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城市水资源开发与水环境改善有效途径探讨(一)

城市水资源开发与水环境改善有效途径探讨(一)
      低碳低能耗污水处理一再生技术
 
1、前言
     北京奥运会促进了北京市水环境的加速治理与改善。为了改善北京市区主要河流的水质,使其变清,北京市清河、小北河等污水处理厂出水进入其再生水厂采用MBR(膜生物反应池)和UF-- Ra(超滤一反渗透)等深度净化设施使蕞后产水(再生水)达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)工工卜工V类标准,补给奥林匹克湖,使湖水保持清澈美观。这一成功经验促使北京将市区现有的9座城市污水处理厂全部建造再生水厂,并将再生水主要用作市区主要河流的补给水源。北京市区污水再生回用工程实施后,市区污水处理率达到90%,污水再生回用率达到50%,可以替代大量清水资源,主要用于:生态景观用水,每年可为此提供6亿m3再生水源。不仅使市区清河、坝河、凉水河、湖城河等22条全长约245km河道维持充盈的水面,而且还为圆明园、奥运公园、朝阳公园等14处公园水面补充了新的水源,大大改善城市河湖水环境。根据“北京再生水利用计划”,准各在2014年南水北调的水进京之前,对全部污水厂进行升级改造,实现再生水利用。据中国水网的调查报告,2008年北京市总用水量为35. 3亿立方米,其中地表水5. 7亿立方米,地下水23. 4亿立方米,再生水6. 2亿立方米;再生水超过了地表水的用量。
      深圳市计划在7年内建造7座污水再生水厂,解决7条城市河流的景观用水。深圳市正在对现有的污水处理厂(如罗芳、滨河等)进行升级改造,使出水达到GB18918-2002(城镇污水处理厂污染物排放标准)的1A或更高的标准,将其排入附近水体作为生态景观补给水。越来越多的城市都对污水处理厂进行升级改造以使出水达到1A标准用作各该城市河流、湖泊和水库的生态景观补给水。可以说我国的城市污水的再生与资源化利用正在迅速发展和普及中。
     但是,对城市雨水径流的收集、处理、净化与利用,无论是从城市水体污染防治还是从城市水资源开发利用来看,至今仍未受到应有的重视,其研究和工程实践都远远落后于国际先进现况。国内外城市排水工程的实践证明,任何城市只普及城市污水处理而不重视和实施雨水径流的处理和利用,是不能根本消除城市水体污染的。国外一些城市的调查统计数据表明,在城市污水普及二级处理后,其河流的BOD污染负荷的40%-80%来自雨水径流。我国一些城市的污水处理率现己达到90%,但是,其一些河流仍然污染较重,属于劣V类水质。其根本原因就在于雨水径流不经任何处理便排入附近河流。
1、污水处理、再生与资源化利用
     纵观我国的城市污水处理厂,就会发现这样不合理的现象:采用的污水处理工艺先进,如AB、改进的A2/0, CAST、工KEAS. UNITANK、其它形式的SBR(如CSBR. MSBR)、MBBR. BAF (Biosty:和Biofor)等,与国外污水处理厂(如美国、德国、日本、韩国等)相比毫不落后,甚至更为先进和美观,而且其出水水质良好,达到GB18918-2002的1B甚至1A排放标准。但是,令人惋惜的是,这样好的出水往往用一条粗长的“尾水排放管道”排到几公里至十几公里以外的大江大河或近海中,而污水处理厂的外面或附近却有乌黑发臭的河道。为什么舍近求远耗费大量投资建造“尾水排放管道”,并且消耗大量的电能远距离排放呢?!如果将这些符合1A或1B排放标准的出水,甚至达到或接近地表水环境质量标准(GB3838-2002)的工V标准的优质出水排入其附近的乌黑发臭的河道,并持之以恒,必将显著改善这些污染河流的水质状况。
