高爾夫教育與研究專項基金(AL2013007)資助
作者簡介:賈哲峰(1985-),男,河北邢臺人,碩士研究生。
E-mail:
常智慧為通訊作者。
再生水(recycled water,RW)是對污廢水(城鎮生活污廢水、工業污廢水)進行適當的凈化處理后,達到一定的水質標準,滿足某種使用功能要求,可應用于各種生產、生活的水[1]。由于我國綠地面積逐漸擴大[2],傳統水資源(地表水、自來水)日益緊缺,開發利用再生水已成為我國支撐社會經濟可持續發展的水資源保障體系的一項重要戰略對策,是除“節流”等措施之外,“開源”方面轉移式發展的具體途徑之一,具有顯著的社會、生態和經濟效益[3]。但是再生水中豐富的N、P等營養元素、較高的全鹽含量、多種毒性痕量物質以及病原體可能會成為新的污染源。目前,眾多研究為再生水灌溉綠地提供科學依據與指導,尤其在再生水灌溉對綠地植物和綠地土壤兩方面的研究相對比較透徹[4-10]。使用再生水分別灌溉草坪草和喬灌木,研究結果表明與清水灌溉相比,土壤pH有升高趨勢,但二者之間的差異不明顯[11]。相比清水灌溉,再生水灌溉后土壤電導率或全鹽量顯著性增加,隨著灌溉時間的增加,鹽分開始積累[12]。長期使用再生水灌溉綠地后土壤會產生一些變化,如土壤鹽分、重金屬含量的升高,鹽堿化的加重,土壤板結,滲透率下降等問題,進而對植物生長造成一定的影響[13,14]。
隨著我國高爾夫球場數量逐年增加,再生水也越加廣泛用于高爾夫球場草坪[15],高爾夫球場草坪需水量較大,尤其是果嶺草坪作為高爾夫球場養護管理最精細的區域幾乎每天都需要灌溉[16]。果嶺具有獨特的砂質坪床結構[17],透水透氣性良好,利用再生水灌溉時,對草坪土壤形成的影響與普通綠地不同。國內外有關再生水灌溉高爾夫果嶺對草坪土壤影響的研究并不多,因此,試驗選擇用再生水灌溉果嶺草坪,通過對草坪土壤的分析,研究再生水灌溉對高爾夫果嶺土壤的影響。
1 材料和方法
1.1 試驗材料
1.1.1 試驗區概況 試驗地位于北京市昌平區馬池口鎮白浮村北京林業大學草坪研究所試驗站。地理位置N 40°20′,E 116°22′E,屬于溫帶季風區,暖溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫為11.8 ℃,7月平均氣溫25.8 ℃,1月平均氣溫-4.1 ℃,年均降水量550.3 mm,年均日照時數2 720 h,無霜期163 d,≥10 ℃有效積溫3 485 ℃。2008年9月按照United States Golf Association推薦的果嶺建造方案建造果嶺[17],果嶺剖面共分為4層,從下到上分別為:排水管層、礫石層、粗沙過濾層、根系層;排水管層厚30 cm,中間埋設有孔的PVC管,其余由直徑為6~12 mm的礫石填充;礫石層厚10 cm,粗沙過濾層厚度為5 cm,全部由沙粒組成,直徑為1~4 mm;根系層厚30 cm,由沙粒和草炭混合組成,直徑為2 mm以下(圖1)。
圖1 果嶺坪床結構
Fig.1 Turf-bed structure of green
果嶺的整體面積370 m2,草種選為匍匐翦股穎(Agrostis stolonifera),品種為PENN A4,2009年5月建成后果嶺整體進行常規管理,2010年4月1日試驗在此果嶺上進行,試驗小區除人工澆灌再生水和表施基質外其他管理措施和試驗區之外相同,試驗2011年11月結束。
1.1.2 試驗灌溉用水 試驗選取自來水、二級再生水、三級再生水3種灌溉水。二級再生水是指使用生物法作為主要處理工藝,去除一級處理水中呈膠體和溶解態的有機污染物質(BOD),經過二級處理后,即可達到排入水體的標準。三級再生水是指使用生物脫氮除磷、反滲透、混凝沉淀、砂濾、離子交換等方法,進一步處理二級再生水中難降解的有機物質和易造成水體富營養化的可溶性無機物。
自來水是該地點的地下水井,二級再生水、三級再生水來自于北京市高碑店污水處理廠和酒仙橋污水處理廠,每月對灌溉水進行指標分析,表1為試驗中9次水質分析的平均值及范圍值。
