污水海洋處置的討論

1、污水海洋處置的討論摘要：本文介紹了污水海洋處置工程發(fā)展的歷史，對污水海洋處置工程與陸上二級處理的 效果進行了比較，說明污水海洋處置工程是沿海城市控制污染、防止赤潮的經(jīng)濟有效的措施； 同時以國內(nèi)外一些實例說明設計合理的排海工程不會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，從經(jīng)濟承受力考 慮上具有優(yōu)越性。在目前國情條件下，走人工治理與天然處置相結合之路，利用海洋的這種 自凈能力，實施污水海洋處置工程，是解決沿海城市環(huán)境問題和污水出路的優(yōu)選方案，或可 以說是必由之路。關鍵詞：污水海洋處置，排放口，污染，二級處理引言中國擁有18,000多公里的陸岸線，4億多人口生活在沿海地區(qū)；沿海地區(qū)跨躍十一 個省、市、自治區(qū)，是目前國內(nèi)

2、經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)，沿海工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占全國總產(chǎn)值的60% 左右。由于沿海地區(qū)城市工業(yè)密集、人口集中，未經(jīng)處理的污水和落后生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的“三 廢”帶來的環(huán)境問題日益嚴重。據(jù)統(tǒng)計，目前沿海地區(qū)城市排放污水量差不多為全國日排放 污水量的1/5。這些污水絕大部分未經(jīng)處理直接排入大海，而且多為岸邊、無組織的亂排， 致使近岸海域環(huán)境受到污染，有機物和石油類污染普遍嚴重，并存在富營養(yǎng)化導致的赤潮危 害。2000年全國近岸和近海海域水質II類、III類、IV類和劣IV類水質區(qū)面積分 別為10.2萬、5.4萬、2.1萬和2.9萬平方公里；19982000年連續(xù)三年，在渤海、 東海發(fā)生了面積達到幾千平方公里的特大

3、赤潮，世界罕見。目前海洋、河口水環(huán)境日趨惡化， 尤其是港口、河口、半封閉海灣，以及大中城市毗臨的海域，污染嚴重?？梢灾v，沿海城市 污水的出路問題已成為沿海城市經(jīng)濟發(fā)展的重要制約因素。近三十年來，發(fā)達國家相繼以大量建設二級（以至三級）污水處理廠，并以污水集中處 理作為水體污染控制的主要手段。這種措施的確收到了成效，改善了水域環(huán)境的質量。但是， 污水處理廠需要巨額的基建投資和高昂的運行管理費用，由于經(jīng)濟能力的限制，目前我國尚 無力對如此大量的污水進行深度處理。如深圳4座大型污水處理廠從1998年運行至2002 年，已負債1億元人民幣。為了降低污水處理的成本，我國沿海城市利用濱臨海洋的優(yōu)勢， 實施污

4、水海洋處置的工程項目越來越多，為解決沿海城市污水出路問題提供了又一項選擇。污水海洋處置概況污水海洋處置工程是禁止或限制污水岸邊排放和自由亂排的有效措施，污水經(jīng)過工程系 統(tǒng)集中預處理后，經(jīng)管道輸送到海洋中一定的水下深度，由擴散器進行排放，使之在盡可能 小的范圍內(nèi)高度稀釋，以減小對環(huán)境的沖擊。這種污水海洋處置工程，同常規(guī)的污水二級處 理相比，可節(jié)約1/21/3的基建投資和運行管理費用，占地減少3040%，效益是巨 大的。污水海洋、江河處置在國外已有較長的歷史，可以追溯到19世紀末，例如建于1898年 英國的Harwich污水排海工程。至20世紀30年代，開始建造一些帶有多孔擴散器的污 水排海工程，

5、并且污水在排海前也開始進行一些處理，形成了科學的工程體系。例如，建于 1925年的英國Hengistbury污水排海工程，安裝了一個有6個噴孔的擴散器，并進行了 污水預處理。之后人們的研究不斷深入，從近海排放延伸到深海排放，這種滿足一級處理 要求的遠距離深海排放的海洋處置技術，在20世紀中期以來得到迅速的發(fā)展，如美國1960 年僅在南加里佛尼亞灣內(nèi)就有7處一級處理排海工程，到了 1985年，美國西海岸排海管 道達到250處，美國排海管排放的污水大部分經(jīng)過一級處理，少部分經(jīng)二級處理，排放口 處水深大多為20-40m，最深達120m ；英國至今已有近百個污水海洋處置工程，加拿大不 列顛哥倫比亞省，

