可持續(xù)城市污水處理系統(tǒng)及其在中國的應(yīng)用摘要中國正面臨著水危機(jī)。有400多座城市缺乏足夠的水資源，一半以上的河流遭到污染。為在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,首先要為每個(gè)人提供足夠的水源和保持良好、輕松的水環(huán)境。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展觀念,在這篇文章提出了可持續(xù)城市污水處理系統(tǒng)概念SUSS。城市污水處理系統(tǒng),不僅是一個(gè)的基本的雨水和污水排水設(shè)施、保護(hù)城市環(huán)境和公共水體，而且也必須有助于恢復(fù)水環(huán)境,以維持一個(gè)健康的社會(huì)水循環(huán)?？沙掷m(xù)城市排水系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)以城市用水循環(huán)再用為基礎(chǔ),以流域水資源的再生和養(yǎng)分循環(huán)中心為焦點(diǎn)。深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)和中國北京地區(qū)已經(jīng)推出。關(guān)鍵詞水；資源；廢水；再利用；可持續(xù)性；中國1引言我國水資源稀缺。根據(jù)中國水利部公布的中國水資源公報(bào),2004年中國水資源總量為24131013立方米。它相當(dāng)于人均每年1856立方米。其中23,即55481012立方米,用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)及家庭活動(dòng)。同時(shí),6930108立方米的廢水從城市排放出。數(shù)額不超過半數(shù)的廢水受到二次處理。我國一半以上的江河受到嚴(yán)重的污染。為了解決水危機(jī),中國政府發(fā)表了許多法規(guī)，研究提出了許多戰(zhàn)略工程師們已經(jīng)規(guī)劃及興建了許多供水、污水處理工程。但隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,水資源日益短缺，中國廣大地區(qū)環(huán)境質(zhì)量不斷惡化。為了解決中國水問題和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，一種新用水和處理策略必須建立。基于傳統(tǒng)觀念的城市污水處理系統(tǒng)的運(yùn)作是不能持久的，它必須改變。城市污水處理系統(tǒng),不僅是一個(gè)的基本的雨水和污水排水設(shè)施,保護(hù)城市環(huán)境和公共水體。而且也必須有助于恢復(fù)水環(huán)境,以維持一個(gè)健康的社會(huì)水循環(huán)。社會(huì)水循環(huán)定義為一個(gè)系統(tǒng),包括從天然機(jī)構(gòu)引水，利用它并排放回水體。一個(gè)健康的社會(huì)水循環(huán)意味著要適度取水、審慎用水、人為廢水凈化與再利用。要確保在江河上游的用水不影響下游河道水體功能。最終目的是恢復(fù)保持城市或流域健康的水環(huán)境及最終實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。一個(gè)健康的社會(huì)水循環(huán)也是建立城市再循環(huán)的一個(gè)重要組成部分。這篇文章的目的是討論利用健康水循環(huán)觀念，從功能和設(shè)計(jì)上考慮可持續(xù)城市污水處理系統(tǒng)。本文將介紹一些城市規(guī)劃的建議,以促進(jìn)這種健康的水循環(huán)。2可持續(xù)城市污水處理系統(tǒng)的發(fā)展21城市污水處理系統(tǒng)的歷史最早的城市污水處理系統(tǒng)建成僅僅是,盡快從一個(gè)城市向城市下游河道運(yùn)輸過多的陸上雨水。抽水馬桶發(fā)明于18世紀(jì),在19世紀(jì)歐洲各城市成為普遍。廣泛使用抽水馬桶改善了城鎮(zhèn)居民的衛(wèi)生條件,但供水量和污水因此而大幅提升。此時(shí),下水道和徑流污水系統(tǒng)建為合并的污水處理系統(tǒng)。城市污水處理系統(tǒng)的功能變成這一組合系統(tǒng),作為衛(wèi)生工程的重要組成部分以保障居民不受細(xì)菌感染。但是，在這期間城市附近的河流和湖泊污染得可怕,因?yàn)榇罅课唇?jīng)處理的廢水含有糞便和尿液。20世紀(jì)萊茵河的污染是一個(gè)典型的例證。城鄉(xiāng)居民居住條件的改善是以水環(huán)境污染為代價(jià)而得到的。廢水處理技術(shù)的研究和實(shí)踐始于20世紀(jì)初，開始的情形是河流和湖泊污染嚴(yán)重。