城市節水技術的實際應用 |
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1. 節水（Water Conservation）的含義 節水的含義值得深入討論，如單從字面上理解，往往被認為就是節約用水，實際上節水的含義深廣，並不局限於用水的節約。它包括水資源（地面水和地下水）的保護，控制和開發，並保證其可獲得的最大水量進行合理經濟利用，也有精心管理和文明使用自然資源之意。因此，對節水需作廣義理解，節水為水管理的一個不可分割的重要部分。 2. 我國目前節水的主要情況 中國水資源短缺、淡水資源總量約每年26200億立方米，人均占有量為每年2392立方米，為世界人均占有量的四分之一，名列第110位，而且這一緊缺的水資源在時空分佈上很不均勻，利用難度很大。隨著國民經濟的發展和城市生活水平的提高，很多地區特別在北方和某些沿海城市發生水資源短缺和污染問題。嚴重缺水的城市如太原、青島、大連等已采取措施推動污水回用。近年來，我國政府更加關註水資源的短缺和污染問題，促進瞭自來水廠和污水處理廠的建設，至1997年底，中國的城市日供水量達1.90億立方米，但是現在我國668個城市中約有330個城市缺水，按目前經濟增長速度估計，至2000年城市每年缺水量將超過200億立方米。目前城市污水排放總量約每年212億立方米，而污水處理率僅13.7%，大部分城市污水未經處理排入水體，經觀察，地面水受到嚴重污染。 我國約三分之二的城市以地下水為主要水源，而現在地下水開發和保護方面存在很多問題，其中管理不善，超量開采，造成地下水位連續下降，城市地下水資源普遍遭到污染，這些問題直接影響瞭地下水資源的可持續利用。因此很多城市別無選擇，隻得采取遠距離取水，這樣，長距離引水工程項目的建設與日俱增，在此情況下，水資源的緊缺和污染已成為我國國民經濟發展的一個制約因素。面對這一嚴峻形勢，必須實行水資源的統一規劃與管理，把用水問題，特別是將節水工作納入社會經濟發展規劃，建立與健全相應的規章制度，認真貫徹開源節流並重方針，加強節水的科學管理，全面開展節水工作，通過多種途徑開辟新水源，加強污水處理，搞好污水回用，保護生態環境。 3. 水價 水價是節水中的一個重要事項，須加以合理制定，合理的水價能促進社會經濟發展，減少水的消耗和改善水環境。眾所周知，水是一種商品，但現行水價遠低於其市場價值，低水價造成瞭人們對水的低價值觀念，不利於消費者采取有效的節水措施。由於城市給排水系統屬於公益性事業，其效益主要是社會環境效益，為瞭給排水事業和社會經濟的持續發展，適當提高對所有有經濟收入部門以及傢庭用水的水價標準是完全必要的。在我國的多數城市，每戶都裝有水表，可根據自來水用量計算水費，這一水費包括制水的基建投資和運行維護費用等。對於污水收費可使用同一水表估算傢庭污水量。下水道用戶付費也可使用水表中的水耗數據進行估算，污水付費將高於水費。為公平收費，需引進水和污水的累進付費制度，這樣，單位水價將隨水量的增加而增加。 本報告還介紹瞭日本大阪市下水道用戶付費系統，美國Florida州的供水和污水處理收費系統以及我國一些城市的城市污水處理付費系統。 4. 市政節水技術對策 宜從以下幾方面推進市政節水工作： ☆ 加強城市供水管網的維護管理、改進測漏技術、采取有效措施進行治漏、努力減少管網漏失量是城市節水的重要方面。有的城市使用的檢漏儀器比較敏感，發現漏水的管段十分準確。