第19卷第2期湖南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol, 19 No. 22004年6月Journal of Hunan University of Science &. Technology( Natural Science Edition)Jun, 2004我國城市污水處理與利用對策研究張杰'， 李碧清'，李繼祥’，高潔'(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱院150090;2. 武漢工業(yè)學(xué)院土木系,湖北武漢430023)摘要:介紹了發(fā)達(dá)國家污水處理與利用的新進展.分析了我國水環(huán)境面臨的嚴(yán)峻現(xiàn)實及污水處理與利用中存在的問題;指出污水深度處理與回用、形成水的健康良性循環(huán)是保護與恢復(fù)城市水環(huán)境的有效途徑;認(rèn)為城市污水處理與利用規(guī)劃設(shè)計要打破傳統(tǒng)設(shè)計規(guī)則,合理劃分排水分區(qū),充分考慮再生水回用,科學(xué)地確定污水廠廠址與數(shù)量,選擇適合我國各地實情的工藝流程,優(yōu)先選用合格的國產(chǎn)污水處理設(shè)備,預(yù)留污水廠分期發(fā)展的空間,新建城市道路應(yīng)預(yù)敷再生水回用管線.以珠江三角洲開發(fā)區(qū)為例.探討了城市新區(qū)污水系統(tǒng)的設(shè)計原則.參21.關(guān)鍵詞:城市污水處理.與利用;對策;研究中圖分類號:X37文件標(biāo)識碼:A.文章編號:1672 -9102(2004)02-0080-04我國工農(nóng)業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、旅游業(yè)等迅速發(fā)展,水環(huán)成回用2X 10*m*/d的示范工程;青島市海泊河污水境污染卻愈演愈烈.目前我國城市污水二級處理率僅廠的再生水回用工程已運行.為14%.七大江河及內(nèi)陸河水體質(zhì)量IV-V類占1我國城市污水處理與利用存在的問題45%,太湖、東湖.滇池等主要城市湖泊及城市近海富營養(yǎng)化嚴(yán)重,多數(shù)城市地下水受到-定程度的點狀和我國城市污水處理與利用存在以下問題: (1)城.面狀污染.經(jīng)對我國部分城市污水廠污染物去除率分市污水處理廠過于集中,再生水回用難度大.我國城市析,傳統(tǒng)二級生物處理對COD、BOD、TSS去除率可達(dá)老城區(qū)排水系統(tǒng)大多數(shù)為合流制系統(tǒng),為綜合治理污80% -95%,但對TN.TP的去除率只能達(dá)到35% -水,或改造為分流制，或建造污水截流系統(tǒng),但在已建75% ,若含有以，上污染物的二級處理水排入湖泊、海灣布滿各種管線的城市道路上施工再生水管線是有很大等封閉性水域或緩流水體,必然導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化.困難的;(2)再生水用戶回用管系統(tǒng)未建立;(3)國外資我國2000年城市總需水量7.1X10m3,每年遞增金、技術(shù)與設(shè)備相繼進入我國污水處理市場,阻礙了我2.3%1.據(jù)統(tǒng)計1997年污水排放量3.5X101°m',預(yù)國技術(shù)與設(shè)備體系的建立.(4)公眾心理接受再生水回計2010年增加到4. 4X 101m3 ,2020年達(dá)到5.4 X用有一個過程;(5)缺乏建設(shè)資金.100m*.污水總量在不斷增大,即使二級處理率大幅2國外污水處理與利用的若干進展度提高,排入自然水體中污染物仍有增加.因此水污染控制的唯-有效途徑是對城市污水進行深度處理,使美國、西歐污水處理與利用已有較高普及率，世界之達(dá)到水環(huán)境自凈要求,或?qū)⑽鬯疃忍幚砗蠡赜?各國污水處理率見表經(jīng)過多年的科研攻關(guān)，我國污水處理與利用技術(shù)表1世界各國污水處理普及率單位:%取得了長足進步.以增加生化反應(yīng)池中的生物量為目Tab.1 Advanced treatment efficiency in the world的的生物濾膜好氣濾池[23提高了生化反應(yīng)效率;各種日本英國德國加拿大美國芬蘭瑞典19971993，1993“ 19931993形式的填料、組合工藝都有了廣泛應(yīng)用.我國第一個污5:96)0771779水回用示范工程于1992年在大連運行,該工程以厭氧48_28878好氧活性污泥法進行二級處理，以水力澄清池和普*表示二級處理普及率，* *表示深度處理普及率通快濾池進行深度凈化使城市污水再生,開發(fā)了城市第二水源[4];北京高碑店污水處理廠已建成1 X2.1中國煤化工10*m'/d中水回用車間;天津紀(jì)莊子污水處理廠已建.MHCNMH G白處理污水量6.4 X美凹山業(yè)山門小心吐I收稿日期:2004-01-05基金項目:國家科技攻關(guān)計劃課題(編號:2002BA806B04)作者簡介:張杰(1938- ).