我国城市污水处理与利用对策研究

第19卷第2期湖南科技大学学报(自然科学版)Vol, 19 No. 22004年6月Journal of Hunan University of Science &. Technology( Natural Science Edition)Jun, 2004我国城市污水处理与利用对策研究张杰'， 李碧清'，李继祥’，高洁'(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨院150090;2. 武汉工业学院土木系,湖北武汉430023)摘要:介绍了发达国家污水处理与利用的新进展.分析了我国水环境面临的严峻现实及污水处理与利用中存在的问题;指出污水深度处理与回用、形成水的健康良性循环是保护与恢复城市水环境的有效途径;认为城市污水处理与利用规划设计要打破传统设计规则,合理划分排水分区,充分考虑再生水回用,科学地确定污水厂厂址与数量,选择适合我国各地实情的工艺流程,优先选用合格的国产污水处理设备,预留污水厂分期发展的空间,新建城市道路应预敷再生水回用管线.以珠江三角洲开发区为例.探讨了城市新区污水系统的设计原则.参21.关键词:城市污水处理.与利用;对策;研究中图分类号:X37文件标识码:A.文章编号:1672 -9102(2004)02-0080-04我国工农业、房地产业、旅游业等迅速发展,水环成回用2X 10*m*/d的示范工程;青岛市海泊河污水境污染却愈演愈烈.目前我国城市污水二级处理率仅厂的再生水回用工程已运行.为14%.七大江河及内陆河水体质量IV-V类占1我国城市污水处理与利用存在的问题45%,太湖、东湖.滇池等主要城市湖泊及城市近海富营养化严重,多数城市地下水受到-定程度的点状和我国城市污水处理与利用存在以下问题: (1)城.面状污染.经对我国部分城市污水厂污染物去除率分市污水处理厂过于集中,再生水回用难度大.我国城市析,传统二级生物处理对COD、BOD、TSS去除率可达老城区排水系统大多数为合流制系统,为综合治理污80% -95%,但对TN.TP的去除率只能达到35% -水,或改造为分流制，或建造污水截流系统,但在已建75% ,若含有以，上污染物的二级处理水排入湖泊、海湾布满各种管线的城市道路上施工再生水管线是有很大等封闭性水域或缓流水体,必然导致水体的富营养化.困难的;(2)再生水用户回用管系统未建立;(3)国外资我国2000年城市总需水量7.1X10m3,每年递增金、技术与设备相继进入我国污水处理市场,阻碍了我2.3%1.据统计1997年污水排放量3.5X101°m',预国技术与设备体系的建立.(4)公众心理接受再生水回计2010年增加到4. 4X 101m3 ,2020年达到5.4 X用有一个过程;(5)缺乏建设资金.100m*.污水总量在不断增大,即使二级处理率大幅2国外污水处理与利用的若干进展度提高,排入自然水体中污染物仍有增加.因此水污染控制的唯-有效途径是对城市污水进行深度处理,使美国、西欧污水处理与利用已有较高普及率，世界之达到水环境自净要求,或将污水深度处理后回用.各国污水处理率见表经过多年的科研攻关，我国污水处理与利用技术表1世界各国污水处理普及率单位:%取得了长足进步.以增加生化反应池中的生物量为目Tab.1 Advanced treatment efficiency in the world的的生物滤膜好气滤池[23提高了生化反应效率;各种日本英国德国加拿大美国芬兰瑞典19971993，1993“ 19931993形式的填料、组合工艺都有了广泛应用.我国第一个污5:96)0771779水回用示范工程于1992年在大连运行,该工程以厌氧48_28878好氧活性污泥法进行二级处理，以水力澄清池和普*表示二级处理普及率，* *表示深度处理普及率通快滤池进行深度净化使城市污水再生,开发了城市第二水源[4];北京高碑店污水处理厂已建成1 X2.1中国煤化工10*m'/d中水回用车间;天津纪庄子污水处理厂已建.MHCNMH G白处理污水量6.4 X美凹山业山门小心吐I收稿日期:2004-01-05基金项目:国家科技攻关计划课题(编号:2002BA806B04)作者简介:张杰(1938- ).男,辽宁本溪人,中国工程院院士，博士,哈尔滨工业大学教授,主要从事水处理与水环境恢复研究.8010°m2 ,服务130万人口,污水经初沉池、两段活性污厂出水,再生水水质均达到附近工厂用水水质标准,臭泥法、三层滤料(煤.石榴石、砂)、氯消毒工艺后,出水氧.活性碳对COD去除效率较高,超滤对病毒与细菌指标接近饮用水标准,总含盐量为800 mg/L.但旧金的去除率较高.Simonel14]等利用生物反应器.