城市雨水与污水厂尾水利用技术与经济策略.docx
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城市雨水与污水厂尾水利用技术与经济策略
城市雨水与污水厂尾水利用技术与经济策略
南京市排水管理处骆颖
一、水资源状况和雨水、污水厂尾水利用的意义
水是人类生活和生产活动中不可缺少的重要物质,也是不可替代的重要资源。
随着社会经济的快速发展,人口不断增加,人民生活水平逐渐提高,各种用水量也随之增长。
但是地球上的淡水资源毕竟是有限的,而这有限的资源还在不断地受到人类肆意的开采和污染,使“水危机”成了我们面临的严重问题。
我国是贫水国家,人均水资源拥有量只有2200立方,仅为世界平均水平的四分之一。
有近400座城市缺水或严重缺水。
水资源已成为制约地方经济和社会发展的重要因素。
节约用水、提高水的利用率和水的循环利用是开源节流挖掘水资源潜力的三种基本措施,也是水资源供需平衡和社会可持续发展的基本要求。
城市雨水利用就是直接对降水进行收集,储存,并加以利用。
降水是流域水资源的唯一来源。
地表水和地下水只是降水的两种赋存形式。
与缺水地区以及农村的雨水收集利用不同,城市雨水利用研究的意义还在于可通过利用雨水减轻城市雨水洪涝和减缓地下水位下降,控制水资源污染,改善城市生态环境等。
将雨水作为一种水资源进行开发和利用实在必行。
城市污水厂出水再生回用,即尾水利用,是将城市居民生活及生产使用过的水经过处理后再进行二级或三级处理到非饮用程度,也就是所谓的中水,用于农田灌溉、河湖补水、工业循环用水、绿化用水、地面冲洗等等。
对污水进行回收利用,可相对增加环境容量,也等于减少了自来水使用量。
而且污水厂尾水集中排放也便于管理,便于使用。
总之,只要回用水有用户,雨水利用和污水厂尾水利用在技术经济和水量方面都有巨大的潜力。
对于如何利用雨水和污水厂尾水以及利用的利弊比较,本人认为应该借鉴国外的成功经验,结合中国国情从技术经济两方面进行研究,提出近期实施的设想和远景规划是非常有现实意义的。
二、通过德国雨水利用的实例探讨雨水利用在我国实施的
可行性
1.德国水资源充沛,不存在缺水问题,但为了维持良好的水环境,制定了严格的法律、法规和规定,要求对污水进行治理的同时还要求对雨水进行收集利用,并投入大量人力与资金开展雨水利用的研究与应用。
作为世界上雨水利用最先进的国家之一,德国的雨水用途很广泛。
除了建造水景观和改善环境外,雨水还被广泛用于冲刷厕所、洗涤衣服、浇灌花园草地、部分工业用水、空调冷却用水、清洁道路等等。
在德国众多城市,尤其是市中心的街道,人们经常看到一些水沿着街道两侧的明沟,从高处流向低处。
城市街道建设明沟,花费不大,既冲洗了街道,又收集了雨水,一举多得。
只有超量部分和污染程度高的部分雨水才允许排入污水管,这样做既减少了雨水占用城镇排水管网的容量,也减轻污水处理厂的处理压力。
另外对于排水体制为合流的地区,进污水厂的水质浓度也大大提高了,从而提高了污水处理的效率。
德国联邦和各州有关法律规定,新建或改建开发区必须考虑雨水利用系统,因此,开发商在进行开发区规划、建设或改造时,均将雨水利用作为重要内容进行考虑,尤其在进行大面积商业开发区建设时,更是结合开发区水资源实际,因地制宜,将雨水利用作为提升开发区品位的组成部分。
德国雨水利用的经济措施是:
如建筑房屋或硬化了地面不能渗入而进入雨水管网要缴纳雨水费用。
以柏林市为例:
因为柏林市地下水位较浅,因此要求商业区建成后既不能增加地下水的补给量,也不能增加雨水的排放量,以防雨水成涝。
为此,开发商对雨水利用采用了如下方案:
将适宜建设绿地的建筑屋顶全部建成“绿顶”,利用绿地滞蓄雨水,一方面防止雨水径流的产生,起到防洪作用,另一方面增加雨水的蒸发,起到增加空气湿度、改善生态环境的作用;对不宜建设绿地的屋顶,或者“绿顶”消化不了的剩余雨水,将通过专门的已带有一定过滤作用的雨漏管道进入地下总蓄水池,再由水泵与地面人工湖和水景观相连,形成雨水循环系统。
而地下总蓄水池又设有水质自动监测系统和雨水处理系统。
由于柏林整个大环境很好,雨水干净,所以,一些流下来的雨水水质经过前期过滤后已经达标,可直接进入雨水循环系统;如果水质不达标,则自动进入雨水处理系统,经处理后再进入雨水循环系统。