1.2 試驗方法
1.2.1 試驗設計 試驗區采用隨機區組設計,設自來
表1 自來水、二級再生水和三級再生水水質
Table 1 Water quality of tap water,secondary RW and tertiary RW
另外,采取3種不同的表施管理措施,分別為草炭與石膏、濕潤劑、沙子3種基質,不同表施措施下土壤背景值(表2)。試驗采用3次重復,共27個小區,每個小區面積為2 m×0.8 m,間隔為30 cm(圖2)。
表2 果嶺土壤原土理化性質
Table 2 Soil physic-chemical characteristics of golf green
圖2 小區試驗設計
Fig.2 Experimental design
1.2.2 試驗區管理 (1) 打孔與表施:試驗開始于2010年4月1日,分別于2010年4月10日、9月1日和2011年3月22日、8月29日進行實心打孔,孔徑為13 mm;每個月對試驗小區表施不同的基質,表施沙子厚度為2 mm,草炭與石膏按體積比為1∶1混合后以0.25 kg/m2表施,濕潤劑為2.75 mL/m2。
(2)修剪:采用滾刀型修剪機對果嶺進行修剪,1~2 d修剪1次,修剪高度遵循1/3原則,修剪高度為8 mm。
(3)灌溉:依據Penman-Monteith公式,計算出蒸騰量,灌溉量=蒸騰量-降雨量,2周計算1次,確定好后用噴壺人工灌溉試驗小區,2010、2011年各月的蒸騰量、降雨量與灌溉量(圖3)。
(4)施肥:肥料選用Best緩釋肥16-16-16和19-6-12共2種,但在草坪生長欠佳的狀況下,施過尿素,具體施肥時間與施用量(表3)。
(5)病蟲害防治:在果嶺的整個生長季,根據病害實際情況噴施殺菌劑,選用先正達公司的草坪專用廣譜殺菌劑“繪綠”(Heritage);在4、9月份噴施殺蟲劑進行蟲害預防,選用先正達公司的“卉健”(Meridian)。
(6)越冬:噴施殺菌劑之后覆蓋上無紡布與遮陽網。
圖3 不同水質灌溉下月蒸騰量、月降雨量與月灌溉量
Fig.3 Monthly transpiration,rainfall and irrigation
amount under different irrigations
表3 施肥時間與施用量
Tab.3 Fertilizing time and amount
1.2.3 土樣的采集 地下15 cm土樣的采集直徑為2 cm的土鉆,按照對角線采樣法每個試驗小區取5個點的土樣,取出的土樣放在實驗室的陰涼干燥通風、無灰塵污染的地方,樣品弄碎后平鋪在干凈的牛皮紙上,待樣品自然風干后,根據試驗中所需要測定的指標過1 mm,0.25 mm和0.149 mm孔徑篩,然后分裝到廣口瓶,貼上標簽放到無日光、高溫、潮濕影響的地方,備測。地下2~7 cm的土樣使用環刀采集,并用于土壤物理性質中容重的測定,樣品處理方法與地下15 cm土樣的處理相同。分別在每年的春、夏、秋3個季度進行土樣的采集,時間為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。共選取10個指標即土壤容重、EC、速效磷、速效鉀、有機質、全氮、K+ 、Ca2+ 、Na+和Mg2+。測定EC采用電導率儀法;速效磷和全氮分別采用碳酸氫鈉浸提法和凱式蒸餾法;有機質采用重烙酸鉀油浴法;速效鉀和4種金屬離子采用火焰原子吸收法。
1.2.4 數據分析 使用SPSS12.0對數據進行分析,運用單因素方差分析,結果以平均數表示。
2 結果與分析
2.1 再生水灌溉對果嶺草坪土壤容重的影響
土壤容重與質地、壓實狀況、土壤顆粒密度、土壤有機質含量及各種土壤管理措施有關。土壤越疏松多孔,容重越小,土壤越緊實,容重越大。粘質土的容重(1.0~1.5 g/cm3)小于砂質土(1.2~1.8 g/cm3);有機質含量高、結構性好的土壤容重小;耕作可降低土壤容重。