超滤膜山湾湿地潮汐水含盐浓度为10000~20000mg/L,为处理海洋轮船上的生活污水，去除COD95%,保护湿地上的海生动物,美国国家环保局与旧金山水BOD98% ,出水COD20~ 40 mg/L, BOD5~10 mg/L.质控制中心决定将再生水回用于工业、农业、市政绿该工艺具有省地、布局紧凑的优点.化、公园及加利福利亚北部的硅谷计算机工业，1999.希腊1999年的污水系统已服务全国人口的年回用水量6X10* m2/d,管线长90 km,加压泵站380%,270个污水厂日处理污水1. 3 X 10* m3[15].座，调节水库1座,耗资1.4亿美元;回用水量达到MichalisKarvelas[16]调查了希腊北部帖撒罗尼迦污水2.8X10* m'/d时,管线总长400 km,预计耗资5亿厂中重金属分布情况,70%的Cu、Mn分布在污泥中,美元;2020年回用水量将达4X10* m'/d,回用水干管47% ~63%的Cd、Cr、Pb、Fe、Ni与Zn污水厂出水中.管径最大达2740mm.钢筋混凝土管,重力流输水<°0].V Mavroval[17]采用-种合成沸石铅,能在10 min内捕1994~1995年,美国洛杉矶县10个污水厂二级捉城市污水中70%的重金属,按三个步骤分离污水中出水量1. 96X10° m2/d,经絮凝、过滤、消毒后的三级的重金属:①沸石铅捕捉重金属;②膜分离被捕捉的重出水5%回用,另95%经植物塘、太阳能氧化塘、人工金属;③沸石铅再生.湿地处理后,去除氨氮97%,排入河流至海洋,因三级2.3日本出水无机氮(7.79~18.82 mg/L)及磷含量偏高,氨氮日本东京湾的开发速度基本与其经济增长速度同对海洋生物有刺激作用”。步,到1990年,累积开发面积250km2,潮浸区面积由2.2欧洲100年前的136km2降到1983年的10km2,潮浸区面北欧国家的水资源丰富,污水回用是为了保护水积的减少改变了东京湾的原始生态,污染物降解率下资源,地中海沿岸国家污水回用缓解了工农业用水之降.东京湾周边工厂产生的热岛效应,减弱了东京湾的急.污水湿地处理系统,植物根部氧的供给是-个关键热交换能力,同时加剧了水体的富营养化.为提高东京因素,植物将氧与营养物吸收至根部,在微生物作用.湾水环境质量.日本政府采取了以下措施:设立一权威下，降解污染物[8].JustynaCzemiel[9]提出建筑物的尿机构协调各经济实体之间的利益与矛盾;发动市民参液、粪便、灰水(来自厨房、洗浴的污水)应分离处理.市与东京湾的管理;建议在厨房洗碗碟前先擦去营养物，政污水中50%的氮与70%的磷来自人的排泄物,而人尽量减少营养物与污水排放量;直接在市政污水管道的排泄物的流量仅占市政污水流量的0.26%,加上冲上安装脱氮除磷装置[18]. Ignatius W ahyu Marjaka[19]厕用水也仅占9%.具体做法是将尿液分离出来,用罐等将多孔陶粒布置在污水管中,8周后,陶粒上2~2.5 cm储存,回到农田.粪便分离后与厨房的有机废物混合堆厚生物膜形成，生物膜由液相层、好氧层、厌氧层、陶粒肥,回到农田. Folke Gunther[10]将单独分离的灰水,先床层组成,好氧层主要去除碳源污染物(TOC),厌氧经过石灰.砂砾滤床,在好氧菌的作用下,去除有机物，层主要降解NO2与NO3.同时均匀pH值,再串联经过三个缓冲池,在池中水生3我国城市污水处理与利用对策植物的作用下，出水氮、磷浓度分别达到我国污水处理与利用现状与发达国家存在较大差0.06 mg/L,0.02 mg/L.基建成本为污水系统服务区距,针对我国基本国情，提出以下规划原则.内375/人;占地面积为40 m2/人.捷克的湿地系统处理城市污水已有30多年运行3.1合理划分排水分区实践,植物床(以芦苇床为主)面积为18~4 500 m2 ,-合理划分排水分区,综合确定再生水厂的数量与.般服务人口4~1 100 人，去除BOD.88% , SS84.3%，厂址,规划时应改变传统原则.污水排水范围的规划既TN51%,TP41.6%1.西班牙凯特罗利亚地区污水要考虑中国煤化工再生回用,还应分析当排水分区为60~2 000人，处理方法有传统活性污泥地地形YHCNMHG因素.过度集中的污水法快滤池、芦苇床、泥碳床，出水达到欧洲排放标处理厂有以下缺点:污水在管网中停留时间长,地下水准[12].M.Marcui8]分别用臭氧、活性碳、反渗透工渗入多,使污水浓度变稀,增加污水成本;污水收集与艺与超滤、反渗透工艺处理经沉淀、砂滤后的市政污水再生水利用管网系统造价高;局部干管如发生堵塞、断81裂等问题后,影响整个系统的运行;需要增加-定数量3.6污水系 统建设与运行资金筹措方式的提升泵站;污水可能污染地下水.污水处理厂适度集中,可结合各分区内水质水量特点及再生水用户用水应按照市场经济规律运行我国水工业,改革水价水质标准,充分发挥各种不同类型工艺流程效能.