6、一省的濱海岸就有20多個污水海洋處置工程。目前，世界上在建的最大 污水海洋處置工程莫過于美國的波士頓(Boston)排海工程，其放流管遠達15km，擴散 器長2000m，共設55根上升管，每根上升管上裝設8只噴口的噴頭，污水排放量為 120-480 萬 m 3 /d 。國內(nèi)從“六五”期間開始研究污水海洋、江河處置，目前，上海、深圳、海南、寧波、 杭州、大連、青島、煙臺、武漢、天津、威海和嘉興等地已規(guī)劃或實施了海洋(江河)處 置工程，我國的臺灣和香港地區(qū)亦建有污水排海工程。不同地區(qū)、不同時期的排放口型式具有不同的特征，如美國太平洋海岸的大型排放口， 其特征為水深大、擴散器長度長，噴頭間距相對于水

7、深較密，并具有相對大的射流密度Foude 數(shù)。我國臺灣省的排放口工程水深一般也在20m左右，擴散器長為300-600m。相反的， 在其他一些位于較淺水域的排放口，噴口間距較大，更有甚者，如英國有很多單孔排放口， 密度Foude數(shù)較小，淹沒水深較小。在近年設計的一些排放口中，如上海竹園、白龍港排 放口和悉尼排放口，上升管間距更大，每個上升管上布置有216個噴口的噴頭。不可否認， 水深大、擴散器長度大、噴口間距密更有利于污水的稀釋擴散，可使污水排放對環(huán)境水體的 影響更?。坏?，在特定的地理條件、環(huán)境水體條件和一定的經(jīng)濟實力限制下，通過一系列 工程措施，使污水排放滿足環(huán)境容量的要求，我國目前排海工程

8、上的一些實踐也是成功的。污水海洋處置與陸上二級處理的比較隨著污水海洋處置工程的建設，對污水海洋處置工程與陸上污水處理的選擇存有較大的 爭議。有些人認為污水離岸輸送到一定深度的水下，通過與海水迅速混合，只要能達到受納 海域生態(tài)環(huán)境質量的要求，陸上處理程度可適當降低，其最終目的是為了控制岸邊自由排放， 改善與人們息息相關的近岸水環(huán)境，同時又確保不破壞受納海域功能，是經(jīng)濟有效的處置方 式；也有人認為不經(jīng)過二級以上處理的污水通過排放口排放是“污染搬家”。一方面，有 些地方因城市基礎設施建設與環(huán)境保護急需，在沒有統(tǒng)一的論證程序和排放標準的約束下， 即匆忙上馬，致使排海工程環(huán)境影響評價與審批、工程參數(shù)的設

9、計及建成后的運行管理均無 據(jù)可依；另一方面，有些地方盲目認為排海工程就是污染工程，在國家沒有頒布相應的排放 標準和技術規(guī)范和管理法規(guī)的情況下，極力阻止排海工程的使用。陸上二級處理與污水海洋處置的比較常常被看成處理與完全不處理之間的爭議，這種比較是 誤導的、不合理的，因為兩種系統(tǒng)的主要區(qū)別不在于是否處理，而是在于處理的地點。對于 二級處理廠，污水中的污物在封閉的池體內(nèi)被微生物作用而降解；對于海洋處置，在開闊的 海域通過同樣的過程得到同樣的結果，但是處理區(qū)域的范圍變大了，而污染物的濃度降低 了。兩者的主要區(qū)別之一是作用于兩種類型處理的控制程度，處理廠里的凈化被嚴格控制， 而僅能對海洋處置中的自然凈

