陳衛¹　　 鄭天柱²　　　　　 汪翙¹ 　　 鄭曉英¹
(1 河海大學環境科學與工程學院，南京，210098；2 揚州大學環境科學與工程學院，揚州，225009)

　　摘要：城市污水處理廠出水（達標污水）排放仍然引發水體污染，在經濟活躍的平原河網地區表現尤為突出。具有節水減污雙效的污水資源化及再生水利用是達標污水的主要出路之一，但還僅僅局限在嚴重缺水城市，且實施規模相當有限。而水量相對富庶地區的污染型水資源短缺嚴重，水鄉城市難覓第二飲用水源的尷尬，已經制約經濟發展。本文分析了再生水利用尚待解決的主要問題，提出達標污水出路應以深度處理再生利用與達標污水通道輸送排江、排海處置或生態工程凈化相結合的總體思路，并重點討論了達標污水深度處理與再生水輸配水管網，生態凈化工程，直接排江、排海處置選擇，河口處置，轉移和通道設計等技術對策與措施。
　　關鍵詞：達標污水，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%。隨著城市化和工業化進程加快，城市和工業排污量將不斷增加。到2005年，我國城市污水處理率將達到45%，重點城市達到60%；2010年，這意味著仍將有大量未經處理的污水進入水體，同時，城市（含工業）污水處理廠出水（以下簡稱：達標污水）中仍然含有大量污染物質，集中直接排放水體，已成為引發水污染的新污染源。

1.達標污水排放污染與再生水利用

1.1 達標污水排放污染不容忽視
　　比較我國現行《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）和《地面水環境質量標準》（GB3838-2002），不難看出，各項指標要求差異很大（見表1），即相對于地面水環境質量而言，達標污水中仍含有大量污染物質。達標污水排放量大、排放點設置不合理或排放點過于集中等，會使污染負荷量大于受納水體的納污能力，導致水體污染加重。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95%以上，但東京灣富營養化仍有增長的趨勢，赤潮時有發生。當東川崎市、橫濱市和東京都的污水二級處理率都達到100%時，達標污水排放的負荷仍占入海負荷的大半，海水上層水質COD_Mn仍為5.46～5.75mg/L，而達不到海水水質標準（GB 3097－1997）^[1]。河網水系發達的江蘇省是我國經濟增長和社會發展最有活力的地區之一，城市化進程快，城市連綿帶越來越大，污水和達標污水排放量不斷增加。盡管污水處理率在提高，2002年，工業廢水排放達標率為95.9%^[2]，70余座城市污水處理廠建成或在建，但清污不分、大量污水和達標污水就近排入流速小、流向不確定的河網水體，仍致使河網地區污染型水資源短缺日趨嚴重，水環境生態愈顯脆弱和功能減退。江蘇省最新（2003年12月）對境內21個有效水質監測斷面進行結果統計，Ⅳ類至劣Ⅴ類水質標準的斷面占47.5％，其中Ⅴ類及劣Ⅴ類水質的斷面占28.5％。可見，達標污水排放污染狀況不容忽視。
1.2　 再生水利用及其問題
　　污水是城市穩定的淡水資源，國內外污水資源化的實踐表明，再生水利用是節水減污，保持健康水循環不可缺少的措施，是達標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、深圳等城市重點建設了再生水利用于市政景觀和工業冷卻等示范工程。但值得注意的是，污水和達標污水深度處理再生利用還僅僅限于缺水和嚴重缺水的地區和城市，且回用水量相當有限。主要問題集中在：缺少必要的政策引導和水資源優化調度配套機制，再生水利用的配套法律法規不健全，城市排水規劃原則與管道系統布置滯后于再生水利用的要求與發展，污水深度處理工程投資、資金籌措渠道、再生水價格、收費與經營方式等有待探討，分散式污水深度處理技術尚不成熟，其設施運行管理良莠不齊等。

