茹繼平，李大鵬
(國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部，北京100085)

　　摘　要：闡述了我國(guó)城市水環(huán)境、城市污水處理及其再生利用的現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。從污水也是一種可再生的水資源和可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)出發(fā)，在總結(jié)有關(guān)研究及應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，并結(jié)合國(guó)情提出了城市污水區(qū)域性控制與再生利用的綜合模式，即區(qū)域污水處理——納污溝渠水體的人工強(qiáng)化自凈——再生后水體的綜合利用。該模式將城市污水終端集中處理與城市小區(qū)(或區(qū)域)污水處理相結(jié)合，并將小區(qū)(或區(qū)域)的污水處理與溝渠水體的修復(fù)利用相結(jié)合，探索了一種我國(guó)城市污水再生利用的新模式。
　　關(guān)鍵詞：城市污水；再生利用；水體自凈
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)05-0033-03

　　水是一種可再生的自然資源，城市污水的再生利用是節(jié)約及合理利用水資源的有效途徑；同時(shí)，城市作為一個(gè)特殊的“人類社會(huì)系統(tǒng)”，從“清潔生產(chǎn)”的角度看，城市污水的再生利用也是防治水環(huán)境污染及促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方面，城市污水處理和再生水的利用是水資源良性社會(huì)循環(huán)的重要保障措施。近年來(lái)，隨著城市水資源的日益緊缺，城市污水的再生利用越來(lái)越受到各國(guó)的重視，研究和建立與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相適宜的城市污水再生利用模式也就有著非常深遠(yuǎn)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1　城市污水再生利用的模式與發(fā)展?fàn)顩r