在過去的世紀(jì)里,廢水處理技術(shù)隨著污染物的清除急劇提高，這些污染物包括懸浮固體、有機(jī)物，到后來的氮、磷酸鹽，到最后的微量污染物質(zhì)如消毒副產(chǎn)物、激素類物質(zhì)等。目前,城市污水處理系統(tǒng)的功能如下1盡快運(yùn)輸城市外表的雨水和廢水以防洪水和防止流行病的蔓延2處理城市廢水以達(dá)到或超過國家或地方規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。2221世紀(jì)可持續(xù)城市污水排水系統(tǒng)的格局上述城市污水處理系統(tǒng)的功能是在水資源豐富足以炫耀，而廢水傾入的河流或湖泊有足夠自凈的能力的假設(shè)下形成的。當(dāng)人口不多或不集中、工業(yè)不發(fā)達(dá)時(shí)，這個(gè)假設(shè)是被支持的。隨著工業(yè)的發(fā)展,人們?cè)絹碓郊?，都市區(qū)形成。此時(shí)傳統(tǒng)的城市污水處理系統(tǒng)只能保護(hù)城市內(nèi)的范圍。城市周圍地區(qū)因城市居民制造的廢水和其他廢棄物受到嚴(yán)重污染。從整個(gè)流域的恢復(fù)視角看，城市污水處理系統(tǒng)是整個(gè)水分循環(huán)的一部分。城市污水系統(tǒng)的功能應(yīng)該再評(píng)估，新任務(wù)應(yīng)該得到支持。城市污水處理系統(tǒng)應(yīng)發(fā)揮重要作用,健全水循環(huán)和可持續(xù)城市建設(shè)。如果我們把一個(gè)城市比作人體,水可視為血液。供水系統(tǒng)好比動(dòng)脈，污水系統(tǒng)類似于靜脈。污水處理廠可視為類似于肝臟，因工廠凈化城市廢水的作用。城市污水處理系統(tǒng)必需要負(fù)責(zé)廢水的收集、運(yùn)輸、凈化、改造。城市污水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵因素是結(jié)束城鎮(zhèn)水循環(huán)。21世紀(jì)城市污水處理系統(tǒng)的功能應(yīng)該從傳統(tǒng)的防澇預(yù)防到廢水回收利用,水資源可持續(xù)利用和流域的恢復(fù)的建立。這個(gè)新的污水處理系統(tǒng)在本文中稱為可持續(xù)城市污水排水系統(tǒng)SUSS,其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在圖1中。圖1可持續(xù)城市污水排水系統(tǒng)略圖一個(gè)典型的可持續(xù)城市污水排水系統(tǒng)SUSS有四個(gè)現(xiàn)代化的特征，描述如下1它是城市用水循環(huán)再用的基礎(chǔ)。SUSS有責(zé)任生產(chǎn)回收廢水作為穩(wěn)定的二級(jí)城市水資源。再生水可作為工業(yè)冷卻水、景觀美化灌溉用水、溪流再生用流動(dòng)水及任何其他非飲用水的應(yīng)用。大量廢水再生利用可以減少淡水開發(fā),從而增進(jìn)健康的水循環(huán)。2流域水資源的再生取決于SUSS在一個(gè)流域上,廢水從上游城市排入下游城市。從整個(gè)流域看，上游可持續(xù)城市污水處理系統(tǒng)的流出物將是下游城市水源的一部分。每一個(gè)SUSS應(yīng)該都要有水資源再生能力。3SUSS是養(yǎng)分循環(huán)的中心。作為廢水處理的產(chǎn)物，污泥應(yīng)妥善處理，返回農(nóng)田作肥料。廢水中的氮、磷應(yīng)在廢水收集、運(yùn)輸和處理過程中回收作為肥料。SUSS在天然養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用。注中國法律規(guī)定,工業(yè)廢水必須進(jìn)行預(yù)處理去除重金屬方能排放到城市污水流。4SUSS以稀缺資源回收和能源回收為基礎(chǔ)。大多數(shù)城市居民的代謝產(chǎn)物排入城市污水管網(wǎng)，然后運(yùn)往廢水處理廠，這種廢水含有大量的能源。廢水或污泥的厭氧處理可能產(chǎn)生甲烷,它可作為燃料。廢水中的能源還可通過熱泵技術(shù)提取。一些珍貴金屬或其他稀有資源在廢水中也有,尤其是工業(yè)污水管道。工業(yè)廢水中回收有價(jià)值的物質(zhì)可能是工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)中一個(gè)重要的部分。23傳統(tǒng)城市排污系統(tǒng)和可持續(xù)城市排污系統(tǒng)的對(duì)比231城市污水處理系統(tǒng)的原理在可持續(xù)城市污水排水系統(tǒng)規(guī)劃中,既要強(qiáng)調(diào)方便城市污水再生利用也要便于雨水的利用。