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2 可持续城市污水 处理 系统及其 在中国的应用 摘要 中国正面临着水危机。有 400 多座城市缺乏足够的水资源 ， 一半以上的河流遭到污染 。 为在 21 世纪实现可持续发展 , 首先要为每个人提供足够的水源和保持 良 好、轻松的水环境 。 根据可持续发展观念 , 在 这篇文章提出 了 可持续城市 污水处理 系统概念 ( 城市污水处理系统 ,不仅 是 一个 的 基本的雨水和污水排水设施 、 保护城市环境 和 公共水 体，而且 也必须有助于恢复水环境 ,以维持一个健康的社会水循环 。 可持续城市排水系统应当 以 城市用水循环再用 为基础 ,以 流域 水资源的再生 和 养分循环中 心 为 焦点 。 深圳经济特区 和 中国北京地区 已经 推出 。 关键词 ： 水；资源；废水；再利用；可持续性；中国 3 1 引言 我国水资源稀缺。根 据中国水利部公布 的 中国水资源公报 ,2004 年 中国 水资源总量为 0 13立方米 。 它相当于 人均每年 1856 立方米 。 其中 23%,0 12立方米 ,用于农业、工业及家庭活动 。 同时 ,693010 8立方米的废水从 城市排放 出。 数额不超过半数 的废水 受到二次 处理。 我国 一半以上的 江河 受到严重的 污染 。 为了 解决水危机 ,中国政府发表了许 多法规 ， 研究提出了许多战略 ; 工程师们 已经规划及兴建 了许多 供水、污水处理工程 。 但随着中国经济的发展 , 水资源日益短缺 ， 中国广大地区环境质量不断恶化 。 为了解决 中国水问题 和 实现可持续发展 ， 一种新用水 和处理 策略必须建立 。基于传统观念 的 城市污水 处理 系统的运作是不能持久 的， 它必须改变 。 城市污水处理系统 ,不仅 是 一个 的 基本的雨水和污水排水设施 , 保护城市环境 和 公共水 体。而且 也必须有助于恢复水环境 ,以维持一个健康的社会水循环 。 社会水循环定义为一个系统 ,包括 从 天然机构引水 ， 利用它 并 排放回水体 。 一个健康的社会水循环意 味着要适度 取水 、审慎用水、 人为 废水净化与 再利用。 要确保在江河上游 的 用水不影响下游河道水体功能 。 最终目的是恢复保持城市 或 流域健康的水环境及最终实现水资源的可持续利用 。 一个健康的社会水循环也是建立城市再 循环 的一个重要组成部分 。 这篇文章的目的是讨论 利 用健康水循环观念 ，从 功能 和 设计上考虑可持续城市污水 处理 系统 。 本文将介绍一些城市规划的建议 ,以促进这 种 健康的水循环 。 2 可持续城市污水处理系统的发展 市污水 处理 系统 的 历史 最早的城市污水处理系统建成仅 仅是 ,尽快从一个城市 向城市 下游河道运输过多 的 陆上 雨水 。 抽水马桶发明于 18 世纪 , 在 19 世纪 欧洲各城市 成为普遍 。 广泛使用抽水马桶改善 了 城镇居民 的 卫生条件 , 但供水量和污水因此 而 大幅提升 。 此时 ,下水道和径流污水系统建为合并 的 污水处理系统 。 城市污水处理系统的功能变 成 这一 组合系统 , 作为 卫生工程的重要组成部分以保障居民 不受 细菌感染 。 但是 ， 在这期间城市附近 的 河流和湖泊污染 得 可怕 ,因为大量未经处理的废水含有粪便和尿液 。 20 世纪莱茵河 的 污染是一个典型的例证 。 城乡居民居住条件 的改善 是以 水环境污染 为代价而 得到的 。 4 废水处理技术的研究和实践始于 20 世纪初 ， 开始 的情形是 河流和湖泊污染严重 。 