城市管網使用的管材的質量和接口形式越來越引起人們的註意，我國已廣泛使用新型管材和接口，對於減少管網漏失率有一定作用。 ☆ 凈水廠排水盡量自身回用以節約大量用水，我國近幾年新設計的水廠已考慮將濾池反沖洗水和沉淀池排水經濃縮後將上清液進行回收。 ☆ 選用質量好的節水型用水器具，對節約居民生活用水和公共場所用水起到很大的作用。特別是抽水馬桶的設備，這不僅可節約大量用水，還可節約水費開支，宜加以推廣。 5. 工業節水技術對策 ☆ 工業節水包括冷卻水的循環使用，工藝用水工序間的重復使用，其中，冷卻水的循環使用是工業節水的重要技術對策。
☆ 采用低水耗和零水耗工藝，以進一步提高節水效率。 6. 污水處理技術的新發展和應用實踐 其中引進瞭所謂“先進一級處理（APT)”的概念，作為二級生物處理（BST）的替代工藝，以期在不需要增加多少資金（費用）的情況下即可提高污水處理廠的處理能力。APT法對懸浮固體和膠體物質的去除具有明顯效果。一般可去除懸浮固體80%～90%，BOD為 70%～80%，COD 40%～60%，細菌80%-90%，磷75%-95%。而使用常規一沉池時，其去除率為：懸浮固體50%～60%，BOD 25%～40%，因此，在處理工藝的評價和選用中，對ATP法的關註及其與BST法的比較很有必要。 6.1 主要的二級生物處理(BST)工藝 有關水體的污染負荷方面,目前對於污水處理廠去除營養物質效率的要求顯著提高瞭,為達到廢水排放標準,防止水體富營養化以及缺水地區的污水回用，對污水的除磷脫氮得到瞭重視。因此已經在建設具有除磷脫氮功能的新污水處理廠，一些老廠也在改造使其具有除磷脫氮功能。傳統的二級生物處理 (BST) 可對有機物進行有效處理，大量去除廢水中的BOD,但除磷脫氮效率低，因此污水處理廠出水排入封閉性和半封閉性水體時，需要提高營養物質的去除效率以防止水體富營養化。在污水除磷脫氮工藝中,將兩種已經開發和應用的除磷脫氮工藝簡述於後： 6.1.1 循環式活性污泥工藝 (CAST) 根據有關資料報道和筆者赴美對序批式活性污泥法的考察，其中由Goronszy開發的循環式活性污泥工藝(CAST)可有效地處理城市污水，通常采用4小時循環周期（2小時曝氣，2小時非曝氣），暴雨時采用2小時循環周期，沉淀和撇水順序時停止進水。因此，正常的運行系統由以下各階段組成，即充水/曝氣，沉淀，撇水，閑置。該系統設置厭氧選擇器，混合液從主曝氣區回流至選擇器。很多中國專傢對CAST工藝甚為關註，由於水體富營養化問題的加劇，現在該工藝除在工業廢水中廣泛應用外，已在我國城市污水處理中陸續采用。 6.1.2 氧化溝工藝 氧化溝工藝與常規法相比具有以下一些主要優點： 無須設置初沉池； 工藝運行更為穩定可靠； 工藝控制簡便； 污泥相對穩定，可不經厭氧消化直接脫水幹化； 該系統的工作表明，可去除BOD 95~98%, COD 80~90%, 同時，對氨氮的去除程度較高，因此，其凈化效果優於常規系統。然而，傳統的氧化溝尚存在一些不足之處，例如因溝深的限制，使占地面積較大。 本報告介紹瞭三種類型的氧化溝，即卡魯塞爾(Crrousel)系統，交替運行系統和奧貝爾(Orbal) 系統。每種類型的氧化溝各有其優缺點，其共同的特點是對氮、磷的處理能力提高瞭。單純采用氧化溝的生物除磷脫氮方法，可使出水的TN為6~10mg/L, TP為1~2mg/L。現在氧化溝處理城市污水在中國業已廣泛采用。 