10、化進行控制的就是排放口的位置和設計，其它的過程隨排放而 自然發(fā)生。在討論環(huán)境變化時也出現(xiàn)同樣的不合理現(xiàn)象。二級處理可以使最終出水符合嚴格的排放 標準，然而，忽略與二級處理有關的其它環(huán)境問題也是很不合理的：占地、瞻觀、惡臭、以 及大量污泥的處置。處理后的硝化出水會促進富營養(yǎng)化及赤潮的發(fā)生；富營養(yǎng)化引起的藻類 腐爛產(chǎn)生的惡臭和影響瞻觀的程度同未處理的污水一樣。這里用兩種極端的情況進行比較，將陸上二級處理岸邊排放與不處理的污水通過典型的 排放口排放入海分別討論。（1）陸上二級處理生活污水是城市污水的主要組成部分之一，一般條件下，城市污水都具有生活污水的特 征。但由于污水處理廠所接納工業(yè)廢水的水量、水

11、質的差異，所以各地的城市污水水質各不 相同。處理水的水質是由污水處理工藝流程的選定及污水的處理程度確定的，一般多以二級 處理技術所能達到的處理程度作為依據(jù)，如美國環(huán)保局對二級處理水規(guī)定的所謂30-30水 質標準（即BOD5及SS都應達到30mg/L）。表1列舉的是典型的污水處理廠去除BOD5、SS和大腸桿菌數(shù)的情況。污水經(jīng)常規(guī)二級處理后，BOD5和SS值高于環(huán)境水體背 景值（我國地表水V類BOD5值為10mg/L以下），仍需要稀釋作用以降低。然而，即使 稀釋后，仍可能因高營養(yǎng)物含量而產(chǎn)生問題。二級處理后，營養(yǎng)物在其處理后的存在的形式 下，能很快被海洋生物所同化，因此，必須從排放區(qū)域盡快稀釋和擴

12、散。Wilson引用一個 例子解釋了這個問題：1萬人的小城鎮(zhèn)，生活污水排放量為200L/人.d，氨氮含量為 15mg/L，磷含量為5mg/L，這種排放量足以產(chǎn)生475-1145 kg藻類/d。如果不進行消 毒，二級處理后的大腸菌群數(shù)仍遠遠高于我國地表水III類要求（10000個/L）。污水處理廠占地面積，與處理水量和所采用的處理工藝有關。如10萬人的二級處理廠 占地一般約為5000 8000m 2，三級處理廠是二級處理廠的3-4倍。海邊城市一般發(fā)展 程度較高，土地資源緊缺，地價昂貴。污水處理廠的氣味可能也是個問題，一般在下風向 0.25km內(nèi)氣味不能接受，0.5-2.0km范圍內(nèi)氣味使人感覺不

13、快。污泥是污水處理過程的副產(chǎn)品，也是必然的產(chǎn)物。如從初次沉淀池排出的沉淀污泥，從 生物處理系統(tǒng)排出的生物污泥等。這些污泥應加以妥善處置，否則會造成二次污染。每天處 理100m 3的污水一般能產(chǎn)生2.14m 3或132kg干重的污泥，這些污泥必須處理至各種等 級然后處置。據(jù)估計污水處理廠25%的運行費用用在污泥處理和處置上。如果進行脫磷， 污泥量和處理、處置費用就更高。表1污水處理廠處理效果BOD 5 (mg/L)SS(mg/L)大腸桿菌數(shù)（個/L）污水2202201 X 10 9一級處理200905 X 10 7二級處理30304 X 10 7三級處理12 1512 152 X 10 7二級處

14、理后加氯1 X 10 7(2)污水海洋處置設計合理的排放口利用多孔擴散器使排放污水與受納水體迅速混合，保證在不減低溶解 氧濃度至不可接受的水平前提下，進行自然降解。通常在排放口附近的高流速區(qū)，稀釋度在 10-20，污水到達水面時稀釋度達數(shù)百；污水遠離排放口的擴散過程中，進一步稀釋，一個 潮周內(nèi)污水稀釋了 1000倍是很平常的。不同階段海洋處置的效果如表2所示。表中可見，排放口附近的BOD5和SS明顯降 低，污水到達水面時，污染物濃度遠遠低于三級處理。水面處的大腸桿菌數(shù)僅為三級處理的 1/4，6小時后的大腸桿菌數(shù)極低，達到我國地表水II類要求。表2污水海洋處置效果BOD 5 (mg/L)SS(m