波茨坦广场是德国雨水利用的典范。
每年2月举行的柏林国际电影节享誉全球。
每到那时,明星璀璨,记者云集。
他们聚集在柏林现代化的市中心波茨坦广场,广场上的很多建筑,包括酒店本身以及戴姆勒—克莱斯勒公司总部大楼等,都是“绿顶”。
波茨坦广场的水景观由3部分组成:
一是索尼中心大楼前带有喷泉的水景观。
小孩子尤其喜欢来这里观看喷泉水柱四溅;二是戴—克公司总部大楼前的人工湖。
湖内鸳鸯戏水、金鱼游动,路过游人无不留连歇足;三是柏林电影节“电影宫”前的阶梯状水流,水流上与人工湖、下与水泵相连。
我国近年来也十分重视城市的雨水利用,但对照德国雨水利用的经验我认为我国还存在很大的差距,主要是:
没有相应的法律和经济政策;利用技术不规范;等等,但最主要的我认为还是雨水的水质限制了雨水的回用。
雨水的水质污染主要有以下几个方面:
(1)大气污染:
大气污染物多种多样,雨水的形成下降到落到地面及落地后都有污染。
在工业化地区或交通密集地区重金属如铅的含量超标影响雨水使用的安全性。
(2)集水区污染:
地表、层顶的污染源即所谓的面源污染也很严重。
特别是初期雨水水质更差;(初期雨水水质的COD指标甚至达:
3000毫克每升),加之许多城市排水体制还是雨污合流使得水质更差(3)高强度的雨水冲刷扰动携带大量沉积物使雨水水质变差。
雨水如不进行达标处理是无法满足水体补水及其他作用的。
景观水一般应达三类水体标准(COD:
毫克每升)杂用水标准更高(COD:
毫克每升)而且即使水质可以达标,已建小区也没有预留雨水收集池和分质用水管道。
特别在不缺水的地区,雨水利用更加不易推动。
所以近期政府是首选用户,用途是向河湖补水。
其次,是开发商,但要根据雨水利用的目的,在技术和经济可行的条件下,制定相应的经济政策鼓励志愿用雨水的用户尽可能使降雨转化为可利用水。
用途是地面人工湖和水景观以及浇灌花园草地。
远期规划,等条件成熟以后,政府统一因地制宜地制定地区或流域规划,学习发达国家经验采用选进技术并通过政策、法规、经济、管理等相应的配套政策,使所有产生雨水的地区都在收集、处理和使用雨水,并统一管理。
雨水用户不仅得益于雨水利用,而且将之作为必须承担的社会责任。
三、污水厂尾水利用的优势
综上所述,雨水利用面广量大,但经济主题不明,经费渠道多样化,近期难以统一规划与统筹管理。
而污水厂的尾水利用由于其集中排放的特点,相对可以统一规划、统一管理。
城市污水是城市稳定的淡水资源,污水再生利用减少了城市对自然水的需求量,削减了对水环境的污染负荷,减弱了对水自然循环的干扰,是维持健康水循环不可缺少的措施。
在缺水地区和干旱年份再生水的应用更是雪中送炭,是解决水荒的有力可行之策。
使用范围极其优先顺序分析表现在以下三方面:
(一)当前污水处理技术已发展到能将水质处理到满足任何需要的程度,但从经济合理性和社会的可接受性来看,再生水应优先用于水质要求低的方面和输水距离近的地方,以减少污水净化和输送费用。
根据国外经验,再生水应优先用于农业,再用于工业和市政杂用。
目前,美国城市污水62%的再生水用于农田灌溉,30%用于工业,其余用于城市杂用和地下水回灌。
但我国农村污水处理还没有,应该城市优先。
(二)工业是城市的用水大户,在工业城市,用水量达到城市总用水80%左右,,对水质的要求,如碱性、硬度、氯化物以及锰含量等,城市污水的二级处理出水均能满足。
其中水质要求不高的冷却水,以及熄焦、熄炉渣用水,灰渣水力输送用水、洗涤等部分工艺低质用水占了工业用水的80%。
而且再生水用于工业,一是可利用工厂现有的供水管网,降低使用费用;二是价格是自来水价的25~75%。
长期以来,人们习惯于使用经过高度净化处理的优质自来水,有不少工厂约占70%的水质要求不高的冷却水和洗涤水也都用自来水,造成很大的浪费。
城市政用水是指浇洒、景观、消防、补充河湖用水;生活杂用水是指冲洗汽车、建筑施工以及冲厕用水。
这两类用水的水质要求不高,容易满足,但除了补充河湖用水,用水量小。
所以,污水厂在工厂附近,应该鼓励工业利用。
而在城市最能实现的是利用城市污水处理厂的尾水补充河湖。