　　城市污水的再生利用實(shí)際上包括再生和利用兩個(gè)環(huán)節(jié)，污水利用的條件是擬進(jìn)行回用的水必須滿足一定用途的水質(zhì)要求，因此，回用處理(再生)的環(huán)節(jié)通常是必不可少的。目前的城市污水利用較多考慮的是城市污水處理廠二級(jí)處理后的出水，這種水的利用有二種形式：直接回用和間接利用。直接回用多用于污水處理廠附近的農(nóng)田灌溉及草場(chǎng)等用水，回用的途徑及方式受地域限制還比較單一，調(diào)配運(yùn)轉(zhuǎn)不方便，而且這種水雖然經(jīng)過(guò)了人工強(qiáng)化處理和消毒等措施，但由于未經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的自然凈化，在使用和控制不當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的問(wèn)題。間接利用是從水域的整體考慮，從水體上游取水凈化供城市使用，產(chǎn)生的污水經(jīng)城市污水處理廠凈化后排入水體的下游，回歸于水體(此過(guò)程構(gòu)成了水的社會(huì)循環(huán))，再經(jīng)過(guò)一定河段的自然凈化，可為下游城市或地區(qū)利用。經(jīng)處理污水的間接利用是將自然界中水的社會(huì)循環(huán)與自然循環(huán)有機(jī)結(jié)合，在水體自凈容量的限度內(nèi)，對(duì)水體的利用基本不會(huì)造成損害，這種方式需要從宏觀上進(jìn)行管理，是水資源可持續(xù)利用的重要途徑。
　　國(guó)內(nèi)外已有許多將凈化后的城市污水應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、市政、漁業(yè)等的成功實(shí)例^［1、2］。近年來(lái)，阿根廷、智利、印度、科威特、墨西哥、秘魯、俄羅斯等國(guó)將城市污水一級(jí)或二級(jí)處理出水應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉，其規(guī)模逐年擴(kuò)大。日本創(chuàng)造了中水道系統(tǒng)，在建筑群內(nèi)設(shè)雙管供水系統(tǒng)，利用再生污水沖刷廁所、作冷卻水、澆花園和草地、沖洗馬路和汽車或作景觀、消防用水，獲得了顯著成效。
　　城市污水再生利用的中心問(wèn)題在于根據(jù)地區(qū)的特點(diǎn)擬定適宜的再利用對(duì)策。美國(guó)加利福尼亞州根據(jù)其農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、用水量大的特點(diǎn)，提出的基本模式是“灌溉回用”，農(nóng)業(yè)用水直接取自水源和經(jīng)處理的城市污水；佛羅里達(dá)州根據(jù)其城市用水集中的特點(diǎn)，提出的基本模式是“非飲用回用”，大規(guī)模地實(shí)行“Dual Pipe System”(雙管供水系統(tǒng))，以自來(lái)水價(jià)格的40%將城市污水處理水供給高爾夫球場(chǎng)、城市綠化、以及建筑物和住宅區(qū)的中水道用水；而德克薩斯州根據(jù)自己用水的傳統(tǒng)和水文地質(zhì)特點(diǎn)，采用“間接回用”的模式，大規(guī)模進(jìn)行污水處理水的地下回灌。以色列的城市污水處理水的主要回用出路是“農(nóng)業(yè)灌溉”，但在人口集中的城市區(qū)域也進(jìn)行一定規(guī)模的中水道回用。日本大部分地區(qū)利用污水處理水進(jìn)行“清流復(fù)活”，這是因?yàn)樵搰?guó)基本上不缺水，但水資源的修復(fù)和保護(hù)是回用的重點(diǎn)。
　　采用凈化后的城市污水供工農(nóng)業(yè)及市政事業(yè)等多目標(biāo)、多對(duì)象的回用在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是適宜的，對(duì)緩解城市水荒、促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展有非常重要的意義。近10年來(lái)我國(guó)對(duì)城市污水再生利用組織科技攻關(guān)取得豐碩成果，如中小城鎮(zhèn)和住宅小區(qū)的污水回用；城市污水凈化后回用于園林綠化、市政景觀、沖刷馬路等；大型賓館及娛樂(lè)場(chǎng)所的中水回用系統(tǒng)；城市污水回用于工業(yè)冷卻水系統(tǒng)或低壓鍋爐補(bǔ)給水及工藝用水；污水回用規(guī)劃、技術(shù)政策等軟課題研究等。此外，還興建了若干示范工程。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，我國(guó)城市污水資源日益豐富，目前已超過(guò)500×10⁸m³/a，如果有1%的污水回用，將對(duì)緩解北方一些重要城市的缺水起重要作用。我國(guó)是世界上13個(gè)貧水國(guó)之一，當(dāng)前，我國(guó)600余座城市中有300余座缺水，有些城市水資源嚴(yán)重匱乏，全國(guó)城市缺水60×10⁸m³/a，因缺水而減少的工業(yè)產(chǎn)值＞1 200億元/a，且呈現(xiàn)增長(zhǎng)之勢(shì)。自2000年5月份以來(lái)，由于干旱缺水，已有150個(gè)城市先后開(kāi)始實(shí)行定時(shí)限量供水，嚴(yán)重影響了城市的可持續(xù)發(fā)展。雖然我國(guó)在利用城市污水灌溉農(nóng)田方面積累了多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和具備了一定的科學(xué)研究基礎(chǔ)，許多城市也實(shí)施了一些開(kāi)源節(jié)流的措施，但把城市污水當(dāng)作一種穩(wěn)定可靠的水資源予以開(kāi)發(fā)利用仍然進(jìn)展不大。這中間很大程度上是認(rèn)識(shí)問(wèn)題，當(dāng)然也有一些屬于技術(shù)上或投資上的問(wèn)題。
　　污水作為水資源回用的前提是提供適合于回用的水質(zhì)，且不造成任何潛在的二次污染。目前隨著水處理技術(shù)的發(fā)展，能達(dá)到一定水質(zhì)的水處理技術(shù)往往不在于其技術(shù)上的可能性，而在于經(jīng)濟(jì)上的可行性。因此，常規(guī)污水處理工藝的強(qiáng)化、組合及高效、低耗能處理技術(shù)的應(yīng)用，自然能源和廉價(jià)資源的開(kāi)發(fā)利用，污水處理和資源回收相結(jié)合技術(shù)，已成為城市污水資源化技術(shù)研究的主流；同時(shí)，城市污水再生利用的系統(tǒng)及優(yōu)化理論、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、水質(zhì)指標(biāo)及系統(tǒng)管理模式等，也將成為城市污水再生利用研究的重要方面。