15、g/L)大腸桿菌數(shù)(個/L)污水2202201 X 10 9高位井出流2202201 X 10 9水動力稀釋12135 X 10 7浮射流終點高于環(huán)境水體1.5高于環(huán)境水體15 X 10 66小時的擴散和自然降 解后難測出難測出5000與污水處理廠相比，排放口的占地很小，海灘或岸邊只需能容納下泵房、隔柵和高位井 的面積就足亦。氣味也不是問題，因為排放口前多為密封系統(tǒng)。污泥量與二級處理相比極少， 僅為隔柵處的固體物質。污水海洋處置工程實例它山之石，可以攻玉，這里通過國外幾個污水海洋處置工程的例子看此問題。美國于 1972年就實施了 “凈水法” (Clean Water Act)，要求污水必須經(jīng)二

16、級以上處理后才能排 放。但是，很多科研人員認為沿海的大城市全部要求二級處理是不現(xiàn)實的。研究和科學證據(jù) 表明，保護海洋環(huán)境不是在所有條件下都是必須經(jīng)二級處理。七十年代增加的環(huán)境數(shù)據(jù)和隨 后的政策壓力使聯(lián)邦政府在1977年修正了 “凈水法”，允許EPA對污水排放不會造成環(huán) 境損害的海岸地區(qū)可接受二級處理豁免權。到1988年，美國EPA就批準了 38項豁免申 請。另外，因為在阿拉斯加小村鎮(zhèn)二級處理廠的運行費很高，建于70年代的7座二級處 理廠批準改為一級處理后排海。1994年3月31日，美國聯(lián)邦法官M.B Rudi.否決了要求圣地亞哥對65萬m 3 /d 排水量的Point Loma排海工程建設二級

17、處理廠。為此，美國著名水環(huán)境刊物WaterEnvironment Research專門發(fā)表了題為“什么樣的清潔是清潔？ Point Loma爭論”的社 論，稱此為一里程碑，不僅節(jié)省了 50多億美元，而且支持了 100多名太平洋海洋科學家 二十年來爭議的研究結論，他們認為陸上污水處理應當與實際情況相匹配，要求過高是浪費。 Point Loma排海工程污水排放前進行了一級處理，違反了美國“凈水法”。數(shù)十名來自 Scripps海洋學研究院和其它大學的科研人員用了二十年時間，進行的耗資數(shù)百萬美元的監(jiān) 測、研究，記錄和研究了海草的生長、海底生物的豐富性和多樣性、泥沙和水生生物的污染 水平以及水質的變化趨

18、勢?？茖W證據(jù)毫無異議地表明其污水處理水平?jīng)]有危害海洋環(huán)境，事 實上，看起來海洋環(huán)境有所提高。美國國家研究委員會檢查了相似的工程，波士頓港污水海 洋處置工程經(jīng)8年的運行，具有良好的生態(tài)系統(tǒng)，然而也沒有遵守“完全的二級”處理要 求，根據(jù)監(jiān)測結果，授予了對二級處理的豁免權，并數(shù)次延期。J.A. Novitsky和D.M. Karl(1985)報道了美國曾對夏威夷群島的瓦胡島海岸的兩處 深水污水排放口附近進行的微生物活動影響的研究，在排放口附近約4.5 X 104m 2的范 圍內(nèi)分別取水樣和底沙樣進行分析。雖然兩處排放污水的異養(yǎng)微生物活動性 (heterotrophic activity)高于控制點水

19、樣的2個數(shù)量級，但是，在排放口出口 1m范圍 內(nèi)所取的水樣的異養(yǎng)微生物活動性僅高于控制點水樣的2倍；在排放口處底沙樣的微生物 數(shù)與控制點處的底沙樣相比僅有較小變化，略高于控制點處底沙，然而，經(jīng)計算，排放口處 的泥沙微生物數(shù)不是很高。W.G. Nelson (1995)報道了 1986年到1994年對夏威夷檀香 山海洋污水排放口擴散器附近的海底生物群進行取樣分析的情況，分析了海底生物群的豐 富程度、種類數(shù)目、種類組成表明其分布未受到擴散器出流的影響。生物和物理(泥沙粒 徑、總有機碳、總凱氏氮)參數(shù)表明在擴散器附近的站點底部沒有有機物聚集現(xiàn)象。研究 表明，甚至在緊靠沙島排放口擴散器的站點水生生物幾

