陳衛(wèi)¹　　 鄭天柱²　　　　　 汪翙¹ 　　 鄭曉英¹
(1 河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，南京，210098；2 揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，揚(yáng)州，225009)

　　摘要：城市污水處理廠出水（達(dá)標(biāo)污水）排放仍然引發(fā)水體污染，在經(jīng)濟(jì)活躍的平原河網(wǎng)地區(qū)表現(xiàn)尤為突出。具有節(jié)水減污雙效的污水資源化及再生水利用是達(dá)標(biāo)污水的主要出路之一，但還僅僅局限在嚴(yán)重缺水城市，且實(shí)施規(guī)模相當(dāng)有限。而水量相對富庶地區(qū)的污染型水資源短缺嚴(yán)重，水鄉(xiāng)城市難覓第二飲用水源的尷尬，已經(jīng)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文分析了再生水利用尚待解決的主要問題，提出達(dá)標(biāo)污水出路應(yīng)以深度處理再生利用與達(dá)標(biāo)污水通道輸送排江、排海處置或生態(tài)工程凈化相結(jié)合的總體思路，并重點(diǎn)討論了達(dá)標(biāo)污水深度處理與再生水輸配水管網(wǎng)，生態(tài)凈化工程，直接排江、排海處置選擇，河口處置，轉(zhuǎn)移和通道設(shè)計(jì)等技術(shù)對策與措施。
　　關(guān)鍵詞：達(dá)標(biāo)污水，出路，再生水，深度處理，處置

　　2002年，全國廢水排放總量為439.5億噸，比上年增加1.5%。隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程加快，城市和工業(yè)排污量將不斷增加。到2005年，我國城市污水處理率將達(dá)到45%，重點(diǎn)城市達(dá)到60%；2010年，這意味著仍將有大量未經(jīng)處理的污水進(jìn)入水體，同時(shí)，城市（含工業(yè)）污水處理廠出水（以下簡稱：達(dá)標(biāo)污水）中仍然含有大量污染物質(zhì)，集中直接排放水體，已成為引發(fā)水污染的新污染源。

1.達(dá)標(biāo)污水排放污染與再生水利用

1.1 達(dá)標(biāo)污水排放污染不容忽視
　　比較我國現(xiàn)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）和《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），不難看出，各項(xiàng)指標(biāo)要求差異很大（見表1），即相對于地面水環(huán)境質(zhì)量而言，達(dá)標(biāo)污水中仍含有大量污染物質(zhì)。達(dá)標(biāo)污水排放量大、排放點(diǎn)設(shè)置不合理或排放點(diǎn)過于集中等，會使污染負(fù)荷量大于受納水體的納污能力，導(dǎo)致水體污染加重。尤其飲用水水源的污染，給飲用水處理帶來極大的困難。

　　日本東京都污水處理率達(dá)95%以上，但東京灣富營養(yǎng)化仍有增長的趨勢，赤潮時(shí)有發(fā)生。當(dāng)東川崎市、橫濱市和東京都的污水二級處理率都達(dá)到100%時(shí)，達(dá)標(biāo)污水排放的負(fù)荷仍占入海負(fù)荷的大半，海水上層水質(zhì)COD_Mn仍為5.46～5.75mg/L，而達(dá)不到海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 3097－1997）^[1]。河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)的江蘇省是我國經(jīng)濟(jì)增長和社會發(fā)展最有活力的地區(qū)之一，城市化進(jìn)程快，城市連綿帶越來越大，污水和達(dá)標(biāo)污水排放量不斷增加。盡管污水處理率在提高，2002年，工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率為95.9%^[2]，70余座城市污水處理廠建成或在建，但清污不分、大量污水和達(dá)標(biāo)污水就近排入流速小、流向不確定的河網(wǎng)水體，仍致使河網(wǎng)地區(qū)污染型水資源短缺日趨嚴(yán)重，水環(huán)境生態(tài)愈顯脆弱和功能減退。江蘇省最新（2003年12月）對境內(nèi)21個(gè)有效水質(zhì)監(jiān)測斷面進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)，Ⅳ類至劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的斷面占47.5％，其中Ⅴ類及劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面占28.5％?？梢?，達(dá)標(biāo)污水排放污染狀況不容忽視。
1.2　 再生水利用及其問題
　　污水是城市穩(wěn)定的淡水資源，國內(nèi)外污水資源化的實(shí)踐表明，再生水利用是節(jié)水減污，保持健康水循環(huán)不可缺少的措施，是達(dá)標(biāo)污水的主要出路之一。
　　日本、以色列、美國、南非，以及歐洲等國家早已推廣了污水深度處理與再生水利用^{[1] [3]}。
　　我國對城市污水資源化理論與應(yīng)用的研究越來越重視，在北京、天津、秦皇島、沈陽、大連、太原、青島、泰安、深圳等城市重點(diǎn)建設(shè)了再生水利用于市政景觀和工業(yè)冷卻等示范工程。但值得注意的是，污水和達(dá)標(biāo)污水深度處理再生利用還僅僅限于缺水和嚴(yán)重缺水的地區(qū)和城市，且回用水量相當(dāng)有限。主要問題集中在：缺少必要的政策引導(dǎo)和水資源優(yōu)化調(diào)度配套機(jī)制，再生水利用的配套法律法規(guī)不健全，城市排水規(guī)劃原則與管道系統(tǒng)布置滯后于再生水利用的要求與發(fā)展，污水深度處理工程投資、資金籌措渠道、再生水價(jià)格、收費(fèi)與經(jīng)營方式等有待探討，分散式污水深度處理技術(shù)尚不成熟，其設(shè)施運(yùn)行管理良莠不齊等。