在过去的世纪里 ,废水处理技术 随着 污染物 的 清除急剧 提高，这些污染物 包括悬浮固体、有机物 ，到后来的 氮、磷 酸盐，到最后的 微量 污染物质 如消毒副产物、激素类物质 等。 目前 ,城市污水 处理 系统的功能如下 : (1) 尽快运输城市外 表的雨水和废水以防洪水和防止流行病 的 蔓延 ; (2) 处理城市 废 水 以 达到或超过国家或地方规定的标准 。 1 世纪可持续城市污水 排水 系统的格局 上述城市污水 处理 系统 的 功能 是在 水资源丰富足以炫耀 ， 而废水倾入 的 河流或湖泊 有 足够自净 的能力的 假设下形成的 。 当 人口 不多或 不 集中、工业不发达 时，这个假设是被支持的。随着 工业 的发展 ,人们越来越集中 ， 都 市 区 形成。 此时传统的城市污水处理系统只能保护城市内的范围 。 城市周围地区 因城市居民制造的废水和 其他废弃物 受到 严重污染 。 从整个流域的恢复 视角看， 城市污水处理系统是整个水 分 循环 的一部分。 城市污水系统的功能 应该再评估， 新任务应该 得到支持。 城市污水处理系统应发挥重要作用 ,健全水循环和可持续城市建设 。 如果 我们把 一个城市 比作 人体 ,水可视为血液 。 供水系统好比动脉 ， 污水系统类似于静脉 。 污水处理厂可视为类似于肝脏 ， 因工厂净化城市废水 的 作用 。 城市污水处理系统 必需 要负责废水 的 收集、运输、净化、 改造。 城市污水处理系统的关键因素是 结束 城镇水循环 。 21 世纪城市污水处理系统的功能应该从传统 的 防涝 预防到 废水回收利用 ,水资源可持续利用和流域的恢复 的建立。 这个 新的 污水 处理 系统 在本文中称为 可持续城市 污水 排水系统 (其主要特点表现在 图 1 中。 图 1. 可持续城市 污水 排水系统 略图 5 一个典型 的 可持续城市 污水 排水系统 ( 四个现代化的特征 ， 描述如下 : (1)它是城市用水循环再用 的基础。 责任 生产回收废水作为稳定的 二级城市 水 资源。 再生水可作为工业冷却水、 景观 美化灌溉用水 、溪流再生用 流 动 水及 任何其他非饮用水 的 应用 。 大量废水再生利用可以减少淡水 开发 ,从而增进健康的水循环 。 (2)流域 水资源 的 再生取决于 在一个 流域上 , 废水从上游城市排入下游城市 。从 整个流域 看，上游可持续城市污水处理系统的 流出 物将是 下游城市水源的一部分 。 每一 个 该都 要有水资源再生能力 。 (3)养分循环 的中心。 作为废水 处理的产物， 污泥应妥善处理 ， 返回农田作肥料 。 废水 中的 氮、磷应在废水收集、运输和处理过程 中 回收作为肥料 。 然 养分循环 中 起着重要作用 。 注 : 中国法律规定 ,工业废水必须进行预处理去除重金属方能 排放到 城市污水流 。 (4) 稀缺资源回收和能源回收 为基础。 大多数城市居民 的 代谢产物排入城市污水管网 ，然后运 往 废水处理 厂 ， 这种废水含有大量 的 能源 。 废水 或 污泥 的 厌氧 处理 可能产生甲烷 ,它 可作为燃料 。 废水 中的 能源还可 通过 热泵技术提取 。 一些珍贵金属或其他稀有资源 在 废水 中 也有 ,尤其是工业污水管道 。 工业废水中回收有价值的物质可能是工业循环经济 中 一个重要的部分 。 统城市排污系统和可持续 城市排污系统的对比 市污水处理系统 的 原理 在可持续城市 污水 排水系统规划 中 ,既 要 强调方便城市污水再生利用 也要便于 雨水 的利用。 这是传统城市排污系统和 根本的区别 。 