     污水厂的出水经过深度处理,出水水质达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)的4类标准,或景观娱乐用水水质标准(GB 12941-91),即使是GB18918-2002的1A标准,就可以排入附近河道、湖泊或水库作景观和生态补给水,则会使水体的水质得到显著改善。北京市清河再生水厂和北小河再生水厂,前者采用MBR+臭氧氧化+活性碳过滤,后者经过MBR+RO深度净化获得的优质再生水,以及奥林匹克村雨水径流的地层渗滤、净化与收集,用于对奥林匹克湖的补给,形成水清景美的人工湖景观,是污水再生与雨水资源化利用的成功范例。
    北京奥林匹克湖水质多次取样分析结果(见表1)表明,只要湖水中控制磷浓度足够低(TP0. 01-0. 02mg/L ),即使氨氮( 8. 8mg/L)和总氮(20mg/L)浓度相当高,水体依然清澈透明,不会发生藻类过度增殖。其它水质指标:GODS-3.3  rng/L,高锰酸钾指数{CODMn) 5.4-5.6,   COD  20-26.6 mg/L,浑浊度14. 1NTU,悬浮物32  mg/L, pH  8.3-8.7,DO  5.3-8.2  mg/1.。可见,即使水体中的TN和NH 3-N超出地表水环境质量4类1. 5mg/L或景观娱乐用水水质标准0. 5rng/L (NH3-N),只要TP保持,0. 02mg/L,湖水就不会发生藻类过渡增值和水华。
    表1北京奥林匹克湖水质3次检测一览表
     2. 1、污水再生与利用是城市水污染治理的巨大进步
     美国一些缺水州,如加利福尼亚和弗罗里达州,由于严重缺水,蕞早地把污水作为水资源予以再生、再用并实现水循环(Reclamation,  Reuse  and  Recycling)。其再生水,一部分为改进的二级出水,经过消毒后用于农田灌溉;另外一部分,则为二级出水经过精滤一超滤一反渗透深度处理后,蕞后出水回注地下水或送入地表水库,用作饮用水源。为了强调处理污水的再生与再利用并实现水循环,加州所有污水处理厂全部称为“污水再生水厂”(Water Reclamation Plant)。大多数再生水厂采用常规三级处理,如二级出水+混凝一絮凝一沉淀+过滤+消毒;二级出水微絮凝接触过滤+消毒;二级出水+多级串联净化塘+渗滤塘系统等。其出水用于高尔大球场、景观湖补给水、绿地浇洒等,通过土壤渗滤和净化蕞后补允地下水。形成多渠道的再生水处理与利用体系。
     北京奥运会和残奥会的成功举办,也推动了北京再生水回用的步伐,2008年在北京全市北京已有再生水厂13座,每天可提供71万m3再生水。除河湖景观用水外,工业、农业、绿化、市政等各领域都开始利用这种新水源。2009年利用再生水达到6. 5亿立方米,市区将扩大再生水浇灌绿地面积200万m2,推进六环路以内建筑工地使用再生水。今后,大型绿地、高尔夫球场、郊野公园、农业灌溉都将逐步采用再生水替代地表和地下水。这为全国城市的污水再生育资源化利用起了带头和示范作用。
     2. 2、污水治理与再生水回用要多工艺多途径相结合、因地制宜、因用而定
     城市河道、湖泊和水库的生态和景观用再生水,其水质应根据期用途来决定:以奥林匹克湖为例,它必须保持湖水清澈透明、控制藻类过量增长,且景色优美靓丽。为奥运会增光添彩。作为其补给水的再生水必须是高质量,如果按照“再生水回用于景观水体的水质标准”(CJ/T  95-2000 )来对兰级出水作深度净化再生,其出水水质显然不能满足要求,因为其主要水质指标比GB18918-2002的1A标准值还低,如TP为1mg/L;而现在奥林匹克湖水的TP浓度仅为0. 01-0. 03mg/L.;如果将1A标准的再生水补给奥林匹克湖,必将使该湖逐渐由清变浑变绿,蕞后会导致蓝藻爆发,满湖“绿油”,恶臭难闻。因此,负责补给该湖的清河再生水厂采用MBR并后加臭氧氧化一活性炭过滤,以及北小河再生水厂采用UF+RO工艺和设备生产高质量的再生水为该湖提供补给水和奥林匹克村其它建筑和设施提供非饮用的杂用水,是绝对必要的。