2.達(dá)標(biāo)污水出路及其技術(shù)對策研究

2.1　 基本原則與總體思路
　　近年來，對達(dá)標(biāo)污水出路研究的總體趨勢是控源、凈化、輸導(dǎo)和綜合。達(dá)標(biāo)污水出路應(yīng)以深度處理再生利用與達(dá)標(biāo)污水通道輸送排江、排海處置或生態(tài)工程凈化處理相結(jié)合為原則，根據(jù)各地區(qū)或各城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)布局、江河湖庫的水環(huán)境容量和水功能區(qū)劃，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛玻绕鋵雍纯v橫交錯、且受江潮影響較大的平原河網(wǎng)地區(qū)，要結(jié)合水流流向順逆變化，湖蕩密布，江灘、河灘、沙洲與濕地較多等特征，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。達(dá)標(biāo)污水排江排海的通道建設(shè)則應(yīng)以小區(qū)域?yàn)橹鳌⒋髤^(qū)域?yàn)檩o為原則，科學(xué)合理設(shè)置排污口和選定排放方式。
　　達(dá)標(biāo)污水按行政分區(qū)就地消化即深度處理與再生水利用，可達(dá)到節(jié)約水源、減少污染物排放量的雙重目的；余量部分進(jìn)入劃定的污水通道輸送，即以水功能區(qū)劃的目標(biāo)水質(zhì)為約束，根據(jù)每個(gè)市縣內(nèi)河的水環(huán)境容量和水環(huán)境功能規(guī)劃，選取一條或兩條河道作為該行政區(qū)的污水通道，在排放口處利用江灘、河灘、沙洲、濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)和強(qiáng)化生態(tài)工程進(jìn)行生態(tài)凈化后，排放水體。這樣，有利于分清投資、施工、水環(huán)境長期維護(hù)管理的責(zé)任關(guān)系，有利于水環(huán)境改善和可持續(xù)利用。
2.2　 達(dá)標(biāo)污水出路設(shè)計(jì)及技術(shù)對策研究
　　達(dá)標(biāo)污水出路包括資源化利用及深度處理，生態(tài)凈化，直接排江、排海處置，轉(zhuǎn)移和通道排放等。達(dá)標(biāo)污水出路方案要根據(jù)城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合水系水體功能、水環(huán)境容量、重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)布局與水系的關(guān)系，在研究現(xiàn)狀與規(guī)劃重點(diǎn)大企業(yè)排污水的污染特征、污廢水處理達(dá)標(biāo)等級、達(dá)標(biāo)污水的排放量預(yù)測、以及對水環(huán)境的影響等基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　?。?）深度處理與城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　再生水可用于：工業(yè)用水如冷卻水循環(huán)利用與循序利用、洗滌用水、鍋爐用水、工藝用水和產(chǎn)品用水等，城市雜用水如城市綠化、道路清掃、沖洗公廁、建筑施工、車輛沖洗、消防等，環(huán)境用水如景觀環(huán)境用水和濕地環(huán)境用水，補(bǔ)充水源水如補(bǔ)充地表水和地下水^[4]；還可以作為農(nóng)田灌溉用水等。各種用途的再生水均應(yīng)符合相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
