城市節(jié)水技術(shù)與實(shí)踐綜述

1.節(jié)水（WaterConservation）的含義節(jié)水的含義值得深入討論，如單從字面上理解，往往被認(rèn)為就是節(jié)約用水，實(shí)際上節(jié)水的含義深廣，并不局限于用水的節(jié)約。它包括水資源（地面水和地下水）的保護(hù)，控制和開發(fā)，并保證其可獲得的最大水量進(jìn)行合理經(jīng)濟(jì)利用，也有精心管理和文明使用自然資源之意。因此，對節(jié)水需作廣義理解，節(jié)水為水管理的一個不可分割的重要部分。2.我國目前節(jié)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布上很不均勻，利用難度很大。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市生活水平的提高，很多地區(qū)特別在北方和某些沿海城市發(fā)生水資源短缺和污染問題。嚴(yán)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(guān)注水資源的短缺和污染問題，促進(jìn)了自來水廠和污水處理廠的建設(shè)，至1997年底，中國的城市日供水量達(dá)1.90億立方米，但是現(xiàn)在我國668個城市中約有330個城市缺水，按目前經(jīng)濟(jì)增長速度估計(jì)，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(jīng)處理排入水體，經(jīng)觀察，地面水受到嚴(yán)重污染。我國約三分之二的城市以地下水為主要水源，而現(xiàn)在地下水開發(fā)和保護(hù)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(xù)下降，城市地下水資源普遍遭到污染，這些問題直接影響了地下水資源的可持續(xù)利用。因此很多城市別無選擇，只得采取遠(yuǎn)距離取水，這樣，長距離引水工程項(xiàng)目的建設(shè)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(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個制約因素。面對這一嚴(yán)峻形勢，必須實(shí)行水資源的統(tǒng)一規(guī)劃與管理，把用水問題，特別是將節(jié)水工作納入社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，建立與健全相應(yīng)的規(guī)章制度，認(rèn)真貫徹開源節(jié)流并重方針，加強(qiáng)節(jié)水的科學(xué)管理，全面開展節(jié)水工作，通過多種途徑開辟新水源，加強(qiáng)污水處理，搞好污水回用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。3.水價水價是節(jié)水中的一個重要事項(xiàng)，須加以合理制定，合理的水價能促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，減少水的消耗和改善水環(huán)境。眾所周知，水是一種商品，但現(xiàn)行水價遠(yuǎn)低于其市場價值，低水價造成了人們對水的低價值觀念，不利于消費(fèi)者采取有效的節(jié)水措施。由于城市給排水系統(tǒng)屬于公益性事業(yè)，其效益主要是社會環(huán)境效益，為了給排水事業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，適當(dāng)提高對所有有經(jīng)濟(jì)收入部門以及家庭用水的水價標(biāo)準(zhǔn)是完全必要的。在我國的多數(shù)城市，每戶都裝有水表，可根據(jù)自來水用量計(jì)算水費(fèi)，這一水費(fèi)包括制水的基建投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等。對于污水收費(fèi)可使用同一水表估算家庭污水量。下水道用戶付費(fèi)也可使用水表中的水耗數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，污水付費(fèi)將高于水費(fèi)。為公平收費(fèi)，需引進(jìn)水和污水的累進(jìn)付費(fèi)制度，這樣，單位水價將隨水量的增加本報告還介紹了日本大阪市下水道用戶付費(fèi)系統(tǒng)，美國Florida州的供水和污水處理收費(fèi)系統(tǒng)以及我國一些城市的城市污水處理付費(fèi)系統(tǒng)。4.市政節(jié)水技術(shù)對策宜從以下幾方面推進(jìn)市政節(jié)水工作：☆加強(qiáng)城市供水管網(wǎng)的維護(hù)管理、改進(jìn)測漏技術(shù)、采取有效措施進(jìn)行治漏、努力減少管網(wǎng)漏失量是城市節(jié)水的重要方面。有的城市使用的檢漏儀器比較敏感，發(fā)現(xiàn)漏水的管段十分準(zhǔn)確。城市管網(wǎng)使用的管材的質(zhì)量和接口形式越來越引起人們的注意，我國已廣泛使用新型管材和接口，對于減少管網(wǎng)漏失率有一定作用?！顑羲畯S排水盡量自身回用以節(jié)約大量用水，我國近幾年新設(shè)計(jì)的水廠已考慮將濾池反沖洗水和沉淀池排水經(jīng)濃縮后將上清液進(jìn)行回收。☆選用質(zhì)量好的節(jié)水型用水器具，對節(jié)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(shè)備，這不僅可節(jié)約大量用水，還可節(jié)約水費(fèi)開支，宜加5.工業(yè)節(jié)水技術(shù)對策☆工業(yè)節(jié)水包括冷卻水的循環(huán)使用，工藝用水工序間的重復(fù)使用，其中，冷卻水的循環(huán)使用是工業(yè)節(jié)水的重要技術(shù)對策?！罾鋮s水循環(huán)利用的關(guān)鍵是冷卻塔的效率、水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)、提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)減少補(bǔ)給水用量，以及冷卻塔中填料的形式和種類?！