水質處理和表施基質后果嶺土壤容重的分析結果表明(表4),二級再生水灌溉處理后土壤容重在1.55 g/cm3,高于自來水和三級再生水灌溉處理,三級再生水和自來水灌溉處理差異不顯著,與二級再生水處理程度較低、水質中含有雜質有關;表施草炭與石膏混合物后果嶺土壤孔隙度較多,土壤容重較小為1.48 g/cm3,依次低于表施沙子和表施濕潤劑,表施濕潤劑和沙子間果嶺土壤容重相近。自來水、二級再生水、三級再生水3種水質灌溉處理和表施草炭與石膏混合物、濕潤劑、沙子3種基質后果嶺土壤容重不會發生顯著變化(P>0.05)。
2.2 再生水灌溉對果嶺草坪土壤EC的影響
土壤溶液具有導電性,導電能力的強弱可用電導率(EC)表示。EC是測定土壤水溶性鹽的指標,土壤水溶性鹽含量愈高,EC愈大。而土壤水溶性鹽是土壤的一個重要屬性,是判定土壤中鹽類離子是否限制植物生長的因素(表5)。
表4 土壤容重
Table 4 Soil bulk density
表5 土壤電導率
Table 5 Soil EC
對試驗中6次取樣數據做方差分析,結果表明三級再生水和自來水灌溉處理后土壤EC為0.19 dS/m和0.18 dS/m,二者未呈現顯著性差異(P>0.05);而二級再生水灌溉處理后果嶺土壤EC為0.38 dS/m,顯著高于自來水0.20 dS/m和三級再生水灌溉處理0.19 dS/m(P0.05)。表施草炭與石膏混合物后果嶺土壤EC為0.18 dS/m,而表施濕潤劑和表施沙子后果嶺土壤EC分別為0.19 dS/m和0.23 dS/m。草炭與石膏可以有效增加土壤孔隙度,增大滲透性有益于植物根部呼吸,降低再生水灌溉后土壤鹽分的累積,減弱對植物造成的傷害。
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North Dakota State University,Fargo,ND58105,USA)
關鍵詞:污水資源化 污水回用 污水資源化戰略
中圖分類號:X22文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973 (2010) 05-107-02
1城市污水資源化內涵
城市污水資源化又稱污水回用,是將污水進行凈化處理后,進行直接或間接地回用,使之成為城市水資源的一個組成部分,這樣既可消除水環境污染,又可促進生態的良性循環。(翁煥新,1998)
城市污水回用作為緩解水資源緊缺,保護生態環境實現污水資源化的有效途徑,根據目前城市污水回用技術的發展情況,城市污水回用的途徑主要包括農業回用、工業回用、市政回川、娛樂景觀水體回用等。
2 中國城市污水資源化概況
中國是世界上嚴重缺水的國家之一,人均水資源量僅為世界人均水量的四分之一。同時,各大城市還面臨水環境污染的形勢。水資源緊缺已成為制約城市社會經濟發展的關鍵因素。城市污水資源化是解決水資源短缺的重要措施之一。據統計,我國的600余座城市,有300余座缺水量達到60*108m3/年,因缺水而減少的工業產值估計為1200億元/年。由于我國污水處理工作起步較晚,污水資源化也是在近幾年才受到廣泛重視,經驗較少。目前我國 再生水的用途主要為市政雜用、工業、農業、環境娛樂和補充水源水等。雖然污水資源化單項處理技術己趨于成熟化,但如何根據我國國情,運用隨著科技進步不斷出現的新技術、新工藝,合理地組合單項處理技術,在最為經濟的條件下達到回用水水質要求,使污水資源化的技術更加合理、經濟,仍有許多技術問題有待進一步研究。直接回用和間接回用是城市污水資源化的兩種途徑。(1)直接回用,是指人們有意識地、有計劃地將經適當處理的城市污水直接回用于需水部門。(2)間接回用,是從受生活污水或工業污水污染的地表水源或地下水源取水供給各類用戶使用屬間接水回用,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廠通過輸水管道,或其它輸水設施直接送給用戶使用;間接回用則由二級污水處理廠,或者再生水廠將處理后的出水直接排入水體,由用戶再從水體中使用。直接回用有三種通用的模式:1)再生水廠系統敷設再生供水管網,與城市供水管網一起形成雙供水系統。一部分專供工業低質用水使用,另一部分專供城市綠化和景點使用;2)由再生水廠敷設專用管道供大廠使用。這種方式用途單一,比較實用;3)大型公共建筑和住宅樓群的污水,就地處理、回收、循環再用。間接回用方式可以分為有意圖間接回用和無意圖間接回用。有意圖間接回用是有計劃地將再生水和新鮮水混合后再使用,這就取決于時間和空間的安全保證。再生水從排入水體到被利用的時間滯后,以及混合后的物理化學凈化作用,使再生水在自然生態系統中獲得進一步的凈化。