如过格政策,将水价调整到商品水的市场价格,用户用水量度分散,水质水量波动范围大,运行管理难度增加，也超额应按比例加价,取水、排污都应缴费,为我国城市污水设施建设与运行提供资金支持.会浪费财力.3.2 工艺流程优化4开发区污水系统规划设计分析标准活性污泥法的应用已有100 余年历史,目前珠江三角洲、长江三角洲、京津唐经济区的发展推世界各地污水厂仍以该法为基础工艺. AB法、A/O动了全国城市化进程.以珠江三角洲污水系统规划为法、A2/O法、氧化沟法、SBR法(CASS、CAST、UNI-例，分析开发区污水系统规划设计要点.TANK.IAT- DAT等均由SBR法演变形成)都是在珠江三角洲城市化水平已达50%,而污水二级处活性污泥法基础上发展起来的.我国幅员辽阔，各城市理率仅为8.3%.珠江广州河段、深圳河、江门河、佛山水质水量不同，受纳水体环境容量差异较大,污水处理汾江河等河流因溶解氧较低,已出现黑臭现象.工艺流程应有差别.例如经济水平较高的城市,可采用位于珠江三角洲腹地的佛山市黄歧镇面积19. 53 km?，物理化学法、膜处理法;用地不受限制地区,可用生态2020年规划人口28万人,1998年工业与房地产经济塘系统;在湿地及沼泽地,宜用自然净化法;处理较高总量达37亿元,雅瑶水道、水口水道、白沙水道在黄岐浓度城市污水可采用AB法.每一污水厂最优工艺应汇入珠江，珠江水道将黄岐分成海南(6.70 km2),海通过技术经济分析、科学试验确定.北(12.83 km2 )两部分,拟建2座污水厂.每座处理水量10X10*m'/d,占地150亩,分四期建成,每期处理3.3应优先选用合格的国产设备污水2.5X10* m3/d.海南片污水管网(路宽大于16 m国外各类污水处理设备,如格栅、水泵、鼓风机、曝的城市干道)总长度52 km,设污水提升泵站2座,海气机、投药设备、刮泥机、污泥脱水机、检测仪表等在我北片污水管网总长度40 km,设污水提升泵站2座.城国污水处理领域有较大市场,往往一个污水厂有多国市污水经粗格栅、污水提升泵站、细格栅、曝气沉砂池、设备,购买备品备件困难.我国相关产品因品种少、结A2/O氧化沟、二次沉淀池、砂滤池、消毒后贮存入清构落后、技术含量低而失去用武之地.我国应加大研发水池,深度处理水回用于3km2的生态旅游农业、市政力度,给予有实力的企业大力扶植.建设城市污水系统绿化、卫生、小溪源水、洗车、冲厕,清水池可作永久性应优先选用合格的国产设备.例如，国产大型卧螺机在消防水池.深圳南山污水处理厂生污泥脱水的应用，效果良佛山市里水镇面积75.4km2 ,2020年规划人口30万人,2001年经济总量74亿元,拟建7座污水厂，3.4预留分期发展的空间、 预留再生水管线位置每座处理水量约3X10* m3 /d,每座污水厂设污水提升污水系统的建设要预留分期发展与完善深度处理泵站1座,污水管网总长度268km.的空间.水质可靠、价格合理的再生水在我国有很大的珠江三角洲各开发区的具有相似性:水道密集;平市场,尤其是在北方缺水地区.新建城市道路除布置给均地下水位约在城市路面下1.0 m;地基承载力低;人水.雨水、污水、电力、电信、数据通讯、燃气管线外,还均综合需水量达750 L/d;经济实力雄厚.综合考虑污水系统分期建设、再生水回用、地理、应敷设再生水利用管线.水文、经济等诸因素,开发区每个污水厂纳污范围以3.5污泥的出路10-15 km2为宜;活性污泥法处理工艺仍为基础工污泥来自大自然,应返回大自然.污泥含有大量有艺;建设方式应由外资参与的BOT方式稳步发展成机物、营养元素,可作为污水厂自身绿化肥料,亦可制为我国中国煤化工成建筑材料.主要还是回用于农田,使其变废为宝,但YHCNMHG要对BOD、COD.TSS.TN.TP、致病微生物、土壤含盐量等定期监测.因为这些组分浓度过量后会对人类健我国城市污水处理与利用既要吸收发达国家成功康、环境、地下水.土壤及农作物造成危害C21].经验与科技成果,又要遵循我国国情,污水处理与利用82规划建设可参照以下原则:(1)合理划分排水分区;(2)Outline fora biologically based greywater purification plant in确定科学的工艺流程;(3)优先选用合格的国产设备;Sweden[J]. Ecological Engineering ,2000. 15(1~2):139-146.[11] V YMAZAL J. The use of sub- surface constructed wetlands for(4)污水厂应预留分期发展的空间;(5)新建城市道路wastewater treatment in the Czech Republic: 10 years experience应预留再生水回用管线位置或预先敷设;(6)改革水[J]. Ecological Engineering. 