可持續(xù)城市污水處理系統(tǒng)及其在中國的應用摘要中國正面臨著水危機。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世紀實現可持續(xù)發(fā)展,首先要為每個人提供足夠的水源和保持良好、輕松的水環(huán)境。根據可持續(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),不僅是一個的基本的雨水和污水排水設施、保護城市環(huán)境和公共水體，而且也必須有助于恢復水環(huán)境,以維持一個健康的社會水循環(huán)?？沙掷m(xù)城市排水系統(tǒng)應當以城市用水循環(huán)再用為基礎,以流域水資源的再生和養(yǎng)分循環(huán)中心為焦點。深圳經濟特區(qū)和中國北京地區(qū)已經推出。關鍵詞水；資源；廢水；再利用；可持續(xù)性；中國1引言我國水資源稀缺。根據中國水利部公布的中國水資源公報,2004年中國水資源總量為24131013立方米。它相當于人均每年1856立方米。其中23,即55481012立方米,用于農業(yè)、工業(yè)及家庭活動。同時,6930108立方米的廢水從城市排放出。數額不超過半數的廢水受到二次處理。我國一半以上的江河受到嚴重的污染。為了解決水危機,中國政府發(fā)表了許多法規(guī)，研究提出了許多戰(zhàn)略工程師們已經規(guī)劃及興建了許多供水、污水處理工程。但隨著中國經濟的發(fā)展,水資源日益短缺，中國廣大地區(qū)環(huán)境質量不斷惡化。為了解決中國水問題和實現可持續(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),不僅是一個的基本的雨水和污水排水設施,保護城市環(huán)境和公共水體。而且也必須有助于恢復水環(huán)境,以維持一個健康的社會水循環(huán)。社會水循環(huán)定義為一個系統(tǒng),包括從天然機構引水，利用它并排放回水體。一個健康的社會水循環(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。最終目的是恢復保持城市或流域健康的水環(huán)境及最終實現水資源的可持續(xù)利用。一個健康的社會水循環(huán)也是建立城市再循環(huán)的一個重要組成部分。這篇文章的目的是討論利用健康水循環(huán)觀念，從功能和設計上考慮可持續(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,盡快從一個城市向城市下游河道運輸過多的陸上雨水。抽水馬桶發(fā)明于18世紀,在19世紀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,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,因為大量未經處理的廢水含有糞便和尿液。20世紀萊茵河的污染是一個典型的例證。城鄉(xiāng)居民居住條件的改善是以水環(huán)境污染為代價而得到的。廢水處理技術的研究和實踐始于20世紀初，開始的情形是河流和湖泊污染嚴重。在過去的世紀里,廢水處理技術隨著污染物的清除急劇提高，這些污染物包括懸浮固體、有機物，到后來的氮、磷酸鹽，到最后的微量污染物質如消毒副產物、激素類物質等。目前,城市污水處理系統(tǒng)的功能如下1盡快運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處理城市廢水以達到或超過國家或地方規(guī)定的標準。2221世紀可持續(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下形成的。當人口不多或不集中、工業(yè)不發(fā)達時，這個假設是被支持的。隨著工業(yè)的發(fā)展,人們越來越集中，都市區(qū)形成。此時傳統(tǒng)的城市污水處理系統(tǒng)只能保護城市內的范圍。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重污染。從整個流域的恢復視角看，城市污水處理系統(tǒng)是整個水分循環(huán)的一部分。城市污水系統(tǒng)的功能應該再評估，新任務應該得到支持。城市污水處理系統(tǒng)應發(fā)揮重要作用,健全水循環(huán)和可持續(xù)城市建設。如果我們把一個城市比作人體,水可視為血液。供水系統(tǒng)好比動脈，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)必需要負責廢水的收集、運輸、凈化、改造。城市污水處理系統(tǒng)的關鍵因素是結束城鎮(zhèn)水循環(huán)。21世紀城市污水處理系統(tǒng)的功能應該從傳統(tǒng)的防澇預防到廢水回收利用,水資源可持續(xù)利用和流域的恢復的建立。這個新的污水處理系統(tǒng)在本文中稱為可持續(xù)城市污水排水系統(tǒng)SUSS,其主要特點表現在圖1中。圖1可持續(xù)城市污水排水系統(tǒng)略圖一個典型的可持續(xù)城市污水排水系統(tǒng)SUSS有四個現代化的特征，描述如下1它是城市用水循環(huán)再用的基礎。SUSS有責任生產回收廢水作為穩(wěn)定的二級城市水資源。再生水可作為工業(yè)冷卻水、景觀美化灌溉用水、溪流再生用流動水及任何其他非飲用水的應用。大量廢水再生利用可以減少淡水開發(fā),從而增進健康的水循環(huán)。2流域水資源的再生取決于SUSS在一個流域上,廢水從上游城市排入下游城市。從整個流域看，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SUSS應該都要有水資源再生能力。3SUSS是養(yǎng)分循環(huán)的中心。作為廢水處理的產物，污泥應妥善處理，返回農田作肥料。廢水中的氮、磷應在廢水收集、運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)廢水必須進行預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。大多數城市居民的代謝產物排入城市污水管網，然后運往廢水處理廠，這種廢水含有大量的能源。廢水或污泥的厭氧處理可能產生甲烷,它可作為燃料。