3 污水資源化過程中存在的問題
目前我國的城市污水資源化利用取得了一些進展,但與發達國家相比,我國污水資源化無論在規模上還是涉及的領域上都存在著較大的差距,我國的污水資源化仍然有許多問題需要解決:
3.1 城市污水處理率較低
城市污水處理率偏低,是影響我國污水資源化全面啟動的直接原因。2000年,我國城市污水每日排放量約位1.0109m,而污水處理率卻只有20%~30%。同時,對于城市污水,我國目前的工作重點仍然是治理污染,而污水回用工程的建設投資要比污水處理工程大,所以我國許多地方很難給予污水資源化足夠的重視和經濟支持。因此盡快提高城市污水處理率,加速經濟建設步伐,是推動污水資源化全面推廣的前提。
3.2 污水處理廠選址存在問題
許多城市污水處理廠為了防止水域污染,多在城市水域的下游建立,遠離市區,污水收集管網較長,造成長距離輸送,沒有考慮日后再生利用的發展需要。所以,缺水城市應以再生水利用為目標,優化調整污水處理設施的布局規劃。
3.3 城市排水管網建設不合理
各地對城市污水的處理考慮較多的是排水管網終端的集中式處理,而對于污水流經整個城市的過程卻缺少控制,尤其是在城市排水系統不健全的地區,致使一些分布于城區的溝渠水體倍受污染,日久天長這些水體也就成了名副其實的“臭水”。現在一些有條件的地區采取了“截污、清淤、引水”等治理措施,使水體在感官上有了很大的改善,但同時也破壞了水體的自凈體系和功能,使水體抵抗外界污染的能力減弱。由于我國的城市排水管網較多采用的仍然是合流制管道,雨季時大量污水隨雨水從截污干管的溢流井排入水體,而造成嚴重的污染。
3.4 污水資源化技術落后
我國城市污水再生利用技術和設備的開發難以滿足快速增長的再生利用工程建設和運行管理的需求,城市污水再生利用技術缺乏集成化、綜合整合、產業化和工程化,需要對已有技術不斷改進和更新,加強新工藝、新流程、新技術和設備產品的研究、開發和推廣應用,并注重示范性工程的研究和建設。著重解決城市污水再生利用于農業、生態、市政和工業中的水質凈化技術、水質穩定技術、水質保障技術、安全用水技術、工程技術、運行管理技術和成套技術設備問題。(摘自《中國建設信息-水工業市場》)
4 新時期城市污水資源化戰略
4.1建立和完善必要的政策法規,推進城市污水資源化
強城市污水再生利用法制建設和行政管理。城市應依據國家有關法律,研究制定促進城市污水資源化工程建設與運營的相關法規,引入競爭機制,建立多元化投資體制,推進市場化運營,提高效率,降低成本,促進再生水利用的發展。逐步建立合理的水價體系和用水結構,引導用水單位積極利用再生水,同時強制部分行業使用再生水。再生水定價以成本補償及微利為基本原則,工業和非公益用水允許適度盈利。加快城市污水再生利用的綜合研究,鼓勵原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新,發展具有自主知識產權的再生水利用技術和產品,進一步完善工程建設標準和技術規范,為促進再生水利用提供全面支撐。
4.2 正確進行城市污水處理廠的規劃和設計
城市供水和排水專項規劃中應包含城市污水再生利用規劃,根據再生水水源、潛在用戶地理分布、水質水量要求和輸配水方式,經綜合技術經濟比較,合理確定污水再生利用設施的規模、用水途徑、布局及建設方式;城市污水再生利用設施的規劃建設應遵循統一規劃、分期實施,集中利用為主、分散利用為輔,優水優用、分質供水,注重實效、就近利用的指導原則,積極穩妥地發展再生水用戶、擴大再生水應用范圍。確定再生水利用途徑時,宜優先選擇用水量大、水質要求相對不高、技術可行、綜合成本低、經濟和社會效益顯著的用水途徑。城市污水再生利用系統,包括集中型系統、就地(小區)型系統和建筑中水系統,應因地制宜,靈活應用。