男,遼寧本溪人,中國工程院院士，博士,哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授,主要從事水處理與水環(huán)境恢復(fù)研究.8010°m2 ,服務(wù)130萬人口,污水經(jīng)初沉池、兩段活性污廠出水,再生水水質(zhì)均達(dá)到附近工廠用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),臭泥法、三層濾料(煤.石榴石、砂)、氯消毒工藝后,出水氧.活性碳對COD去除效率較高,超濾對病毒與細(xì)菌指標(biāo)接近飲用水標(biāo)準(zhǔn),總含鹽量為800 mg/L.但舊金的去除率較高.Simonel14]等利用生物反應(yīng)器.超濾膜山灣濕地潮汐水含鹽濃度為10000~20000mg/L,為處理海洋輪船上的生活污水，去除COD95%,保護濕地上的海生動物,美國國家環(huán)保局與舊金山水BOD98% ,出水COD20~ 40 mg/L, BOD5~10 mg/L.質(zhì)控制中心決定將再生水回用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、市政綠該工藝具有省地、布局緊湊的優(yōu)點.化、公園及加利福利亞北部的硅谷計算機工業(yè)，1999.希臘1999年的污水系統(tǒng)已服務(wù)全國人口的年回用水量6X10* m2/d,管線長90 km,加壓泵站380%,270個污水廠日處理污水1. 3 X 10* m3[15].座，調(diào)節(jié)水庫1座,耗資1.4億美元;回用水量達(dá)到MichalisKarvelas[16]調(diào)查了希臘北部帖撒羅尼迦污水2.8X10* m'/d時,管線總長400 km,預(yù)計耗資5億廠中重金屬分布情況,70%的Cu、Mn分布在污泥中,美元;2020年回用水量將達(dá)4X10* m'/d,回用水干管47% ~63%的Cd、Cr、Pb、Fe、Ni與Zn污水廠出水中.管徑最大達(dá)2740mm.鋼筋混凝土管,重力流輸水<°0].V Mavroval[17]采用-種合成沸石鉛,能在10 min內(nèi)捕1994~1995年,美國洛杉磯縣10個污水廠二級捉城市污水中70%的重金屬,按三個步驟分離污水中出水量1. 96X10° m2/d,經(jīng)絮凝、過濾、消毒后的三級的重金屬:①沸石鉛捕捉重金屬;②膜分離被捕捉的重出水5%回用,另95%經(jīng)植物塘、太陽能氧化塘、人工金屬;③沸石鉛再生.濕地處理后,去除氨氮97%,排入河流至海洋,因三級2.3日本出水無機氮(7.79~18.82 mg/L)及磷含量偏高,氨氮日本東京灣的開發(fā)速度基本與其經(jīng)濟增長速度同對海洋生物有刺激作用”。步,到1990年,累積開發(fā)面積250km2,潮浸區(qū)面積由2.2歐洲100年前的136km2降到1983年的10km2,潮浸區(qū)面北歐國家的水資源豐富,污水回用是為了保護水積的減少改變了東京灣的原始生態(tài),污染物降解率下資源,地中海沿岸國家污水回用緩解了工農(nóng)業(yè)用水之降.東京灣周邊工廠產(chǎn)生的熱島效應(yīng),減弱了東京灣的急.污水濕地處理系統(tǒng),植物根部氧的供給是-個關(guān)鍵熱交換能力,同時加劇了水體的富營養(yǎng)化.為提高東京因素,植物將氧與營養(yǎng)物吸收至根部,在微生物作用.灣水環(huán)境質(zhì)量.日本政府采取了以下措施:設(shè)立一權(quán)威下，降解污染物[8].JustynaCzemiel[9]提出建筑物的尿機構(gòu)協(xié)調(diào)各經(jīng)濟實體之間的利益與矛盾;發(fā)動市民參液、糞便、灰水(來自廚房、洗浴的污水)應(yīng)分離處理.市與東京灣的管理;建議在廚房洗碗碟前先擦去營養(yǎng)物，政污水中50%的氮與70%的磷來自人的排泄物,而人盡量減少營養(yǎng)物與污水排放量;直接在市政污水管道的排泄物的流量僅占市政污水流量的0.26%,加上沖上安裝脫氮除磷裝置[18]. Ignatius W ahyu Marjaka[19]廁用水也僅占9%.具體做法是將尿液分離出來,用罐等將多孔陶粒布置在污水管中,8周后,陶粒上2~2.5 cm儲存,回到農(nóng)田.糞便分離后與廚房的有機廢物混合堆厚生物膜形成，生物膜由液相層、好氧層、厭氧層、陶粒肥,回到農(nóng)田. Folke Gunther[10]將單獨分離的灰水,先床層組成,好氧層主要去除碳源污染物(TOC),厭氧經(jīng)過石灰.砂礫濾床,在好氧菌的作用下,去除有機物，層主要降解NO2與NO3.同時均勻pH值,再串聯(lián)經(jīng)過三個緩沖池,在池中水生3我國城市污水處理與利用對策植物的作用下，出水氮、磷濃度分別達(dá)到我國污水處理與利用現(xiàn)狀與發(fā)達(dá)國家存在較大差0.06 mg/L,0.02 mg/L.