2002，18(5) :633-646.价、取水、排污体制,确保污水设施建设与运行所需资[12] GARCIA J, MUJERIEGO R.OBIS J M,et al. Wastewater treat-ment for small communities in Catalonia ( Mediterranean region)金.只有使我国的污水处理事业按照良性有序的轨道[J]. Water policy ,2001 ,3(4) :341-350.健康发展,有效地保护水资源.降低清洁水使用量,才[13] MARCUCCI M. TOGNOTTI L Reuse of wastewater for indus-能实现社会经济的可持续发展.trial needs: the Pontedera case[J]. Resources Conservation andRecycling,2002 ,34(4) :249-259.参考文献:[14] GUTTAU s. GTINTHERB R. HAPKE J. Investigations and1] 董辅祥，董欣东.节约用水原理及方法指南[M].北京: 中国建筑simulation of a membrane bioreactor system for application in re-工业出版社,2000.mote areas [J]. Desalination ,2002,144 (1~3) :405-409. .2] 张杰,陈秀荣，翼滨弘,等.提高再生水有机碳去除效率的研究[15] ANGELAKIS A N,BONTOUX L. 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School of Municipal & Environmental Engineering. Harbin institute of technology. Harbin 150090 , China;2. Dept. of Civil Engineering , W uhan polytechnic of university ，W uhan 430023 ,China)Abstract: The new advance on wastewater treatment and utilization in developed countries were introducedand discussed. Analysis of water pollution was carried out in China. By analyzing existing problems ofwastewater treatment and utilization in China, authors pointed out that advanced treatment and reuse owastewater , healthy water cycling are effective approaches of water condition protection. New ideas and meth-ods about wastewater treatment and utilization were put forward as follows:Planning the proper scope of drain-age nets;Deciding numbers and addresses of wastewater treatment plants exactly to make wastewater reuse ex-pediently ; Selecting suitable treatment train according to the中国煤化工y; Adopting domesticwastewater treatment facilities first; Leaving developing space (MHC N M H Gplant and reuse pipe-lines. Design experience of wastewater treatment system of the Pearl River Delta was summed up. 21refs.Key words :urban wastewater treatment and utilization ; countermeasure ;researchBiography :ZHANG Jie, male, born in 1938,Dr. , professor , municipal engineering.83