在 废水处理的目的是废水 生产再用， 叫废水 再利用 生产厂 (传统的城市污水处理系统 中的 废水处理厂 (明显的区别 。为了 实现可持续性 城市 污水 处理 系统 ，作为 关键部件 ， 雨水下水道、污水处理设施是重要的 。 雨水是最重要的地表和地下流动 水 来源 ,不 应象 在传统的城市污水处理系统 中一样快速 流 向城市 外 。 在 ， 城市雨水应尽 可能 的 保留 ,并应妥善处理 ，以便 城市 的再循环。 产废水再生厂 的 规模、地点、数量 按传统城市排污系统规划 的 规定 ， 再生水生产厂应位于城市 的 下游 。 但这种安排 使 再生水的来源远离自己的消费者 。 因此增加 了 再生水管道系统 的 投资和运行成本 。 这将 是 不利 的，因为 消费者要花费更多的金钱 去 使用再生水 。 因此 , 以下 几项 应彻底调查才可以决定污水分离 区和 数量 :(1)功能分类及城市 的6 地形 (2)目前 废水、雨水管道 的 分布 (3) 接纳 水 的 水体环境容量 (4) 目前和未来需求再生水的位置和尺 寸 。 根据以往的经验 , 大型 的 废水 处理厂 ( 高效 ，且 每立方米废水建造和运行的成本低于 小型的 因此， 在传统的城市污水处理系统 中 , 得尽可能的大，许多城市只有一个在城市下段的 但在 于 计 中， 这个经验未必适用 ,因为如果只有一个 处城市下游 ，要建再生水 泵站 ，废水和再生水的 管 道 长度 就会 过长 。 于是决定 量的多少 不能局限于传统经验 应 像 传统型态 的 城市污水 处理系统 中 规划 一样 集中在城市 下游所在地 。 在 上游或下游或污水管线 上的整个城市可设大 、 中 、 小 型的 再生水管道可以缩短 , 降低废水再生 的 生产成本 。 水处理程度与 方法选择 在 传统概念下的城市污水处理系统 , 中国的许多城市中相当重视废水 的二次处理，以 达到综合废水排放标准 ( 但在多数情况下是不 足 兴建 为了提高污水回 收 额 ,恢复城市下游水环境 ，必须 使用 深度处理乃至 超 深度处理 增加废水的排放标准 。 当规划 一个 考虑 废水超深度处理的可能性。 至少应预留足够的空间 ,供 未来增设超深度 处理单元 。 由于决策官员 的反对 及巨额 的 建造和维修费用 ， 在中国规划建设 深度 或超 深度 污水处理厂存在着很大的困难 。 环境与民间研究者和工程师 对 概 念 和效益起到重要的宣传作用 。 在 目前中国大部分地区传统的城市污水处理系统 ，废水处理厂（ 典型的二次处理 已经完全建立 后， 又增添了 废水回收的 先进工艺 。 二 次 处理 的 污水变成了废水 再利用 生产厂 (水 。 当 考虑 废水从 初 步 到 深度处理 的整个过程 ，这种格局使得管线太长、过程太复杂 、 再生水的生产成本太高 。 在 ， 用于 传统污水处理厂的工艺选择 原则 不适合 划设计 废水处理的方法选择时，一级、 二级和三级处理或 深度处理单元 ,应被视为对整个系统的 一部分。从 整个 处理 顺序 上 要合理分配去除碳、氮、磷等污染物 . 这是 在 再生 水 生产全过程 （ 后的观念，在中国 已研制约 10 余年 。 7 3 可持续城市污水 处理 系统 在中国的 实践 圳经济特区 深圳是 中国 第一大经济特区 ,也是我国水资源最贫乏七个城市 之一。 据早些时候的计划 ,在 东深供水工程和东部水源工程建成 之后， 每年只有 立方米水 可 供给 深圳 . 这 即 为深圳经济特区 市民 人均每年 用水 374 立方米 。 水资源短缺是 制约着深圳地区 发展 的关键因素 。 与此同时 ,深圳市水环境的污染 严重 . 