基建成本為污水系統(tǒng)服務(wù)區(qū)距,針對我國基本國情，提出以下規(guī)劃原則.內(nèi)375/人;占地面積為40 m2/人.捷克的濕地系統(tǒng)處理城市污水已有30多年運行3.1合理劃分排水分區(qū)實踐,植物床(以蘆葦床為主)面積為18~4 500 m2 ,-合理劃分排水分區(qū),綜合確定再生水廠的數(shù)量與.般服務(wù)人口4~1 100 人，去除BOD.88% , SS84.3%，廠址,規(guī)劃時應(yīng)改變傳統(tǒng)原則.污水排水范圍的規(guī)劃既TN51%,TP41.6%1.西班牙凱特羅利亞地區(qū)污水要考慮中國煤化工再生回用,還應(yīng)分析當(dāng)排水分區(qū)為60~2 000人，處理方法有傳統(tǒng)活性污泥地地形YHCNMHG因素.過度集中的污水法快濾池、蘆葦床、泥碳床，出水達(dá)到歐洲排放標(biāo)處理廠有以下缺點:污水在管網(wǎng)中停留時間長,地下水準(zhǔn)[12].M.Marcui8]分別用臭氧、活性碳、反滲透工滲入多,使污水濃度變稀,增加污水成本;污水收集與藝與超濾、反滲透工藝處理經(jīng)沉淀、砂濾后的市政污水再生水利用管網(wǎng)系統(tǒng)造價高;局部干管如發(fā)生堵塞、斷81裂等問題后,影響整個系統(tǒng)的運行;需要增加-定數(shù)量3.6污水系 統(tǒng)建設(shè)與運行資金籌措方式的提升泵站;污水可能污染地下水.污水處理廠適度集中,可結(jié)合各分區(qū)內(nèi)水質(zhì)水量特點及再生水用戶用水應(yīng)按照市場經(jīng)濟規(guī)律運行我國水工業(yè),改革水價水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),充分發(fā)揮各種不同類型工藝流程效能.如過格政策,將水價調(diào)整到商品水的市場價格,用戶用水量度分散,水質(zhì)水量波動范圍大,運行管理難度增加，也超額應(yīng)按比例加價,取水、排污都應(yīng)繳費,為我國城市污水設(shè)施建設(shè)與運行提供資金支持.會浪費財力.3.2 工藝流程優(yōu)化4開發(fā)區(qū)污水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計分析標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法的應(yīng)用已有100 余年歷史,目前珠江三角洲、長江三角洲、京津唐經(jīng)濟區(qū)的發(fā)展推世界各地污水廠仍以該法為基礎(chǔ)工藝. AB法、A/O動了全國城市化進程.以珠江三角洲污水系統(tǒng)規(guī)劃為法、A2/O法、氧化溝法、SBR法(CASS、CAST、UNI-例，分析開發(fā)區(qū)污水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計要點.TANK.IAT- DAT等均由SBR法演變形成)都是在珠江三角洲城市化水平已達(dá)50%,而污水二級處活性污泥法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的.我國幅員遼闊，各城市理率僅為8.3%.珠江廣州河段、深圳河、江門河、佛山水質(zhì)水量不同，受納水體環(huán)境容量差異較大,污水處理汾江河等河流因溶解氧較低,已出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象.工藝流程應(yīng)有差別.例如經(jīng)濟水平較高的城市,可采用位于珠江三角洲腹地的佛山市黃歧鎮(zhèn)面積19. 53 km?，物理化學(xué)法、膜處理法;用地不受限制地區(qū),可用生態(tài)2020年規(guī)劃人口28萬人,1998年工業(yè)與房地產(chǎn)經(jīng)濟塘系統(tǒng);在濕地及沼澤地,宜用自然凈化法;處理較高總量達(dá)37億元,雅瑤水道、水口水道、白沙水道在黃岐濃度城市污水可采用AB法.每一污水廠最優(yōu)工藝應(yīng)匯入珠江，珠江水道將黃岐分成海南(6.70 km2),海通過技術(shù)經(jīng)濟分析、科學(xué)試驗確定.北(12.83 km2 )兩部分,擬建2座污水廠.每座處理水量10X10*m'/d,占地150畝,分四期建成,每期處理3.3應(yīng)優(yōu)先選用合格的國產(chǎn)設(shè)備污水2.5X10* m3/d.海南片污水管網(wǎng)(路寬大于16 m國外各類污水處理設(shè)備,如格柵、水泵、鼓風(fēng)機、曝的城市干道)總長度52 km,設(shè)污水提升泵站2座,海氣機、投藥設(shè)備、刮泥機、污泥脫水機、檢測儀表等在我北片污水管網(wǎng)總長度40 km,設(shè)污水提升泵站2座.城國污水處理領(lǐng)域有較大市場,往往一個污水廠有多國市污水經(jīng)粗格柵、污水提升泵站、細(xì)格柵、曝氣沉砂池、設(shè)備,購買備品備件困難.