這是傳統(tǒng)城市排污系統(tǒng)和SUSS最根本的區(qū)別。在SUSS中廢水處理的目的是廢水生產(chǎn)再用，叫廢水再利用生產(chǎn)廠RWPPS。RWPPS和傳統(tǒng)的城市污水處理系統(tǒng)中的廢水處理廠WWTPS有明顯的區(qū)別。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性城市污水處理系統(tǒng)，作為SUSS的關(guān)鍵部件，雨水下水道、污水處理設(shè)施是重要的。雨水是最重要的地表和地下流動(dòng)水來源,不應(yīng)象在傳統(tǒng)的城市污水處理系統(tǒng)中一樣快速流向城市外。在SUSS中，城市雨水應(yīng)盡可能的保留,并應(yīng)妥善處理，以便城市的再循環(huán)。232生產(chǎn)廢水再生廠的規(guī)模、地點(diǎn)、數(shù)量按傳統(tǒng)城市排污系統(tǒng)規(guī)劃的規(guī)定，再生水生產(chǎn)廠應(yīng)位于城市的下游。但這種安排使再生水的來源遠(yuǎn)離自己的消費(fèi)者。因此增加了再生水管道系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本。這將是不利的，因?yàn)橄M(fèi)者要花費(fèi)更多的金錢去使用再生水。因此,以下幾項(xiàng)應(yīng)徹底調(diào)查才可以決定污水分離區(qū)和RWPPS的數(shù)量1功能分類及城市的地形2目前廢水、雨水管道的分布3接納RWPPS污水的水體環(huán)境容量4目前和未來需求再生水的位置和尺寸。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),大型的廢水處理廠WWTPS更高效，且每立方米廢水建造和運(yùn)行的成本低于小型的WWTPS。因此，在傳統(tǒng)的城市污水處理系統(tǒng)中,WWTPS建得盡可能的大，許多城市只有一個(gè)在城市下段的WWTPS。但在SUSS用于RWPP設(shè)計(jì)中，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)未必適用,因?yàn)槿绻挥幸粋€(gè)RWPP地處城市下游，要建再生水泵站，廢水和再生水的管道長度就會(huì)過長。于是決定RWPPS數(shù)量的多少不能局限于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)慎重考慮再生水的實(shí)際需求。RWPPS不應(yīng)像傳統(tǒng)型態(tài)的城市污水處理系統(tǒng)中WWTPS的規(guī)劃一樣集中在城市下游所在地。在上游或下游或污水管線上的整個(gè)城市可設(shè)大、中、小型的RWPPS,使再生水管道可以縮短,降低廢水再生的生產(chǎn)成本。233廢水處理程度與方法選擇在傳統(tǒng)概念下的城市污水處理系統(tǒng),中國的許多城市中相當(dāng)重視廢水的二次處理，以達(dá)到綜合廢水排放標(biāo)準(zhǔn)GB89781996。但在多數(shù)情況下是不足興建SUSS的。為了提高污水回收額,恢復(fù)城市下游水環(huán)境，必須使用深度處理乃至超深度處理增加廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)規(guī)劃一個(gè)RWPP,應(yīng)考慮廢水超深度處理的可能性。至少應(yīng)預(yù)留足夠的空間,供未來增設(shè)超深度處理單元。由于決策官員的反對(duì)及巨額的建造和維修費(fèi)用，在中國規(guī)劃建設(shè)深度或超深度污水處理廠存在著很大的困難。環(huán)境與民間研究者和工程師對(duì)SUSS的概念和效益起到重要的宣傳作用。在目前中國大部分地區(qū)傳統(tǒng)的城市污水處理系統(tǒng)，廢水處理廠（WWTPS）典型的二次處理已經(jīng)完全建立后，又增添了廢水回收的先進(jìn)工藝。二次處理的污水變成了廢水再利用生產(chǎn)廠RWPPS進(jìn)水。當(dāng)考慮廢水從初步到深度處理的整個(gè)過程，這種格局使得管線太長、過程太復(fù)雜、再生水的生產(chǎn)成本太高。在SUSS中，用于傳統(tǒng)污水處理廠的工藝選擇原則不適合RWPPS的規(guī)劃設(shè)計(jì)提到廢水處理的方法選擇時(shí)，一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)處理或深度處理單元,應(yīng)被視為對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的一部分。從整個(gè)處理順序上要合理分配去除碳、氮、磷等污染物這是在再生水生產(chǎn)全過程（RWPWP）之后的觀念，在中國已研制約10余年。