　　污水或達(dá)標(biāo)污水的深度處理不僅僅局限于三級處理，即在二級處理后再增加設(shè)施進(jìn)一步處理，而有更寬泛的內(nèi)涵和意義?？梢哉f，根據(jù)再生水的使用要求，針對特殊污染物指標(biāo)，對二級處理進(jìn)行強(qiáng)化和改革的新工藝，以及與之優(yōu)化組合的工藝系統(tǒng)，均可視為深度處理技術(shù)。如厭氧—好氧生物處理、活性生物濾池、臭氧-活性炭、微濾與超濾膜分離、膜生物反應(yīng)器，以及物化生化組合工藝及其優(yōu)化與集成等。污水有機(jī)負(fù)荷高，以生化法為核心的污水深度處理工藝往往采用多反應(yīng)器的組合工藝，即創(chuàng)造不同的環(huán)境條件，將不同種群的微生物在空間上相對獨(dú)立分布，以獲得穩(wěn)定、高效的運(yùn)行效果，獲得了廣泛應(yīng)用。而達(dá)標(biāo)污水水質(zhì)不同于原污水水質(zhì)，有機(jī)負(fù)荷低，相對而言屬貧營養(yǎng)污水。達(dá)標(biāo)污水深度處理工藝優(yōu)化組合形式及其生物處理技術(shù)，有待深入研究和應(yīng)用驗(yàn)證，尤其要系統(tǒng)地研究適合于低負(fù)荷貧營養(yǎng)達(dá)標(biāo)污水生物處理的微生態(tài)系統(tǒng)特性，進(jìn)而完善生物處理技術(shù)，使出水生物穩(wěn)定性大大提高，使出水水質(zhì)能夠滿足相應(yīng)回用用途的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
　　與污水深度處理再生回用相配套的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)突破常規(guī)規(guī)劃設(shè)計(jì)思路，即集中建大型污水處理廠，以發(fā)揮規(guī)模效益和降低建設(shè)費(fèi)用。而實(shí)際上，許多污水廠建成后遲遲不能按設(shè)計(jì)能力投運(yùn)，很重要的原因就是管網(wǎng)敷設(shè)面大，且大管徑管道多，故工程投資大，難以實(shí)施到位。德國就曾經(jīng)對較大城市集中建一個(gè)污水處理廠還是多個(gè)污水處理廠做過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，其結(jié)果為后者有優(yōu)勢。從再生水回用角度考慮，若污水廠數(shù)目過少，勢必遠(yuǎn)離再生水用戶，加大輸配水管道投資，增加再生水成本，顯然有礙于再生水利用。因此，應(yīng)建立現(xiàn)代設(shè)計(jì)觀念，在擴(kuò)建或新建排水工程時(shí)，綜合考慮促進(jìn)再生水利用、減輕排水管網(wǎng)投資負(fù)擔(dān)、易于分期建設(shè)等因素，優(yōu)化城市排水系統(tǒng)及污水廠布局、以及小區(qū)域污水回用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。
　?。?）達(dá)標(biāo)污水生態(tài)凈化工程
　　合理利用江灘、河灘、沙洲、濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)對達(dá)標(biāo)污水凈化，可以節(jié)省一部分深度處理投資，且使出水達(dá)到預(yù)定的水質(zhì)目標(biāo)。在已有利用土壤——植物——水生生物生態(tài)系統(tǒng)對水中污染物的截留和吸附規(guī)律，以及對污染物凈化效果的研究基礎(chǔ)上，應(yīng)重點(diǎn)研究江河湖庫岸邊帶的強(qiáng)化生態(tài)工程 “與自然和諧”的工藝措施和技術(shù)條件，以及保護(hù)灘涂和濕地生態(tài)環(huán)境的技術(shù)對策，以避免在工程應(yīng)用中因管理不當(dāng)造成水土流失和地下水水質(zhì)污染。
　?。?）達(dá)標(biāo)污水直接排江、排海處置選擇
　　根據(jù)水環(huán)境功能區(qū)和水資源開發(fā)利用的實(shí)際情況，在分析現(xiàn)狀入江污染物總量、水環(huán)境容量和水動力學(xué)條件的基礎(chǔ)山，確定適合達(dá)標(biāo)污水直接岸邊排放或離岸深水排放的江段；研究達(dá)標(biāo)污水直接排放的條件、岸邊排放和離岸深水多孔潛沒排放的工藝特點(diǎn)及環(huán)境效應(yīng)；深入研究集中式達(dá)標(biāo)污水排放對江河湖海生態(tài)環(huán)境的影響，達(dá)標(biāo)污水噴射對江海水體水文、水底底質(zhì)、航道淤積的影響^[5]等。
　　內(nèi)陸地區(qū)，達(dá)標(biāo)污水在適當(dāng)江河段排入，主要利用自然水體的同化能力來處置達(dá)標(biāo)污水；在沿海地區(qū)，有條件的可以選擇達(dá)標(biāo)污水排海，利用海水的自凈能力處置達(dá)標(biāo)污水。污水江河處置與污水海洋處置具有許多不同的，江河水系與海洋水體的環(huán)境條件差異較大，決定了江河污水處置工程與海洋污水處置工程具有不同的技術(shù)要求：