4.3 保障城市污水資源化的安全性
在污水資源化利用的過程中,要特別注重加強水質監測和設施維護,建立應急預案,保障供水安全。首先是衛生安全,如果要回用到工業,要保證工業品的衛生質量、工業用水系統的衛生質量。如果要補給飲用水源則更要注意飲用水源的安全性。制定再生水回用水質的標準,包括物理學標準、化學標準、生物學標準。加強對工業廢水排放進城市下水道的水質控制,要特別注意含有重金屬的廢水和含有持久性有機污染物的廢水,傳統的污水處理工藝不可能去除這些持久的有機物。
5 結論
長期以來,我國城市發展主要沿用大量消耗資源和粗放經營為特征的模式,造成了環境污染和生態的破壞,成為制約社會發展的重要因素。當務之急是,加快城市污水處理設施建設的步伐,加快污水收集管網配套能力,為污水資源化創造必要的條件。規劃建設污水處理設施,要以實現污水綜合利用為目標,同步規劃和建設污水再生利用設施。合理確定污水處理廠的規劃布局、處理規模和工藝方案,促進污水處理和資源化利用的協同發展。
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【關鍵詞】建筑再生水;再生水回用;再生水處理工藝
概述
我國淡水資源并不豐富,并且時空分布極不均勻,隨著我國經濟的迅速發展,人口的增加及工業化和城市化步伐的加快,城市用水量和污水排放量急劇增加,這更加劇了水資源的短缺和水環境的惡化,同時也帶來許多城市環境問題,并制約了地區經濟的發展。再生水回用,是解決城市水資源危機的重要途徑,也是協調城市水資源與水環境的根本出路。
所謂再生水,主要是指城市污水或生活污水經處理后達到一定的水質標準、可在一定范圍內重復使用的非飲用雜用水,其水質介于上水與下水之間,是水資源有效利用的一種形式。
一、再生水水源
再生水的水源較廣,但對建筑再生水而言,其水源一般包括盥洗排水、沐浴排水、洗衣排水、廚房排水和廁所排水等。若考慮到處理費用和處理的難易程度,對其選用的先后順序一般為:沐浴排水盥洗排水洗衣排水廚房排水廁所排水。
在進行建筑再生水系統的設計時,應根據實際情況,集流一種或多種排水作為再生水水源,常見組合有以下幾種情況:①空調系統排水、盥洗排水和沐浴排水等,其污染程度較輕,稱為優質雜排水,在設計時應優先選擇其作為再生水水源;②沖廁以外的生活排水組合,其污染程度中等,稱為雜排水;③所有生活排水的總稱,其污染程度最重,稱為生活污水,由于其處理費用較高,且難處理,所以在設計時應盡量不采用其作為再生水水源。
就目前情況來看,我國現有的建筑再生水回用系統采用的水源幾乎都是優質雜排水或雜排水。
二、再生水處理工藝
(一) 常用的再生水處理工藝及其流程
目前應用較多的再生水處理工藝主要有混凝、沉淀、過濾、生物處理和活性炭吸附等。處理工藝需根據原水水質的不同而采用某一工藝或某些工藝的組合,常見的再生水處理工藝流程如下:
1.對于優質雜排水,其處理工藝流程一般有:①原水毛發聚集器調節池微絮凝過濾消毒再生水;②原水毛發聚集器調節池混凝沉淀消毒出水;③原水毛發聚集器調節池微絮凝-過濾微濾-超濾消毒出水。
2.對于雜排水,其處理工藝流程一般有:①原水篩濾調節池微絮凝-過濾活性炭吸附微濾-過濾消毒出水;②原水篩濾調節池生物接觸氧化或生物轉盤沉淀過濾消毒出水。
3.對于生活污水,其處理工藝流程一般有:①原水篩濾調節池水解酸化生物接觸氧化沉淀過濾消毒出水;②原水篩濾調節池生物接觸氧化沉淀生物接觸氧化過濾消毒出水;③原水篩濾調節池生物接觸氧化沉淀微絮凝-過濾活性炭吸附消毒出水。
(二)處理工藝的技術可行性
再生水處理在技術上是可行的,很多研究已經證明了這點,特別是隨著近幾年工程技術人員對處理技術和處理設備的開發和應用,使再生水處理技術又有了很大的發展。