3可持續(xù)城市污水處理系統(tǒng)在中國的實(shí)踐31深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)深圳是中國第一大經(jīng)濟(jì)特區(qū),也是我國水資源最貧乏七個(gè)城市之一。據(jù)早些時(shí)候的計(jì)劃,在東深供水工程和東部水源工程建成之后，每年只有0768億立方米水可供給深圳這即為深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)市民人均每年用水374立方米。水資源短缺是制約著深圳地區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵因素。與此同時(shí),深圳市水環(huán)境的污染嚴(yán)重雖然經(jīng)二級(jí)處理的廢水量占深圳經(jīng)濟(jì)區(qū)廢水總排放量的56，但根據(jù)中國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GHZB11999，大部分流經(jīng)該區(qū)河流的水流質(zhì)量是第五級(jí)。也就是說，在河水中五天生化需氧量BOD5的濃度超過10毫克/升,溶解氧含量不超過2毫克/公升深圳河流中沒有生命，水體的顏色是黑色的，且河流附近有異味。為了恢復(fù)深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)水環(huán)境,實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，在2000年引導(dǎo)了一個(gè)廢水回用項(xiàng)目。2001年，中國東北市政工程學(xué)院已完成污水回用系統(tǒng)的具體計(jì)劃。根據(jù)這一仍未實(shí)現(xiàn)的計(jì)劃,再生水管網(wǎng)分為六個(gè)部分，如圖2所示管線總長度約130千米,再用水總量每天預(yù)計(jì)有50萬立方米。圖2深圳市再生水系統(tǒng)略圖每個(gè)RWPP的規(guī)模和地點(diǎn)的確定都需審慎考慮再生水消費(fèi)者的分配、深圳地區(qū)的地貌、目前污水管線位置等。當(dāng)所有RWPPS已完全建成,模式將改變，其中RWPPS的地點(diǎn)均為城市下游，深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)的城市污水處理系統(tǒng)將成為水資源循環(huán)中心。這將是SUSS概念的應(yīng)用。32北京地區(qū)北京地區(qū)的全年降水量為595毫米,水資源量每年人均不超過300立方米。根據(jù)中國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GHZB11999，北京地區(qū)的地表水水質(zhì)低于第五級(jí)。二十一世紀(jì)初始幾年，地下水受到嚴(yán)重的開采，地下水水平面每年下降129米。2001年，北京市政府和中華人民共和國水利部批復(fù)了21世紀(jì)初期2001至2005首都可持續(xù)水資源利用規(guī)劃。在同年六月,北京廢水研究組授權(quán)“北京地區(qū)再生水規(guī)劃綱要“。在這份報(bào)告中，RWPPS的設(shè)計(jì)和相關(guān)的再生水管線排列如3圖所示。北京奧運(yùn)行動(dòng)規(guī)劃,承諾北京廢水二級(jí)處理率將達(dá)到90以上，并努力達(dá)成2008年前廢水回收率為50。RWPPS的名稱及有關(guān)的管道,預(yù)計(jì)到2008年前完成，見表1。所有這些計(jì)劃意味著北京地區(qū)將應(yīng)用SUSS。圖3北京市再生水系統(tǒng)略圖表1預(yù)計(jì)到2008年前完成的北京地區(qū)再生水系統(tǒng)RWPPSRWPPS的規(guī)模公噸/每天再生水管道長度清河80,00094北小河60,00036北圓10,00014酒仙橋80,00034東壩10,000吳家村80,00067盧溝橋80,00048小紅門70,00072RWPPSRWPPS的規(guī)模公噸/每天再生水管道長度五里坨6,00062004年，本文作者完成了題為“北京地區(qū)水環(huán)境修復(fù)對(duì)策“尚未出版的報(bào)告,得到了北京市教育委員會(huì)的支持。我們建議北京地區(qū)應(yīng)從流域恢復(fù)和保護(hù)、水及污水利用和水環(huán)境修復(fù)的角度定策略。在此同時(shí),還提出轉(zhuǎn)變北京市污水排水系統(tǒng)功能的計(jì)劃。據(jù)這個(gè)項(xiàng)目的研究成果,北京地區(qū)已分成