(三)从持续发展的观点看,再生水应主要用于地下水回灌。
但水质要求较高,我国目前一般不宜推广。
从持续发展的观点看,虽然工业和农业是再生水的主要用户,但地下水回灌是扩大再生水使用最有益的一种途径。
再生水用于地下水回灌,以土壤基质作为生物反应器,使再生水借助物理—化学和生物作用将其中的有机物和病原体进一步去除,使其水质与天然地下水没有差别,由于不受水文条件制约,将会带来污水再生利用的长远利益。
地下水回灌可以水力阻拦海水入渗,扩大地下水资源的存储量,控制或防止地面沉降及预防地震,调节水温,使河流的生态得到不同程度的恢复,使溶解氧增加,美观上也有所改善。
德国柏林将生物净化的污水投加氯化铁与助凝剂絮凝沉淀后,上清液投加臭氧将有机物质氧化,同时杀灭细菌,再经过无烟煤过滤,最后进行地下水回灌,以后作为饮用水重新抽取出来,该示范工程早在上世纪70年代建成投入运行。
美国加州的再生水厂,再生水中的约14%被回灌到地下水,而且将成为再生水使用的主要方面。
四、在我国,污水厂尾水利用存在的问题和近期利用应掌握的原则
污水厂尾水利用存在的瓶颈,我认为还是用途和出水水质问题。
因为在我国特别在不发达地区和广大的农村,污水收集率和处理率都很低,污水厂的覆盖率也很低。
而在城市污水厂尾水利用主要是指浇洒、景观、消防、补充河湖用水;生活杂用水是指冲洗汽车、建筑施工以及冲厕用水。
前些年我国大部分污水处理厂的出水标准是按国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准设计的,与《地面水环境质量》(GB3838-88)以及《景观娱乐用水水质标准》(GB12941-91)相比较,是不满足河湖的水环境功能区达标要求和水环境容量的。
而且采用氯消毒对水体的污染也不容忽视。
而出水提高到一级A标准,投资、造价和运行费用都有大幅度提高。
因为污水厂尾水利用必须通过混凝、沉淀、过滤;絮凝过滤;活性炭吸附;膜过滤技术;非生物滤池等几种处理方法,进一步去除二级处理没有去除的悬浮物、有机物、氮磷营养物以及可溶的无机盐等,即三级处理或称深度处理。
所以仅仅从经济角度看是不符合中国国情的。
就我国实际情况而言,污水深度处理与再生水利用是维系良好水循环的必由之路。
但如何利用污水厂尾水,本人认为近期应掌握的原则是:
对于进入渤海湾、滇池、太湖、巢湖等封闭性水域的水进行深度处理是防止富营养化,恢复水体功能的急需措施。
环境主管部门应制定地方标准,严格限制N、P和难降解物质的排放总量。
对于缺水地区,深度处理是生产再生水的主导工艺,能起到开发城市污水资源和大幅度削减污染负荷的双重作用,这些地区可以率先推进污水深度处理与再生水利用。
若在二级处理基础上进行深度处理,将排放的处理水变成再生水,使之稳定地成为城市水源的重要部分,那么就可以把远距离调水的巨额费用用于污水的再生,开发污水资源,财政就可以承担,此乃一举两得,事半功倍的智者之举。
在封闭性水域地区和缺水地区舍此别无出路,就是在水资源丰富地区或水质性缺水,这也是保持健康水循环的良策。
五.污水厂尾水经过深度处理产生的再生水应用实例:
1、创造城市良好的水体环境,补充维持城市水体的生态流量,补充公园、庭院水池、喷泉等景观用水。
北京、石家庄等地也利用再生水维持运河与护城河基流而且还为2008绿色奥运增添了亮点,以北京北水河再生水厂工程为例,投资约为2.93亿人民币,工程包括:
改造一期原有日污水处理能力4万吨的设施。
其核心工程和技术是新建高效的MBR生物池和RO反渗透膜池及配套管线34公里。
MBR膜生物池具有超高过滤性能,可大大提高出水指标,使固体悬浮物的去除率接近100%,氮磷等副营养物质去除率也很高。
处理水质达到城市杂用水标准中“冲洗车辆水质”标准,可为奥运村、大屯开发区等23.75平方公里的绿地提供绿化用水及向奥运公园景观供水。
RO反渗透膜池是以MBR生物膜池出水为源水,经过RO反渗透膜池加工后,生产出更高品质再生水,其水质达到地表三类水标准,将向奥运场馆提供冲厕、绿化用水,同时向奥运中心区提供景观补充用水。
2.工业冷却水。
大连春柳河污水厂1992年建设投产了污水再生设备,产量为1×104m3/d,主要用于热电厂冷却用水,少部分用于工业生产用水,运行10年来效果良好,效益可观。