20、乎無變化。我國對污水海洋處置工程也進行了大量的環(huán)境影響監(jiān)測，上海市合流污水治理一期工程 竹園排放口( 170萬m 3 /d )建成后，從連續(xù)三年的水質監(jiān)測結果來看，大部分水質指 標在污水排放前后未見明顯變化。上海市星火開發(fā)區(qū)排海工程(10萬m3/d )于1993 年投入運行，運行至今，每年均對附近海域進行水質監(jiān)測，在排放口擴散器東西兩側10km范 圍內(nèi)，設9個斷面取樣分析。多年的監(jiān)測資料表明，排放口擴散器附近2km處的水質與 10km處的水質無明顯差異。從一定程度上反映了本工程沒有對環(huán)境造成負面影響。由上述實例可見，污水海洋處置工程與陸上處理程度相適應，不僅可節(jié)省投資，而且可 有效改善水環(huán)境，

21、對海洋環(huán)境無明顯不利影響。如果能證明降低處理水平，受納水域的水質 目標仍能滿足目標要求，降低處理水平應是允許的。當然，我們也應看到，由于污水海洋處 置工程在我國的起步較晚，同時由于經(jīng)濟實力所限，我國的海洋處置工程與國外發(fā)達國家相 比還有一定的差距，因此，應加強對海洋處置工程的科研，建立完善污水海洋處置的規(guī)范， 走適合我國國情的污水海洋處置道路。另外，排海工程是用來減少污染的環(huán)境工程，但如果 使用管理不當，也可能成為影響環(huán)境的污染工程。這其中的關鍵就是需要有一套標準來規(guī)范， 應盡快編制和頒布我國的污水海洋處置工程的標準和規(guī)范。結語研究表明，海洋本身具有巨大的自凈能力，陸源入?？扇苄晕镔|在海洋動力

22、的作用下被 迅速地稀釋、輸運，同時，各種物質成分伴隨著水體自然循環(huán)的過程，在低濃度水平上隨著 不斷進行的化學和生化反應而逐漸降低或同化，達到海洋水體的本底。為改變我國沿海目前 污水漫排的實際狀況，在現(xiàn)有國情條件下，走人工治理與天然處置相結合之路，利用海洋的 這種自凈能力，實施污水海洋處置工程，是解決沿海城市環(huán)境問題和污水出路的優(yōu)選方案， 或可以說是必由之路。因此，在中國海洋21世紀議程提出“合理利用海洋自凈能力。深水管道排污可以 減少污水治理費用，利用海洋自凈能力凈化污水。沿海城市應逐步推廣污水深水管道排海工 程?！眳⒖嘉墨I黃河寧污水排海工程導論大連：大連理工大學出版社-1990: 1-7Br

23、ocard D.N., Van Wheele B.J. and Williamson L.A., The new Boston outfall, Civil engineering practice 1994, (Spring/Summer): 33-48Roberts P.J.W. and Snyder W.H., Hydraulic model study for Boston outfall,J. of Hydr. Engrg., ASCE, 1993, 119(9): 970-1001Lei Yang, Review of marine outfall system in Taiwan

24、, Wat. Sci. Tech. , 1995, 32(7): 257-264Lee J.H.W., Mixingof buoyant jet dischargesfrommultiportsewagediffusers, the Hong Kong University, 1989韋鶴平上海市竹園排放口擴散管模型試驗研究上海：同濟大學，1991韋鶴平白龍港第二污水排放口系統(tǒng)近區(qū)稀釋擴散河工模型試驗和流場、濃度場數(shù) 值模擬研究報告上海：同濟大學，1995.9韋鶴平上海市污水治理二期工程優(yōu)化排放口擴散器工程參數(shù)研究報告上海：同 濟大學， 1998,2吳洪杰、黃智民對我國城市污水海洋處置的思索廣州環(huán)境科學，1996, 11(1): 4-7Sharp J. J. and Lee J. H. W., Ocean outfalls and land based treatment plants- an environmental comparison, Proc. Int. Conf on Pollution in the Urban Environ