2.達標污水出路及其技術對策研究

2.1　 基本原則與總體思路
　　近年來，對達標污水出路研究的總體趨勢是控源、凈化、輸導和綜合。達標污水出路應以深度處理再生利用與達標污水通道輸送排江、排海處置或生態工程凈化處理相結合為原則，根據各地區或各城鎮總體規劃、產業布局、江河湖庫的水環境容量和水功能區劃，結合當地的地形地貌，尤其對江河湖泊縱橫交錯、且受江潮影響較大的平原河網地區，要結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，進行綜合設計。達標污水排江排海的通道建設則應以小區域為主、大區域為輔為原則，科學合理設置排污口和選定排放方式。
　　達標污水按行政分區就地消化即深度處理與再生水利用，可達到節約水源、減少污染物排放量的雙重目的；余量部分進入劃定的污水通道輸送，即以水功能區劃的目標水質為約束，根據每個市縣內河的水環境容量和水環境功能規劃，選取一條或兩條河道作為該行政區的污水通道，在排放口處利用江灘、河灘、沙洲、濕地等自然生態系統和強化生態工程進行生態凈化后，排放水體。這樣，有利于分清投資、施工、水環境長期維護管理的責任關系，有利于水環境改善和可持續利用。
2.2　 達標污水出路設計及技術對策研究
　　達標污水出路包括資源化利用及深度處理，生態凈化，直接排江、排海處置，轉移和通道排放等。達標污水出路方案要根據城鎮發展規劃，結合水系水體功能、水環境容量、重點產業布局與水系的關系，在研究現狀與規劃重點大企業排污水的污染特征、污廢水處理達標等級、達標污水的排放量預測、以及對水環境的影響等基礎上進行設計。
　?。?）深度處理與城市排水系統設計
　　再生水可用于：工業用水如冷卻水循環利用與循序利用、洗滌用水、鍋爐用水、工藝用水和產品用水等，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，環境用水如景觀環境用水和濕地環境用水，補充水源水如補充地表水和地下水^[4]；還可以作為農田灌溉用水等。各種用途的再生水均應符合相應水質標準的要求。
　　污水或達標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施進一步處理，而有更寬泛的內涵和意義?？梢哉f，根據再生水的使用要求，針對特殊污染物指標，對二級處理進行強化和改革的新工藝，以及與之優化組合的工藝系統，均可視為深度處理技術。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、膜生物反應器，以及物化生化組合工藝及其優化與集成等。污水有機負荷高，以生化法為核心的污水深度處理工藝往往采用多反應器的組合工藝，即創造不同的環境條件，將不同種群的微生物在空間上相對獨立分布，以獲得穩定、高效的運行效果，獲得了廣泛應用。而達標污水水質不同于原污水水質，有機負荷低，相對而言屬貧營養污水。達標污水深度處理工藝優化組合形式及其生物處理技術，有待深入研究和應用驗證，尤其要系統地研究適合于低負荷貧營養達標污水生物處理的微生態系統特性，進而完善生物處理技術，使出水生物穩定性大大提高，使出水水質能夠滿足相應回用用途的水質標準。
　　與污水深度處理再生回用相配套的排水系統設計，應突破常規規劃設計思路，即集中建大型污水處理廠，以發揮規模效益和降低建設費用。而實際上，許多污水廠建成后遲遲不能按設計能力投運，很重要的原因就是管網敷設面大，且大管徑管道多，故工程投資大，難以實施到位。德國就曾經對較大城市集中建一個污水處理廠還是多個污水處理廠做過技術經濟分析，其結果為后者有優勢。從再生水回用角度考慮，若污水廠數目過少，勢必遠離再生水用戶，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，應建立現代設計觀念，在擴建或新建排水工程時，綜合考慮促進再生水利用、減輕排水管網投資負擔、易于分期建設等因素，優化城市排水系統及污水廠布局、以及小區域污水回用系統的設計與實施。
　　（2）達標污水生態凈化工程
　　合理利用江灘、河灘、沙洲、濕地等自然生態系統對達標污水凈化，可以節省一部分深度處理投資，且使出水達到預定的水質目標。在已有利用土壤——植物——水生生物生態系統對水中污染物的截留和吸附規律，以及對污染物凈化效果的研究基礎上，應重點研究江河湖庫岸邊帶的強化生態工程 “與自然和諧”的工藝措施和技術條件，以及保護灘涂和濕地生態環境的技術對策，以避免在工程應用中因管理不當造成水土流失和地下水水質污染。
　?。?）達標污水直接排江、排海處置選擇
　　根據水環境功能區和水資源開發利用的實際情況，在分析現狀入江污染物總量、水環境容量和水動力學條件的基礎山，確定適合達標污水直接岸邊排放或離岸深水排放的江段；研究達標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及環境效應；深入研究集中式達標污水排放對江河湖海生態環境的影響，達標污水噴射對江海水體水文、水底底質、航道淤積的影響^[5]等。