6.2 先進一級處理(ATP) 采用先進一級處理(ATP)去除磷、懸浮固體與有機物在一些國傢已應用多年，特別在Scandinavia半島、瑞士和加拿大的Ontario省使用較多，美國和德國不少采用ATP的污水處理廠現在也在運行。在常規法的污水處理中，化學沉淀往往與生物處理相結合，以提高磷的去除率。此外原水中的部分有機物得以去除，污水中的細菌、病毒、腸道寄生蟲卵和重金屬能有效地去除。 在Scandinavia由於氣候嚴寒且化學絮凝劑價格低廉，因此采用APT處理污水，在基建造價和運轉費用較低的情況下取得較好的處理效果。鑒於中國的具體情況與Scandinavia不同，處理工藝的選擇需符合中國國情，對於出水TP濃度要求大於0.5 mg/L時，去除1 mole磷的金屬鹽投加量為1~2 mole。為達到出水磷的嚴格要求，采用APT所需的運行費用將遠高於二級生物處理(BST)。APT的運行維護費用通常與系統的關系極為重要。運行費用包括投加的化學品、電耗、勞力以及污泥處理處置所增加的費用。APT所增加的化學污泥的處理和處置問題十分復雜，對於一個大型城市污水處理廠，金屬鹽的投加及所增加污泥的處理處置所需費用十分昂貴，對於一個小型污水處理廠，則所需費用便要少些。鑒於以上情況，目前APT系統可應用於我國的小型城市和嚴寒地區的污水處理。 7. 污水回用 城市污水是中國城市地區的主要水源之一，因此對污水的需求及其與非飲用為目的的污水回用有關衛生健康問題需進行研究。國傢的經濟發展和人民生活水平的提高需要增加水資源，因此急需努力開發非常規水源。排放至水體（供應生活和工農業用水的河流、湖泊、地下水域）的處理水已成為國傢非計劃內的淡水供應的重要組成部分，因此，污水必須經過適當處理去除和減少有害物質，防止危害水體。實際上城市污水的回用已成為國傢水資源開發利用和保護中的一個十分重要的問題。從80年代開始，中國在城市污水回用的開發方面作出很大努力，廢水經適當處理後可回用於工業和灌溉（包括農作物、高爾夫球場、公園和其他娛樂場所等），處理水也用於回灌地下水。污水回用是節省有限的高質量飲用水的一個重要措施，中國政府對再生污水回用作為非飲用水給予強有力的支持。 以下列舉瞭在中國實施的污水回用的三種重要途徑—農業灌溉、地下水回灌和工業冷卻。 7.1 農業灌溉 中國早在50年代就開始利用城市污水灌溉農田，污水灌溉農田除為缺水地區提供灌溉用水的附加水源以及農作物生長所需的營養物質外，污水歸田還可防止水體污染，保護飲用水源的水質和安全性。過去由於大部分污水未經處理直接灌田，造成土壤、作物和地下水受到一定程度的污染。根據污水灌溉對健康影響的流行病學研究分析結果證實，污水灌溉所引起的疾病傳播均與使用原污水或未經合適處理的污水有關。總的看來，由於水資源的緊缺，灌溉用水得不到保證，污水灌溉不但需繼續進行，而且是污水回用的主要途徑，關鍵問題是必須加強污水處理，改善灌溉用水水質。 7.2 地下水回灌 用再生污水和剩餘地表水（雨水）回灌地下水是回用的一個重要方面，地下水回灌的目的是為瞭減少和停止地下水位的下降，甚至使水位有所上升，增加地下水供應量。地下水回灌還可儲存雨水和經處理的污水以備使用。地下水回灌系根據當地氣候水文條件，以不同循環周期在佈水場地上進行間歇充水。 再生水經過土壤與地下水層的滲濾和滲透可提高整個污水處理系統的可靠程度，不飽和含水層處理污水的容量很大，其中，懸浮固體被過濾去除，溶解性有機物被生物降解去除，微生物通過吸附過濾去除。為防止再生水對含水層的影響，須將地下水回灌在時空上加以分離，這是地下水回灌在公共衛生方面的一個重要考慮。