我國相關(guān)產(chǎn)品因品種少、結(jié)A2/O氧化溝、二次沉淀池、砂濾池、消毒后貯存入清構(gòu)落后、技術(shù)含量低而失去用武之地.我國應(yīng)加大研發(fā)水池,深度處理水回用于3km2的生態(tài)旅游農(nóng)業(yè)、市政力度,給予有實力的企業(yè)大力扶植.建設(shè)城市污水系統(tǒng)綠化、衛(wèi)生、小溪源水、洗車、沖廁,清水池可作永久性應(yīng)優(yōu)先選用合格的國產(chǎn)設(shè)備.例如，國產(chǎn)大型臥螺機在消防水池.深圳南山污水處理廠生污泥脫水的應(yīng)用，效果良佛山市里水鎮(zhèn)面積75.4km2 ,2020年規(guī)劃人口30萬人,2001年經(jīng)濟總量74億元,擬建7座污水廠，3.4預(yù)留分期發(fā)展的空間、 預(yù)留再生水管線位置每座處理水量約3X10* m3 /d,每座污水廠設(shè)污水提升污水系統(tǒng)的建設(shè)要預(yù)留分期發(fā)展與完善深度處理泵站1座,污水管網(wǎng)總長度268km.的空間.水質(zhì)可靠、價格合理的再生水在我國有很大的珠江三角洲各開發(fā)區(qū)的具有相似性:水道密集;平市場,尤其是在北方缺水地區(qū).新建城市道路除布置給均地下水位約在城市路面下1.0 m;地基承載力低;人水.雨水、污水、電力、電信、數(shù)據(jù)通訊、燃?xì)夤芫€外,還均綜合需水量達(dá)750 L/d;經(jīng)濟實力雄厚.綜合考慮污水系統(tǒng)分期建設(shè)、再生水回用、地理、應(yīng)敷設(shè)再生水利用管線.水文、經(jīng)濟等諸因素,開發(fā)區(qū)每個污水廠納污范圍以3.5污泥的出路10-15 km2為宜;活性污泥法處理工藝仍為基礎(chǔ)工污泥來自大自然,應(yīng)返回大自然.污泥含有大量有藝;建設(shè)方式應(yīng)由外資參與的BOT方式穩(wěn)步發(fā)展成機物、營養(yǎng)元素,可作為污水廠自身綠化肥料,亦可制為我國中國煤化工成建筑材料.主要還是回用于農(nóng)田,使其變廢為寶,但YHCNMHG要對BOD、COD.TSS.TN.TP、致病微生物、土壤含鹽量等定期監(jiān)測.因為這些組分濃度過量后會對人類健我國城市污水處理與利用既要吸收發(fā)達(dá)國家成功康、環(huán)境、地下水.土壤及農(nóng)作物造成危害C21].經(jīng)驗與科技成果,又要遵循我國國情,污水處理與利用82規(guī)劃建設(shè)可參照以下原則:(1)合理劃分排水分區(qū);(2)Outline fora biologically based greywater purification plant in確定科學(xué)的工藝流程;(3)優(yōu)先選用合格的國產(chǎn)設(shè)備;Sweden[J]. Ecological Engineering ,2000. 15(1~2):139-146.[11] V YMAZAL J. The use of sub- surface constructed wetlands for(4)污水廠應(yīng)預(yù)留分期發(fā)展的空間;(5)新建城市道路wastewater treatment in the Czech Republic: 10 years experience應(yīng)預(yù)留再生水回用管線位置或預(yù)先敷設(shè);(6)改革水[J]. Ecological Engineering. 2002，18(5) :633-646.價、取水、排污體制,確保污水設(shè)施建設(shè)與運行所需資[12] GARCIA J, MUJERIEGO R.OBIS J M,et al. Wastewater treat-ment for small communities in Catalonia ( Mediterranean region)金.只有使我國的污水處理事業(yè)按照良性有序的軌道[J]. Water policy ,2001 ,3(4) :341-350.健康發(fā)展,有效地保護水資源.降低清潔水使用量,才[13] MARCUCCI M. TOGNOTTI L Reuse of wastewater for indus-能實現(xiàn)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展.trial needs: the Pontedera case[J]. Resources Conservation andRecycling,2002 ,34(4) :249-259.參考文獻(xiàn):[14] GUTTAU s. GTINTHERB R. HAPKE J. Investigations and1] 董輔祥，董欣東.節(jié)約用水原理及方法指南[M].