　?、俳铀w密度與海洋水體密度不相同。一般，江河水體是非密度分層的均勻密度水體，排放污水的密度與之基本相同，排放口近區(qū)浮力作用可忽視，故污水江河處置的混合區(qū)計(jì)算可以不考慮浮力的作用。而海洋水體密度受含鹽量的不同呈非均勻或分層狀態(tài)。海水密度往往大于排放污水的密度，排放口近區(qū)存在浮力作用。②江河與海洋水體流動規(guī)律不相同。江河水體流動大多數(shù)是單向的(除河口外)，而海洋水體流動是潮汐非定向的，并且變化范圍較大。③與海洋相比，江河水域范圍極其有限，江河寬度和水深較小，限制了擴(kuò)散器的長度和噴口的噴射角度，擴(kuò)散器長度不得超過江河寬度的1／3，擴(kuò)散器噴口的噴射角小于45度，以增加射流軸線的長度。④江河與海洋水體要求的功能不相同。通常，江河水體水環(huán)境質(zhì)量要求高于海洋水域。在進(jìn)行污水江河處置時(shí)，必須考慮上下游取水口分布情況及特殊構(gòu)筑物的位置、魚類等水生生物的回游通道等因素。⑤污水處置工程的實(shí)施及運(yùn)行不能影響江河通航。
　?。?）達(dá)標(biāo)污水河口處置
　　由于河口水系的狀況比河流或湖泊水域的狀況更為復(fù)雜，潮汐的漲、落在接近河口的河段可以明顯地引起水平方向的混合。漲潮時(shí)常會改變河口的水流的方向。同時(shí)，河口區(qū)水體會出現(xiàn)淡水在上海水在下的垂直分層現(xiàn)象。
　　對污水排放來說，河口區(qū)與河流相比有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一是由于潮汐的影響，流動具有非恒定性，污染帶變化復(fù)雜。水流動隨時(shí)間的變化，排放污染帶也隨時(shí)間變化。落潮時(shí)出流污水偏向下游形成污染帶，漲潮時(shí)出流污水偏向上游形成污染帶。二是鹽度或水溫不均勻引起水體的密度分層。密度小于周圍流體的射流進(jìn)入分層水體后，受浮力作用而上升，同時(shí)，卷吸周圍密度較大的流體；摻混后射流的密度增大，在上升過程中周圍流體的密度是逐漸減小的，所以射流以外的密度差逐漸減小，即浮力隨射流的高度的加大而減小。如水深較大，就會上升至某一高度而停止升高，向旁側(cè)散開，即存在一個(gè)最大升高。這種情況與排海工程相似，對排放污水是有利的，污水可在水下稀釋，并保持水面清潔。
　　達(dá)標(biāo)污水河口處置比較復(fù)雜，無論是理論計(jì)算還是試驗(yàn)研究都存在很多問題。鑒此，在實(shí)際工程中，根據(jù)水域的具體情況和計(jì)算精度要求，可把問題加以簡化，如動態(tài)過程簡化為準(zhǔn)動態(tài)，非線性密度分層近似按線性分布水體考慮^[5]等，并對計(jì)算成果進(jìn)行適當(dāng)修正。達(dá)標(biāo)污水河口處置要求嚴(yán)格控制排污負(fù)荷量和排放方式。在潮汐河口采用落潮排放方式，以防止對上游水質(zhì)的影響；為防止河口區(qū)誘發(fā)赤潮，應(yīng)充分研究河口區(qū)段水動力學(xué)條件，其排污負(fù)荷應(yīng)控制在近海水環(huán)境容量范圍內(nèi)，排放口宜設(shè)置在凹岸段，或者采用離岸深水排放方式。
　　（5）達(dá)標(biāo)污水轉(zhuǎn)移和通道設(shè)計(jì)
　　結(jié)合區(qū)域水系、地形地貌和水環(huán)境容量，分析區(qū)域達(dá)標(biāo)污水通道建設(shè)的可行性和轉(zhuǎn)移達(dá)標(biāo)污水的規(guī)模，并以小區(qū)域?yàn)橹鳌⒋髤^(qū)域?yàn)檩o為原則進(jìn)行通道設(shè)計(jì)。