2　我國(guó)城市污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀

　　20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，我國(guó)的城市污水排放量開(kāi)始成倍增長(zhǎng)(＞500×10⁸m³/a)，而相比之下，我國(guó)的污水處理率卻增長(zhǎng)緩慢，目前還不足10%^［3］。近十幾年，我國(guó)城市已由解放初期的132座增加至668座，城市人口已占全國(guó)總?cè)丝诘?5%，預(yù)計(jì)到2010年可上升到47%，按此預(yù)測(cè)，屆時(shí)城市污水量也將達(dá)到720×10⁸m³/a。在我國(guó)現(xiàn)有的668個(gè)城市中，僅有123個(gè)城市有307座不同處理等級(jí)的城市污水處理廠，其中城市污水二級(jí)處理率為10%左右。全國(guó)現(xiàn)有17 000個(gè)建制鎮(zhèn)，絕大多數(shù)沒(méi)有排水和污水處理設(shè)施。國(guó)家提出至2000年污水處理率要求達(dá)到25%，2010年達(dá)到40%。
　　目前，各地對(duì)城市污水的處理考慮較多的是排水管網(wǎng)終端的集中式處理，而對(duì)于污水流經(jīng)整個(gè)城市的過(guò)程卻缺少控制，尤其是在城市排水系統(tǒng)不健全的地區(qū)，致使一些分布于城區(qū)的溝渠水體倍受污染，日久天長(zhǎng)這些水體也就成了名副其實(shí)的“臭水”。現(xiàn)在一些有條件的地區(qū)采取了“截污、清淤、引水”等治理措施，使水體在感官上有了很大的改善，但同時(shí)也破壞了水體的自凈體系和功能，使水體抵抗外界污染的能力減弱。由于我國(guó)的城市排水管網(wǎng)較多采用的仍然是合流制管道，雨季時(shí)大量污水隨雨水從截污干管的溢流井排入水體，而造成嚴(yán)重的污染。可見(jiàn)，只有在城區(qū)點(diǎn)源污染和面源污染得到有效控制的前提下，才能全面實(shí)現(xiàn)城區(qū)的碧水目標(biāo)。

3　城市污水再生利用的新模式探討

3.1小區(qū)污水處理與溝渠水體的修復(fù)

