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知识 | 城镇污水高效处理支撑城市水循环系统可持续发展

我国每天会产生1亿多吨城市污水,如果将污水按照一定的水质标准或水质要求,利用适宜的技术方法进行净化处理,可以使其恢复水质安全性和特定使用功能。将污水再生处理后循环利用,不仅可以减少污染物排放,还可缓解我国缺水矛盾。污水经过适当的处理,达到要求的(规定的)水质标准,在一定范围内能够再次被有益利用,这种水称为再生水。目前,再生水已被广泛应用于农业灌溉、城市杂用、景观利用、地下水补给、工业利用等诸多方面。再生水往往会被称为中水,但其实两者是有区别的。“再生水”是我国城市污水再生利用标准中规定的规范术语,而“中水”是一个俗称,没有明确的定义。中水沿用了日本的叫法,是水质介于上水和下水之间的水。在日本,市政工程(给排水)领域将自来水称为上水,自来水管网称为上水道;把城市污水称为下水,排水管网称为下水道。

国内外现状

美国已将污水再生利用提高到保障国家供水安全的高度,开展了大量理论研究和实践探索。美国在20世纪70年代就提出了“21世纪水厂”的概念,近年在特定城市实现了污水处理后直接回用于饮用水。新加坡提出了“新水”的概念,并实现了城市污水的间接饮用回用。澳大利亚已经将再生水应用于洗衣。在欧洲,污水中有机物,特别是污水厂污泥的能源化利用非常普遍。厌氧发酵是目前最常用的,并且是可以在生产规模上实现将有机物转化为甲烷等能源物质的唯一可行技术。在日本,特别重视污水中氮、磷等植物营养元素的回收、利用。针对高氨氮和高磷酸盐污水,采用化学沉淀等方法回收氮、磷,作为肥料使用。日本等国家和欧洲正在研究利用污水中的氮、磷等营养元素培养微藻,以同时实现水质净化、二氧化碳吸收固定和微藻生物质能源(或生物柴油)生产,可谓“一石三鸟”。在我国,污水资源化利用已有近30年的历史,主要以水回用为主,但一直发展缓慢。2008年北京奥运会之后,再生水利用事业得到快速发展。2013年北京市的再生水利用量达到总供水量的20%以上,污水再生利用比例在全国最高。

在污水再生处理技术研究开发和利用方面,我国几乎与发达国家同步。污水再生处理技术主要包括生物处理技术、化学氧化技术、膜过滤技术和生态处理技术等。

生物脱氮除磷技术和基于污水直接厌氧发酵分解的能源化技术,是目前备受关注的生物处理技术,具有良好的应用前景。

化学氧化技术,包括臭氧氧化、紫外/双氧水氧化技术等,可以高效去除抗生素、雌激素药物等有毒有害的有机污染物,降低污水的健康风险和生态风险,在再生水处理中的应用值得关注。

膜过滤技术是近年发展起来的污染物物理分离去除技术,应用日益广泛。根据滤膜微孔的大小不同,可分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等技术。其中,反渗透工艺在污水回用于工业冷却、锅炉和生产工艺用水中的应用越来越多。

生态处理技术利用人工湿地、河湖塘等生态系统的水质净化作用来处理污水处理厂的出水,以提高水质安全。该技术可以改善城市景观,实现水污染治理、水资源利用与水生态保持的协调统一及有机融合。

很多经济开发区因汇集了众多工业企业而成为耗水大户,同时又产生大量污水,易造成供水紧张和水环境污染。经济开发区应采取科学、先进的节水技术和节水管理模式,优化污水再生利用体系,提高水资源利用效率。为突破水资源瓶颈,北京经济技术开发区在再生水利用上大做文章,建立了以园区外污水处理厂处理出水和园区内污水厂出水为“双水源”的再生水处理与利用系统,保证了水质水量稳定,大幅度削减了新鲜水源的取用,在经济快速发展的同时,基本实现了水资源利用零增长。由于再生水主要用途为电子类工业企业的生产工艺用水,故选择微滤—反渗透(MF-RO)工艺,用于生产高质量再生水。目前,开发区污水再生利用体系运转良好,其经验可供其他开发区参考。

在生产、日常生活中,只要用水就会产生污水,从这种意义上讲,污水是城市取之不尽、用之不竭的水资源,再生水将成为城市供水不可或缺的组成部分,特别是在缺水城市。再生水利用既要保证水质安全,又要关注公众心理接受程度,提高再生水的自然属性。再生水生态循环与梯级利用将是未来再生水安全高效利用的主要模式,在欧洲和北美备受关注。

将深度处理后的污水经过人工湿地、河湖景观水系等自然储存、输送和净化后再循环利用于工业、生活和农业,这样既保障了生态用水,又净化了水质,提高了水质安全。这种模式将通过工程措施处理后的再生水(工程再生水)转变为生态再生水,可以提高公众心理接受程度。同时,该模式实现了生态用水和工业、生活用水的梯级利用,平衡了工业、生活用水与生态用水间的矛盾,提高了利用效率,兼顾了各种需求。

挑战

城市污水再生利用在实践中仍面临很多挑战,如人们对再生水仍然存在一些疑虑,利用积极性不高等。采取科学、有效的技术手段和监管措施,切实保障再生水水质安全,成为污水再生利用领域亟须解决的重要课题。

将污水视为城市的非常规水源进行充分利用,各方已经达成共识,但在再生水利用途径、利用模式和利用系统建设以及水质标准制定方面仍存在不同的意见。如污水再生利用模式方面,是采取集中处理和集中回用还是采取分散处理和分散利用?再生水直接饮用回用是否是未来的发展方向?这些问题有待进一步研究探讨。