3.道路、绿地浇洒用水。
大连经济开发区用再生水喷洒街道花园、林荫树带,节省了大量自来水。
喷洒用水的水质要求应该比工业用水更严格,因为它影响沿路空气并可能与人体接触,现开发区污水厂正在进行水质净化试验,以期提高再生水水质。
4.融雪用水。
日本融雪用水占全部再生水使用的11%,在我国北方也有应用前景。
大家可能对去年的雪灾还记忆犹新,如果有这种准备,我想会解决一些问题的。
5.污水厂尾水热能利用在寒带地区正在兴起。
当城市污水厂尾水流量为1M3/S时即8.6万吨/天,通过计算其赋存的热量为13827KW,可利用的热量为18017KW,可供热的建筑面积为83万平方米,可见利用热泵技术尾水的再利用还有许多用途可以研究发掘。
北京奥运村里有一个特殊的“中央空调”系统——再生水水源热泵系统,它是用清河污水处理厂的再生水为整个奥运村的建筑供暖、制冷。
这个系统的能源消耗量是传统电锅炉的1/4,制冷用电低于分体空调的1/2,更重要的是它不会排放任何气态、液态、固态污染物,能够显著地改善大气质量。
六、相关经济配套政策
推进城市污水深度处理是维系良好水环境、水资源可持续利用的重要举措,是通向健康水循环的桥梁。
城市污水再生水的有效利用是建设循环型城市的重要组成部分,它的每一点实际行动都是对地球环境,人类进步的贡献。
我认为污水厂尾水目前在技术、经济和水质、水量方面都是最有优势的水资源,应该立即开始研究和利用并出台相关技术、经济配套政策。
本人经过思考就循环经济、资源综合利用的观念,提出一下几点建议:
1.改变传统的水资源观念:
开发利用达标的污水厂尾水是减少供排水量,平衡恢复地表水量补给地下水量的最有效的手段。
在污水厂选址时就应该考虑尾水排放口的位置以不影响取水口安全为原则,还应考虑尾水的用途,就近使用方便的用水户。
尽量减少管道的敷设。
摒弃过去弃河排污的做法,提高排放标准,即一级A标准。
增设三级处理设施提高出水水质,既可以减轻对水体的污染,又可以将污水厂出水作为资源再生利用,缓解水资源危机,产生较大的社会效益、环境效益和一定的经济效益。
经济性的考虑应想到是“政府花钱买环境”就会认可尾水利用的价值了。
如南京市就是政府买单向外秦淮河引水改善环境每年花费上千万。
仙林污水厂建设之前,三十多公里的中水管已丛厂址铺到了潜在的用户门口,今年仙林污水厂虽然已建成,但由于相关经济配套政策没有出台至今还没有如何利用的方案。
2.纳入水资源统一管理体系。
水资源管理是指对防洪、供水、用水、排水、污水处理、尾水排放各个环节的管理。
污水厂尾水利用是因地制宜,就地开源的重要措施。
应将之作为解决水源性缺水和水质性缺水问题的有效途径而纳入到水资源的统一管理体系之中,统一规划、统一实施。
3.利用经济杠杆,制定合理的水价或阶梯水价。
适当提高水价,可以促进节水和再生水利用。
合理的水费可以控制用水浪费,促进政府或用水户提前建设尾水利用工程。
显而易见,如果用水户能明显感到用再生水比自来水便宜很多,是可以推进此项工作的。
还可以提高排污收费的强度,使用户对水资源的利用和保护承担经济责任。
对污水厂而言可以通过建立尾水利用的补偿政策,补贴到污水处理费用中,改变目前污水厂无法按完全成本运行的局面,让污水厂象其他现代企业一样在保证产品质量(出水水质达标)的情况下享受企业最大利润化原则和循环经济奖励带来的收益。
污水厂尾水利用的远景目标应该象发达国家一样进入标准化、产业化阶段。
4.保证资金投入,进行指标考核。
与其他开源措施一样,资金的投入是必不可少的。
政府应将污水厂尾水利用列入计划,采取政府、企业投资、用户投入相结合的方法,多渠道解决资金投入问题。
参照供水供电的模式,先投入再收费,遵循“谁付费、谁受益”“分质排污收费”的原则;将污水厂尾水利用和节能减排指标考核结合,逐步将污水厂尾水利用纳入良性循环的轨道上来。
5.依靠科技进步,推进污水厂尾水利用。
对污水厂达标率低的工艺要升级改造,鼓励研究经济可靠的深度处理工艺,开发污水厂尾水利用的新途径。
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