　　內陸地區，達標污水在適當江河段排入，主要利用自然水體的同化能力來處置達標污水；在沿海地區，有條件的可以選擇達標污水排海，利用海水的自凈能力處置達標污水。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，排放口近區浮力作用可忽視，故污水江河處置的混合區計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。海水密度往往大于排放污水的密度，排放口近區存在浮力作用。②江河與海洋水體流動規律不相同。江河水體流動大多數是單向的(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，限制了擴散器的長度和噴口的噴射角度，擴散器長度不得超過江河寬度的1／3，擴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，江河水體水環境質量要求高于海洋水域。在進行污水江河處置時，必須考慮上下游取水口分布情況及特殊構筑物的位置、魚類等水生生物的回游通道等因素。⑤污水處置工程的實施及運行不能影響江河通航。
　?。?）達標污水河口處置
　　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。漲潮時常會改變河口的水流的方向。同時，河口區水體會出現淡水在上海水在下的垂直分層現象。
　　對污水排放來說，河口區與河流相比有兩個顯著特點：一是由于潮汐的影響，流動具有非恒定性，污染帶變化復雜。水流動隨時間的變化，排放污染帶也隨時間變化。落潮時出流污水偏向下游形成污染帶，漲潮時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入分層水體后，受浮力作用而上升，同時，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，向旁側散開，即存在一個最大升高。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。
　　達標污水河口處置比較復雜，無論是理論計算還是試驗研究都存在很多問題。鑒此，在實際工程中，根據水域的具體情況和計算精度要求，可把問題加以簡化，如動態過程簡化為準動態，非線性密度分層近似按線性分布水體考慮^[5]等，并對計算成果進行適當修正。達標污水河口處置要求嚴格控制排污負荷量和排放方式。在潮汐河口采用落潮排放方式，以防止對上游水質的影響；為防止河口區誘發赤潮，應充分研究河口區段水動力學條件，其排污負荷應控制在近海水環境容量范圍內，排放口宜設置在凹岸段，或者采用離岸深水排放方式。
　?。?）達標污水轉移和通道設計
　　結合區域水系、地形地貌和水環境容量，分析區域達標污水通道建設的可行性和轉移達標污水的規模，并以小區域為主、大區域為輔為原則進行通道設計。
　　轉移通道應以河道、明渠和管道相結合進行統一規劃。利用污水通道輸送時，水質監測與管理特別重要。在跨越行政區界轉移通道上，應在行政區界處設立監測斷面，實時監測通道水質，明確責任和加強管理。明渠通道設計時，結合當地水系特征，應當充分利用地形條件進行設計。明渠通道的平面布置，應遠離水源保護區和自然保護區，遠離人口密集地區和地下水超采嚴重地區，否則，應改用重力排水管道進行輸送，與水源河道交叉時，宜采用涵管立體穿越。重力排水管道的設計應符合室外排水設計規范的要求。
　　（6）達標污水出路方案的技術經濟分析
　　達標污水出路方案的技術經濟問題和投資對策直接關系到該方案的實施可行性。達標污水深度處理在技術安全、可靠、高效和先進的同時，還必需滿足經濟合理、管理方便和使用壽命長等要求。達標污水土地生態凈化處理出水水質可達到三級處理標準，具有建造、運行、管理費用低的優點，可大大降低成本。達標污水直接排江、排海處置與轉移通道的技術經濟分析重點是對地形地貌、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用、工程費用和泵站費用等。達標污水深度處理及就地回用，與遠距離轉移通道相比，有其經濟優勢，但尚需結合實際進行量化分析。

3.結語

　　城市污水處理廠出水——達標污水排放不當，已成為引發水體污染的新污染源，必須給予高度重視。選擇適應于城市及其周邊地區發展的達標污水出路方案，是維系城市良好水環境的重要舉措，直接關系到城市水資源的可持續利用和社會經濟的可持續發展。達標污水出路應結合各地區各城鎮發展總體規劃、產業布局、水環境容量、水功能區劃和水污染特征等，合理設計達標污水深度處理、生態凈化工程、有條件地區的直接排江、排海處置及其選擇、河口處置、轉移和通道設計等技措施，并在綜合技術經濟分析的基礎上優化實施。

參考文獻：

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[2] 《江蘇省環境狀況公報》（2002年），江蘇環境保護廳，南京，2002
[3] 雷樂成、楊岳平等，污水回用新技術及工程設計，化學工業出版社，北京，2002，27-34
[4] 《城市污水再生利用　 分類》（GB18919 – 2002），中國標準出版社，北京，2003，1-2
[5] 王超，污水處置理論與技術，河海大學出版社，南京，1998，5-6

陳衛，博士，教授 河海大學環境科學與工程學院
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*本文依托項目為江蘇省環保廳重點項目“江蘇省沿江地區開發達標污水出路對策研究”（2003）。