杜茂安等采用“混凝-沉淀-過濾-消毒”工藝處理洗浴排水,在水溫為10℃時,主要控制指標濁度、COD、BOD5和ABS的平均去除率分別為98.1%,95.2%,93.3%和68.2%,出水水質完全滿足再生水控制指標要求[7];劉中平等研究序批式活性污泥工藝(SBR)處理學校洗浴廢水的工程實例得出,該工藝對洗浴廢水中的COD、BOD5、SS和LAS有較高的去除率,處理后的出水水質符合《城市污水再生利用 城市雜用水水質標準》(GB/T18920-2002),且該工藝設備簡單,占地少,運行方便;大連香格里拉大飯店再生水回用工程采用膜生物反應器(MBR)工藝,其設計規模為60m3/d,自2001年10月投產運行以來,其平均出水水質為COD=6.16mg/L,BOD=0.57 mg/L,SS=0 mg/L,這完全達到生活雜用水水質標準,實踐證明,MBR是一種簡單、高效的再生水處理技術;北京華融大廈總建筑面積4.6萬m2,再生水原水為洗浴排水,水量為7.5m3/h,采用接觸氧化-砂濾工藝,2000年9月經北京市環境保護監測中心測定,進水BOD、COD、SS和LAS分別由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)處理工藝的經濟可行性
莫慧等對3種居住區再生水回用方案即經二級處理后回用、經三級處理后回用和經MBR處理后回用進行了經濟分析,其運行費用分別為2.82元/m3、2.63元/m3和2.67元/m3;張捍民等采用MBR工藝處理大連香格里拉大飯店的污水并達到生活雜用水水質標準,其運行成本僅為1.665元/m3。
通過以上的試驗分析可知,如果再生水回用工程運行管理得當,其在經濟上是可行的,并且隨著水資源供需矛盾的進一步激化,自來水價格勢必會升高,而隨著處理技術的發展,再生水處理費用卻會降低,這更增加了再生水回用的經濟可行性。
(四)處理工藝的選擇
再生水處理工藝的選擇依據主要是根據進水水質和經濟技術比較,選用在技術上可靠,經濟上可行,且具有穩定出水水質的處理工藝,同時還要考慮其管理和維護及其對周圍環境的影響等。
三、再生水回用存在的主要問題
第一,再生水系統運行往往不正常,水質水量不穩定。造成這種現象的主要原因是有些工藝、設備不過關,達不到預想效果,同時對系統的運行管理水平不高,出現問題不能及時解決,使水質水量常常發生較大的波動,甚至停產。
第二,再生水回用在實際工程中有時并不比城市給水更經濟。張雅君等對北京22個運行中的再生水設施進行調研,通過分析發現普遍存在由于設施能力不能充分利用造成運行成本過高的現象,其總運行成本有的甚至高達11.37元/m3,且平均總運行成本也為3.24元/m3,這主要是因為再生水設施的設計規模得不到充分發揮。
第三,再生水回用水質標準偏高。目前我國建筑再生水回用執行的水質標準是現行的《生活雜用水水質標準》,該標準中總大腸菌群的要求與《生活飲用水衛生標準》相同,比發達國家的回用水水質標準及我國適用于游泳區的Ⅲ類水質標準還嚴格,這一方面使得許多現有再生水工程不達標,另一方面,也限制了建筑再生水工程的推廣和普及。
第四,很多人對再生水的衛生性、安全性等存有顧慮,影響了其普及。當然當前的水價偏低也是造成再生水回用成本較高從而難以推廣的重要原因之一。
四、展望
再生水回用具有極高的社會效益和環境效益,它一方面可以減少環境排污量,減少環境污染;另一方面它又能減少對水資源的開采,對我國長遠的國民經濟發展具有深刻的意義。根據水利部《21世紀中國水供求》分析,2010年后中等干旱年的缺水量將達318億m3,到2030年我國將缺水400~500億m3,開發和應用投資省、見效快、運行成本低的再生水回用處理技術已經凸現為確保社會經濟可持續發展的重大課題。因此,我們有理由相信,在政策的正確引導下,合理的調整城市給水和再生水的價格關系,再生水回用技術將會有越來越廣闊的應用前景,為城市節水作出貢獻。
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