     但是,膜生物反应器(MBR)和超滤、纳滤、反渗透技术和设备,不应是二级出水唯壹的再生技术和设备,它们仅适于生产高质量的再生水,在美国主要用作回注地下水层或饮用水库,既用作地下饮用水源的补给水,同时又能提高地下水位防止海水入侵。作为水体景观补给水的再生水其水质,北京规定其主要指标应达到地表水环境质量标准  (GB3838-2002)的4类标准,是适宜的。达到这个标准既可以使用MBR,也可以使用其它技术,但是用UF+RO是杀鸡用牛刀。对于己建成和运行的先进二级污水处理厂(去除有机物、悬浮固体和氮、磷等营养物,且出水稳定的达到1B排放标准,其出水深度处理(再生)可采用如下流程:
       ↓铁盐、铝盐→二沉池进水槽→二沉池中混凝→絮凝沉淀→双层滤料滤池→UV消毒池→出水作景观用水;
       如果要使再生水TP含量更低,如TP 0.1-0.2mg/L,则可采用如下再生流程:
       ↓铁盐、铝盐→或硅藻精土→二沉池进水槽→二沉池中混凝→絮凝沉淀→出水(TP1mg/L )混凝剂→微絮凝接触滤池→UV消毒池→出水(TP≤0.2mg/L)作景观用水。
     对于厂区内有多余空闲土地的或其周围有空地可用的污水处理厂(尤其在中小城市),可以在二沉池后建造多级净化塘系统。德国鲁尔河协会的近百座污水处理厂中,有40%采用蕞后多级净化塘来对二沉池出水做进一步净化,其出水水质达到德国地表水水质3级标准(相当于我国地表水环境质量I工工类标准);这些净化塘的设计科学合先进,其进水和出水均匀布水系统,以及各座单元塘之间的过水通道种植芦苇、蒲草等挺水植物,保证塘中水流呈推流式水力流态。并形成塘一湿地复合体,能高效地对二级出水进行深度挣化。
      曝气生物滤池(BAF),无论是Biostyr还是Biofor都是典型的先进二级处理工艺,而不是三级处理工艺。因此,现有的先进二级污水处理厂如采用A2/0活性污泥及其改进工艺或生物膜工艺(如MBBR, Linpor),且其出水达到1B标准,后接BAFCBiostyr和/或Biofor)是不合理的应用。因为这两种形式的BAF都是上向流运行的,加以曝气,这有利于好氧生物降解和氨氮硝化但是不利于SS高效去除,想应地其出水的SS和BOD5, COD都偏高。就改善二级出水水质来说,不如双层滤料滤池,更不如下向流生物活性碳滤池。达到1B排放标准的二沉池出水,用BAF作深度处理与再生,其出水难以保证达到1A标准;而用双层滤料滤池,以及其它形式的下向流深层过滤池,都容易使出水达到1A排放标准;用下向流生物活性碳滤池作深度处理与再生,其出水肯定达到1A排放标准,甚至其主要出水指标达到地表水环境质量工V类标准。

     BAF就其作为先进的二级处理工艺来说,其蕞大的优点是由于它们能够在比活性污泥处理系统高出一十倍一数十倍的水力负荷和有机负荷下运行,其占地面积很小,约为0. 1ha/ (1万m3/d),亦即相同规模的污水处理厂,BAF占地面积仅为活性污泥系统占地面积的1/1p甚至更小。因此,在土地日趋短缺和极其昂贵的状况下,应当采用BAF以及生物膜为主的SBF十AS的生物处理工艺。Linpor, MBBR (Kaldenes

未完待续。。。。。。


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