　　轉(zhuǎn)移通道應(yīng)以河道、明渠和管道相結(jié)合進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。利用污水通道輸送時(shí)，水質(zhì)監(jiān)測與管理特別重要。在跨越行政區(qū)界轉(zhuǎn)移通道上，應(yīng)在行政區(qū)界處設(shè)立監(jiān)測斷面，實(shí)時(shí)監(jiān)測通道水質(zhì)，明確責(zé)任和加強(qiáng)管理。明渠通道設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)厮堤卣?，?yīng)當(dāng)充分利用地形條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。明渠通道的平面布置，應(yīng)遠(yuǎn)離水源保護(hù)區(qū)和自然保護(hù)區(qū)，遠(yuǎn)離人口密集地區(qū)和地下水超采嚴(yán)重地區(qū)，否則，應(yīng)改用重力排水管道進(jìn)行輸送，與水源河道交叉時(shí)，宜采用涵管立體穿越。重力排水管道的設(shè)計(jì)應(yīng)符合室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。
　?。?）達(dá)標(biāo)污水出路方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
　　達(dá)標(biāo)污水出路方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題和投資對策直接關(guān)系到該方案的實(shí)施可行性。達(dá)標(biāo)污水深度處理在技術(shù)安全、可靠、高效和先進(jìn)的同時(shí)，還必需滿足經(jīng)濟(jì)合理、管理方便和使用壽命長等要求。達(dá)標(biāo)污水土地生態(tài)凈化處理出水水質(zhì)可達(dá)到三級處理標(biāo)準(zhǔn)，具有建造、運(yùn)行、管理費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，可大大降低成本。達(dá)標(biāo)污水直接排江、排海處置與轉(zhuǎn)移通道的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析重點(diǎn)是對地形地貌、水系條件的充分利用和輸送方式的合理性分析，這直接影響到管渠費(fèi)用、工程費(fèi)用和泵站費(fèi)用等。達(dá)標(biāo)污水深度處理及就地回用，與遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移通道相比，有其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，但尚需結(jié)合實(shí)際進(jìn)行量化分析。

3.結(jié)語

　　城市污水處理廠出水——達(dá)標(biāo)污水排放不當(dāng)，已成為引發(fā)水體污染的新污染源，必須給予高度重視。選擇適應(yīng)于城市及其周邊地區(qū)發(fā)展的達(dá)標(biāo)污水出路方案，是維系城市良好水環(huán)境的重要舉措，直接關(guān)系到城市水資源的可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。達(dá)標(biāo)污水出路應(yīng)結(jié)合各地區(qū)各城鎮(zhèn)發(fā)展總體規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)布局、水環(huán)境容量、水功能區(qū)劃和水污染特征等，合理設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)污水深度處理、生態(tài)凈化工程、有條件地區(qū)的直接排江、排海處置及其選擇、河口處置、轉(zhuǎn)移和通道設(shè)計(jì)等技措施，并在綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上優(yōu)化實(shí)施。

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陳衛(wèi)，博士，教授 河海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院
南京市西康路1號 210098
Tel / Fax：025-83787618
Email: chenweii@jlonline.com
*本文依托項(xiàng)目為江蘇省環(huán)保廳重點(diǎn)項(xiàng)目“江蘇省沿江地區(qū)開發(fā)達(dá)標(biāo)污水出路對策研究”（2003）。