罡镄潞屯茝V采用節(jié)水型生產(chǎn)工藝甚為重要，工廠通過改進(jìn)廢水處理工藝，使經(jīng)處理的廢水再用于生產(chǎn)，逐步達(dá)到零排放，形成閉路系統(tǒng)。☆采用低水耗和零水耗工藝，以進(jìn)一步提高節(jié)水效率。6.污水處理技術(shù)的新發(fā)展和應(yīng)用實(shí)踐其中引進(jìn)了所謂“先進(jìn)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(fèi)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(zhì)的去除具有明顯效果。一般可去除懸浮固體80%～90%，BOD為70%～80%，COD40%～60%，細(xì)菌80%-90%，磷75%-~95%。而使用常規(guī)一沉池時，其去除率為：懸浮固體50%～60%，BOD25%~40%，因此，在處理工藝的評價和選用中，對ATP法的關(guān)注及其與BST法的比較很有6.1主要的二級生物處理(BST)工藝有關(guān)水體的污染負(fù)荷方面,目前對于污水處理廠去除營養(yǎng)物質(zhì)效率的要求顯著提高了,為達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn),防止水體富營養(yǎng)化以及缺水地區(qū)的污水回用，對污水的除磷脫氮得到了重視。因此已經(jīng)在建設(shè)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(tǒng)的二級生物處理(BST)可對有機(jī)物進(jìn)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(yǎng)物質(zhì)的去除效率以防止水體富營養(yǎng)化。在污水除磷脫氮工藝中,將兩種已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的除磷脫氮工藝簡述于后：6.1.1循環(huán)式活性污泥工藝(CAST)根據(jù)有關(guān)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(fā)的循環(huán)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(huán)周期（2小時曝氣，2小時非曝氣），暴雨時采用2小時循環(huán)周期，沉淀和撇水順序時停止進(jìn)水。因此，正常的運(yùn)行系統(tǒng)由以下各階段組成，即充水/曝氣，沉淀，撇水，閑置。該系統(tǒng)設(shè)置厭氧選擇器，混合液從主曝氣區(qū)回流至選擇器。很多中國專家對CAST工藝甚為關(guān)注，由于水體富營養(yǎng)化問題的加劇，現(xiàn)在該工藝除在工業(yè)廢水中廣泛應(yīng)用外，已在我國城市污水處理中陸續(xù)采用。6.1.2氧化溝工藝氧化溝工藝與常規(guī)法相比具有以下一些主要優(yōu)點(diǎn)：無須設(shè)置初沉池；工藝運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠；工藝控制簡便；污泥相對穩(wěn)定，可不經(jīng)厭氧消化直接脫水干化；該系統(tǒng)的工作表明，可去除BOD95~98%,COD80~90%,同時，對氨氮的去除程度較高，因此，其凈化效果優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)。然而，傳統(tǒng)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。本報告介紹了三種類型的氧化溝，即卡魯塞爾(Crrousel)系統(tǒng)，交替運(yùn)行系統(tǒng)和奧貝爾(Orbal)系統(tǒng)。每種類型的氧化溝各有其優(yōu)缺點(diǎn)，其共同的特點(diǎn)是對氮、磷的處理能力提高了。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?，F(xiàn)在氧化溝處理城市污水在中國業(yè)已廣泛采用。6.2先進(jìn)一級處理(ATP)采用先進(jìn)一級處理(ATP)去除磷、懸浮固體與有機(jī)物在一些國家已應(yīng)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(xiàn)在也在運(yùn)行。在常規(guī)法的污水處理中，化學(xué)沉淀往往與生物處理相結(jié)合，以提高磷的去除率。此外原水中的部分有機(jī)物得以去除，污水中的細(xì)菌、病毒、腸道寄生蟲卵和重金屬能有效地去除。在Scandinavia由于氣候嚴(yán)寒且化學(xué)絮凝劑價格低廉，因此采用APT處理污水，在基建造價和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低的情況下取得較好的處理效果。鑒于中國的具體情況與Scandinavia不同，處理工藝的選擇需符合中國國情，對于出水TP濃度要求大于0.5mg/L時，去除1mole磷的金屬鹽投加量為1~2mole。為達(dá)到出水磷的嚴(yán)格要求，采用APT所需的運(yùn)行費(fèi)用將遠(yuǎn)高于二級生物處理(BST)。APT的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用通常與系統(tǒng)的關(guān)系極為重要。運(yùn)行費(fèi)用包括投加的化學(xué)品、電耗、勞力以及污泥處理處置所增加的費(fèi)用。APT所增加的化學(xué)污泥的處理和處置問題十分復(fù)雜，對于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(fèi)用十分昂貴，對于一個小型污水處理廠，則所需費(fèi)用便要少些。鑒于以上情況，目前APT系統(tǒng)可應(yīng)用于我國的小型城市和嚴(yán)寒地區(qū)的污水處理。7.污水回用城市污水是中國城市地區(qū)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(guān)衛(wèi)生健康問題需進(jìn)行研究。國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)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(fā)非常規(guī)水源。