廢水中的能源還可通過熱泵技術提取。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)廢水中回收有價值的物質可能是工業(yè)循環(huán)經濟中一個重要的部分。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,既要強調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再用，叫廢水再利用生產廠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。為了實現可持續(xù)性城市污水處理系統(tǒng)，作為SUSS的關鍵部件，雨水下水道、污水處理設施是重要的。雨水是最重要的地表和地下流動水來源,不應象在傳統(tǒng)的城市污水處理系統(tǒng)中一樣快速流向城市外。在SUSS中，城市雨水應盡可能的保留,并應妥善處理，以便城市的再循環(huán)。232生產廢水再生廠的規(guī)模、地點、數量按傳統(tǒng)城市排污系統(tǒng)規(guī)劃的規(guī)定，再生水生產廠應位于城市的下游。但這種安排使再生水的來源遠離自己的消費者。因此增加了再生水管道系統(tǒng)的投資和運行成本。這將是不利的，因為消費者要花費更多的金錢去使用再生水。因此,以下幾項應徹底調查才可以決定污水分離區(qū)和RWPPS的數量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。根據以往的經驗,大型的廢水處理廠WWTPS更高效，且每立方米廢水建造和運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，許多城市只有一個在城市下段的WWTPS。但在SUSS用于RWPP設計中，這個經驗未必適用,因為如果只有一個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過長。于是決定RWPPS數量的多少不能局限于傳統(tǒng)經驗應慎重考慮再生水的實際需求。RWPPS不應像傳統(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城市可設大、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重視廢水的二次處理，以達到綜合廢水排放標準GB89781996。但在多數情況下是不足興建SUSS的。為了提高污水回收額,恢復城市下游水環(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準。當規(guī)劃一個RWPP,應考慮廢水超深度處理的可能性。至少應預留足夠的空間,供未來增設超深度處理單元。由于決策官員的反對及巨額的建造和維修費用，在中國規(guī)劃建設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完全建立后，又增添了廢水回收的先進工藝。二次處理的污水變成了廢水再利用生產廠RWPPS進水。當考慮廢水從初步到深度處理的整個過程，這種格局使得管線太長、過程太復雜、再生水的生產成本太高。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)劃設計提到廢水處理的方法選擇時，一級、二級和三級處理或深度處理單元,應被視為對整個系統(tǒng)的一部分。從整個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)在中國的實踐31深圳經濟特區(qū)深圳是中國第一大經濟特區(qū),也是我國水資源最貧乏七個城市之一。據早些時候的計劃,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濟特區(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)展的關鍵因素。與此同時,深圳市水環(huán)境的污染嚴重雖然經二級處理的廢水量占深圳經濟區(qū)廢水總排放量的56，但根據中國地表水環(huán)境質量標準GHZB11999，大部分流經該區(qū)河流的水流質量是第五級。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。為了恢復深圳經濟特區(qū)水環(huán)境,實現水資源的可持續(xù)利用，在2000年引導了一個廢水回用項目。2001年，中國東北市政工程學院已完成污水回用系統(tǒng)的具體計劃。根據這一仍未實現的計劃,再生水管網分為六個部分，如圖2所示管線總長度約130千米,再用水總量每天預計有50萬立方米。圖2深圳市再生水系統(tǒng)略圖每個RWPP的規(guī)模和地點的確定都需審慎考慮再生水消費者的分配、深圳地區(qū)的地貌、目前污水管線位置等。當所有RWPPS已完全建成,模式將改變，其中RWPPS的地點均為城市下游，深圳經濟特區(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。根據中國地表水環(huán)境質量標準GHZB11999，北京地區(qū)的地表水水質低于第五級。二十一世紀初始幾年，地下水受到嚴重的開采，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了21世紀初期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“北京地區(qū)再生水規(guī)劃綱要“。在這份報告中，RWPPS的設計和相關的再生水管線排列如3圖所示。北京奧運行動規(guī)劃,承諾北京廢水二級處理率將達到90以上，并努力達成2008年前廢水回收率為50。RWPPS的名稱及有關的管道,預計到2008年前完成，見表1。所有這些計劃意味著北京地區(qū)將應用SUSS。圖3北京市再生水系統(tǒng)略圖表1預計到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)境修復對策“尚未出版的報告,得到了北京市教育委員會的支持。我們建議北京地區(qū)應從流域恢復和保護、水及污水利用和水環(huán)境修復的角度定策略。在此同時,還提出轉變北京市污水排水系統(tǒng)功能的計劃。據這個項目的研究成果,北京地區(qū)已分成