北京: 中國建筑simulation of a membrane bioreactor system for application in re-工業(yè)出版社,2000.mote areas [J]. Desalination ,2002,144 (1~3) :405-409. .2] 張杰,陳秀榮，翼濱弘,等.提高再生水有機碳去除效率的研究[15] ANGELAKIS A N,BONTOUX L. Wastewater reclamation andreuse in Eureau countries[J]. Water Policy ,2001 ,3(1):47-59.[J].給水排水.2003.29(7):25-28.[3]叢廣治，白宇,張杰生物膜過濾技術(shù)處理污水廠二級出水[16] KARVELAS M, KATSOYIANNIS A.SAMARA C. Occurrenceand fate of heavy metals in the wastewater treatment process[J].中國給水排水,2002 ,18(12):48-50._4] 張杰,張富國,王國瑛. 提高城市污水再生水水質(zhì)的研究[J].中.[J]. Chemosphere, 2003,53(10):1 201-1 210.[17] MAVROV V, ERWE T, BIOCHER C,et al. Chmiel. Study of國給水排水,1997, 13(3):19-21._5] 張杰,叢廣治.我國水環(huán)境恢復(fù)工程方略[J].中國工程科學(xué)，new integrated processes combining adsorption membrane sepa-2002 ,4(8):44-49. .ration and flotation for heavy metal removal from wastewater[J]. Desalination, 2002,157(1~3):97-104.[6] ROSENBLUM E. Selection and implementation of nonpotable wa-[18] KAWABE M. To enhance the environmental values of Tokyoter recycling in“Silicon valley" ( San Jose Area) Californian[J].Bay-a proposition for integrated coastal zone management[J]. 0-Wat Sci Tech,1999, 40(4~5):51-57.7] BARRY A.PIERCE C. Preliminary investigation of an integrated[19] MARJAKA I W ,MIYANAGA K, HORI K,et al. Augmentationaquaculture wetland ecosystem using tertiary treated municipalof self purification capacity of sewer pipe by immobilizing miwastewater in Los Angeles County , California [J]. Ecological En-crobes on the pipe surface[J]. Biochemical Engineering Journal,gineering, 1998 ,10(4):341-354.2003,15(1):69-75.8] ST0TTMEISTER U, WIE A,KUSCHK P,et al. Efets of plants and[20]王健,林佩斌,鄧寶輝.深圳市南山污水處理廠生污泥脫水實microorganisms in constructed wetlands for wastewater treatment[J].踐[J].有色冶金設(shè)計與研究，2003, 24(1):47-49.Bitehnology Advances,2003. 22(1) :93-117.[21] 張杰,李碧清.城市節(jié)制用水的理論與方法[J].城市環(huán)境與城[9] CZEMIEL J. Phosphorus and nitrogen in sanitary systems in Kal-市生態(tài),2003,16(4);1-3.mar[J]. Urban Water , 2002(1):63-69.[10] GUNTHER F. Wastewater treatment by greywater separation;Research on Countermeasures of Urban W astewater Treatment andUtilization in ChinaZHANG Jie'，LI Bi-qing'，LI Ji-xiang’，GAO Jie'(1. 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中國煤化工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