排放至水體（供應(yīng)生活和工農(nóng)業(yè)用水的河流、湖泊、地下水域）的處理水已成為國家非計(jì)劃內(nèi)的淡水供應(yīng)的重要組成部分，因此，污水必須經(jīng)過適當(dāng)處理去除和減少有害物質(zhì)，防止危害水體。實(shí)際上城市污水的回用已成為國家水資源開發(fā)利用和保護(hù)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(fā)方面作出很大努力，廢水經(jīng)適當(dāng)處理后可回用于工業(yè)和灌溉（包括農(nóng)作物、高爾夫球場、公園和其他娛樂場所等），處理水也用于回灌地下水。污水回用是節(jié)省有限的高質(zhì)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(qiáng)有力的支持。以下列舉了在中國實(shí)施的污水回用的三種重要途徑—農(nóng)業(yè)灌溉、地下水回灌和工7.1農(nóng)業(yè)灌溉中國早在50年代就開始利用城市污水灌溉農(nóng)田，污水灌溉農(nóng)田除為缺水地區(qū)提供灌溉用水的附加水源以及農(nóng)作物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)外，污水歸田還可防止水體污染，保護(hù)飲用水源的水質(zhì)和安全性。過去由于大部分污水未經(jīng)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(jù)污水灌溉對健康影響的流行病學(xué)研究分析結(jié)果證實(shí)，污水灌溉所引起的疾病傳播均與使用原污水或未經(jīng)合適處理的污水有關(guān)?？偟目磥?，由于水資源的緊缺，灌溉用水得不到保證，污水灌溉不但需繼續(xù)進(jìn)行，而且是污水回用的主要途徑，關(guān)鍵問題是必須加強(qiáng)污水處理，改善灌溉用水水7.2地下水回灌用再生污水和剩余地表水（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了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(yīng)量。地下水回灌還可儲存雨水和經(jīng)處理的污水以備使用。地下水回灌系根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛩臈l件，以不同循環(huán)周期在布水場地上進(jìn)行間歇充水。再生水經(jīng)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(tǒng)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(jī)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(wèi)生方面的一個重要考慮。因此，妥善的預(yù)處理對地下水回灌至關(guān)重要，處理要求根據(jù)污水來源和回灌地區(qū)有所不同。7.3工業(yè)冷卻大型冷卻系統(tǒng)中有各種不同情況，如近海的大型發(fā)電站或煉油廠的非接觸冷卻，主要金屬工業(yè)相對惰性材質(zhì)的直接接觸冷卻，以及水資源短缺地區(qū)的內(nèi)陸大型工業(yè)的非接觸循環(huán)冷卻系統(tǒng)。工業(yè)冷卻塔的運(yùn)行面臨四個水質(zhì)問題，即熱交換器和冷凝器中結(jié)垢、堵塞、腐蝕和微生物繁殖，淡水和城市污水中均含有能產(chǎn)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(dāng)再生水回用于冷卻系統(tǒng)時，為保護(hù)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(zhì)要求與使用淡水相同，可設(shè)計(jì)采用污水深度處理，以減少磷（控制結(jié)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(zhì)引起的腐蝕作用減少到最低程度，有必要在工廠內(nèi)部采用化學(xué)處理如鋅/鉻處理方法，這些產(chǎn)生腐蝕作用的物質(zhì)包括總?cè)芙庑怨腆w，在常規(guī)處理單元過程和運(yùn)行中加以去除，費(fèi)用昂貴。8.石家莊橋東污水處理廠可行性研究實(shí)例分析石家莊為“中國21世紀(jì)城市水管理”項(xiàng)目的示范城市，該市利用世界銀行貸款項(xiàng)目的“石家莊市污水治理工程可行性研究”已經(jīng)完成，該可行性研究提出了以下三個污水處理工藝方案（處理規(guī)模500,000m3/d）進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較?！預(yù)2/O工藝☆氧化溝工藝☆傳統(tǒng)活性污泥法工藝傳統(tǒng)活性污泥法系統(tǒng)的負(fù)荷較高，相應(yīng)的水力停留時間較短，從而減少了所需的曝氣池池容。其剩余污泥通常進(jìn)行厭氧消化，傳統(tǒng)活性污泥法系統(tǒng)所需的基建和運(yùn)行費(fèi)用也較低。其主要缺點(diǎn)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(yùn)行的可靠性，其主要弱點(diǎn)是占地面積較大，所需基建費(fèi)用較高。氧化溝工藝與A2/O工藝以及傳統(tǒng)活性污泥法工藝相比，其抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，運(yùn)行管理更為穩(wěn)定簡便，除磷脫氮效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。對上述工藝進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)的比較后，認(rèn)為氧化溝工藝應(yīng)是石家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(nóng)業(yè)利用隨著我國城市污水處理事業(yè)的發(fā)展，需要處理利用的污泥量相應(yīng)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(yǎng)物質(zhì)含量較高。我國的污泥農(nóng)業(yè)利用已有很長歷史，污