虽然 经 二级处理的废水 量占 深圳经济区废水总排放 量的 56%，但 根据 中国 地表水环境质量标准 ( 大部分流经该区 河流 的 水流质量 是 第五 级。 也就是说 ，在河水中 五天生化需氧量 (浓度超过 10 毫克 /升 ,溶解氧含量不超过 2 毫克 /公升 中没有生命， 水体的颜色 是 黑色 的，且 河流附近有异味 。 为了 恢复深圳经济特区水环境 ,实现水资源的可持续利用 ， 在 2000 年 引导了一个 废 水回用项目 。 2001 年 ， 中国东北市 政工程学院 已 完成污水回用系统的具体计划 。 根据这一 仍 未实现 的 计划 ,再生 水管网分为六个部分 ，如图 2 所示 . 管线总长度约 130 千米 ,再用水总 量每天预计有 50 万立方米 。 图 每个 规模和地点 的 确定 都需 审慎考虑再生水消费者的分配 、 深圳地区的地貌 、 目前污水管线位置 等。 8 当所有 完全建成 ,模式 将 改变， 其中 地点均为城市下游 ， 深圳经济特区 的 城市污水处理系统将成为水资源 循环中心。 这将 是 念 的应用。 京地区 北京地区的全年降水量为 595 毫米 ,水资源量每年人均不超过 300 立方米 。 根据 中国 地表水环境质量标准 ( 北京地区 的 地表水水质 低于 第五 级。 二十一世纪初始 几 年 ， 地下水受到严重的 开采， 地下水水平 面 每年下降 。 2001 年 ， 北京市政府和中华人民共和国水利部 批复了 21 世纪初 期 (2001 至2005)首都可持续水资源利用 规划。 在同年六月 , 北京废水 研究组 授权 北京地区再生 水 规划纲要 。 在 这份报告 中， 设计 和相关的 再生 水管线排列 如3 图所示 。 北京奥运行动规划 ,承诺 北京 废水二级处理率将达到 90%以上 ， 并努 力达成 2008 年前 废水回收率 为 50%。 名称及有关的管道 ,预计到 2008 年前完成 ， 见表 1。 所有这些计划意味着北京地区将 应用 图 9 表 1 预计到 2008 年前完成 的北京地区再生水系统 规模 (公吨 /每天 ) 再生水管道长度 清河 80,000 94 北小河 60,000 36 北圆 10,000 14 酒仙桥 80,000 34 东坝 10,000 吴家村 80,000 67 卢沟桥 80,000 48 小红门 70,000 72 五里坨 6,000 6 2004 年 ， 本文作者 完成了 题为 北京地区水环境修复对策 尚未出版的报告 ,得到了北京市教育委员会 的支持。 我们建议北京地区 应从 流域恢复和保护、水及污水利用和水环境修复 的角度定策略。 在此同时 , 还提出转变北京市污水 排水 系统 功 能 的计划。 据这个项目的研究成果 , 北京地区已分成 12 个 污水再生回用 区域 。 再生水 量预计会达到 立方米 ,这是 北京地区目前 可用 淡水 总量的 三分之一 。 另外， 水污染物量预计将在 2010 年前减少 40%。 4 结论 可持续城市 污水 排水系统对二十一世 纪 的 中国 来说是 水环境整治的生命线 . 其功能超越传统 的 雨水和废水排放 、 防止 公共 水体污染 的 任务 。 可持续城市 污水 排水系统 是 实现 健康水循环的中心，是资源能量循环应用的基础。 他们把人类社会水循环与自然水 分 循环和谐 地联系在一起。 在中国， 可持续城市污水 排水 系统的概念正在计划中 。 深圳经济特区和中华人民共和国 首都 可能是 最先 实现可持续的污水 排水 系统 的两个 地区 。
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