因此，妥善的預處理對地下水回灌至關重要，處理要求根據污水來源和回灌地區有所不同。 7.3 工業冷卻 大型冷卻系統中有各種不同情況，如近海的大型發電站或煉油廠的非接觸冷卻，主要金屬工業相對惰性材質的直接接觸冷卻，以及水資源短缺地區的內陸大型工業的非接觸循環冷卻系統。 工業冷卻塔的運行面臨四個水質問題，即熱交換器和冷凝器中結垢、堵塞、腐蝕和微生物繁殖，淡水和城市污水中均含有能產生上述問題的污染物，不過城市污水中污染物的濃度較高。當再生水回用於冷卻系統時，為保護工作人員的健康，合適的消毒是個首要問題。通常使用再生城市污水的水質要求與使用淡水相同，可設計采用污水深度處理，以減少磷（控制結垢），懸浮固體（控制堵塞），微生物（控制微生物和致病菌繁殖）。另外，為使其他的有害物質引起的腐蝕作用減少到最低程度，有必要在工廠內部采用化學處理如鋅/鉻處理方法，這些產生腐蝕作用的物質包括總溶解性固體，在常規處理單元過程和運行中加以去除，費用昂貴。 8. 石傢莊橋東污水處理廠可行性研究實例分析 傳統活性污泥法系統的負荷較高，相應的水力停留時間較短，從而減少瞭所需的曝氣池池容。其剩餘污泥通常進行厭氧消化，傳統活性污泥法系統所需的基建和運行費用也較低。其主要缺點為除磷脫氮效率不高。 A2/O工藝具有較高的除磷脫氮效果與運行的可靠性，其主要弱點是占地面積較大，所需基建費用較高。 氧化溝工藝與A2/O工藝以及傳統活性污泥法工藝相比，其抗沖擊負荷能力較強，運行管理更為穩定簡便，除磷脫氮效果遠優於傳統活性污泥法。對上述工藝進行瞭優缺點的比較後，認為氧化溝工藝應是石傢莊市橋東污水處理廠采用的最佳工藝。 9. 城市污泥的土地處置和農業利用 隨著我國城市污水處理事業的發展，需要處理利用的污泥量相應增加，大部分城市污泥含有約50~60 % VS, 3.0 % TN, 2.0 % P2O5。污泥中營養物質含量較高。我國的污泥農業利用已有很長歷史，污泥農業利用可節省農民使用昂貴的化肥所需費用,因此十分經濟。在我國的有些地區施用污泥時，進入土壤中的污泥水分是一種寶貴的資源，幹固體含量為5~20%的污泥通常由農民無償取走。我國的大部分城市污水污泥含有較大比例的工業排放物質，這種污泥用於農業，所含重金屬會污染農田，影響農產品的質量和產量。為避免上述問題的產生，對於污泥利用必須強調工業預處理和源頭控制。另外，在污水處理過程中，污水中的大量細菌、病毒和寄生蟲卵會濃縮在污泥中，其中，一小部分微生物是病原菌，可通過厭氧消化加以大量去除。 濕污泥和脫水污泥均可在農田上施用，為節省運費，一般應考慮污泥脫水。通常降低運費對於大城市更為重要，對於我國的一些小城鎮就不一定設置污泥脫水設施。應將污泥的處置和利用兩者密切結合起來考慮，以實現城市污泥的長期持續利用。 10. 沿海城市的海水利用 在沿海城市充分利用海水作為工廠冷卻水或工藝用水是節約淡水的一個有效措施，對冷卻水系統的管道和設備應作防腐。天津堿廠將處理後的海水先用作冷卻水，然後用於溶鹽既節約瞭淡水又利用瞭海水中的鹽分。大連、青島、寧波等許多沿海城市的電廠也都利用海水作為冷卻水，積累瞭豐富的實踐經驗。海水淡化因耗能大、成本高，在短期內還不能成為我國沿海城市供水的重要水源，但隨著淡水價值的不斷提高，海水淡化成本的降低，應用海水淡化技術以獲取更多的淡水，是今後沿海城市節約淡水解決危機的重要方向。 |
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