　　城市污水區(qū)域性控制與溝渠水體再生利用的綜合模式主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)：即區(qū)域污水處理——納污溝渠水體的人工強(qiáng)化自凈——再生后水體的綜合利用，即小區(qū)污水經(jīng)處理后排入附近的溝渠水體，再通過(guò)一定河段的強(qiáng)化自凈后實(shí)現(xiàn)水體的清潔及再利用，它具有城市小區(qū)污水處理與溝渠水體功能化及資源化的一體化綜合效能。該模式將城市污水的終端污水處理廠集中處理與城市小區(qū)(或區(qū)域)污水的分散處理相結(jié)合，并將小區(qū)(或區(qū)域)的污水處理與溝渠水體的修復(fù)利用相結(jié)合，這對(duì)減輕建設(shè)城市污水處理廠的壓力、解決城區(qū)水體的污染和開(kāi)發(fā)利用等具有重要意義，其主要表現(xiàn)在：①污水處理可采用小型集成化地埋式系統(tǒng)，占地小且可建在小區(qū)建筑空間的綠地下面，美觀、實(shí)用；②經(jīng)處理后的小區(qū)污水可排入附近的溝渠水體，既可減輕城市排水管網(wǎng)的輸送壓力，又能保證城區(qū)溝渠水體的清潔與可利用；③利用水體的自凈功能，通過(guò)人為的方式在城區(qū)溝渠水體的某一河段設(shè)立一些增強(qiáng)水體自凈能力的設(shè)施或區(qū)域，如曝氣充氧區(qū)、生態(tài)凈化區(qū)、生態(tài)穩(wěn)定區(qū)及資源利用區(qū)等，并將這些設(shè)施景觀化以達(dá)到城區(qū)溝渠水體的水質(zhì)和景觀修復(fù)以及資源化利用的綜合效能和效果；④處理后的污水再經(jīng)過(guò)溝渠水體的人工強(qiáng)化與自然凈化后，成為無(wú)害化的可再利用水資源，既可美化城市，又可在城區(qū)內(nèi)就近作為道路、綠地、清潔或工業(yè)等用水而被綜合利用，延長(zhǎng)了水的社會(huì)循環(huán)周期和使用周期，使水的社會(huì)循環(huán)趨于良性；⑤一些高效簡(jiǎn)易的污水處理系統(tǒng)得以應(yīng)用，使得污水處理的投資和成本可以大大降低；⑥城市污水中包括大量的較清潔廢水，如循環(huán)冷卻水、娛樂(lè)設(shè)施排水、中水等，根據(jù)污水水質(zhì)的特點(diǎn)采用分質(zhì)排水、分質(zhì)處理以及分質(zhì)利用的方式，可以更有效地發(fā)揮其污水處理和資源再生利用的優(yōu)勢(shì)。
3.2研究基礎(chǔ)與發(fā)展方向
　　我國(guó)幾十年的研究基礎(chǔ)和實(shí)踐積累，建立了由十幾所高等院校和科研院所為主，由數(shù)十位資深科學(xué)家和專家主持領(lǐng)導(dǎo)的科研群體，尤其是近幾年來(lái)我國(guó)環(huán)保事業(yè)的蓬勃發(fā)展以及所取得的成果，使得城市小區(qū)污水處理與溝渠水體再生利用綜合模式的實(shí)施成為可能。在污水處理方面，我國(guó)在污水處理的技術(shù)與工藝流程的研究及成果具有國(guó)際上的同等先進(jìn)水平，雖然在處理設(shè)備、系統(tǒng)優(yōu)化控制及管理水平等方面還有一定的差距，但在一些深入的基礎(chǔ)理論研究方面甚至是超前的，某些工藝技術(shù)也有其獨(dú)到之處，一批小型集成化地埋式的污水處理設(shè)備和系統(tǒng)已經(jīng)在賓館、餐飲業(yè)、小區(qū)和景點(diǎn)的服務(wù)及衛(wèi)生設(shè)施等的污水處理上得到廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的效果^［4］。對(duì)水體的水質(zhì)修復(fù)，在“八五”和“九五”期間，已結(jié)合實(shí)際水體開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)研究及跟蹤調(diào)查等工作，在水環(huán)境化學(xué)、物理學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)及毒理學(xué)等領(lǐng)域取得了豐碩的成果^［5～11］，為水體修復(fù)技術(shù)及其基礎(chǔ)理論進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　城市污水處理與溝渠水體再生利用的綜合模式是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它融合了環(huán)境工程學(xué)、環(huán)境水化學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、城市園林景觀與生態(tài)學(xué)、水利學(xué)以及市政與管理學(xué)等，需要多學(xué)科和部門的協(xié)同工作。因此，這一模式的建立尚需要進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，其中需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是：城市污水資源再生利用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、再生理論和技術(shù)研究，水資源再生利用的水質(zhì)指標(biāo)、系統(tǒng)優(yōu)化理論及管理模式，水體修復(fù)的生態(tài)工程及物理、化學(xué)和生物學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)及優(yōu)化模式，城市水體功能、景觀及資源化的綜合研究等。

4　結(jié)語(yǔ)

　　城市污水的資源化應(yīng)該建立在水的良性社會(huì)循環(huán)的基礎(chǔ)上，這對(duì)水資源的可持續(xù)性開(kāi)發(fā)和再生利用至關(guān)重要。結(jié)合我國(guó)國(guó)情對(duì)城市污水再生利用模式進(jìn)行探討，旨在尋求適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的水污染控制及水資源再生利用的良好模式。隨著我國(guó)西部開(kāi)發(fā)及北部缺水地區(qū)城市發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，將會(huì)推動(dòng)我國(guó)城市污水資源化研究的進(jìn)展，逐步形成和完善與我國(guó)國(guó)情相適應(yīng)的水資源良性社會(huì)循環(huán)體系，實(shí)現(xiàn)城市與水資源開(kāi)發(fā)利用的可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2001-01-11