循环经济理念下城市污水处理技术

摘要:随着城市化和现代化进程的推进,污水回用处理技术问题困扰着城市的可持续发展,并影响着水资源的再生回用和可持续发展。文中以循环经济思想理念为基础,叙述了中国水环境的现状、国内外污水资源的研究进展、循环经济的含义以及在循环经济观念下的污水处理新思路,探求了城市污水处理的重要性,以变废水负价值的被动处理,转变为盈价值的资源化与经济化利用,形成新的经济增长点,实现环境效益、经济效益和社会效益的高度统一,真正实现可持续发展。

关键词:水资源,污水处理,循环经济

1中国水环境现状

中国水资源总量为61 889亿m3,平均降水量为648 mm/a,年均地表水资源量为27 115亿m3,扣除重复利用量后,年均水资源量为28 124亿m3,居世界第四位。按2005年人口统计数量,中国人均占有水资源量约2 151.8 m3,不到世界人均水量8 840 m3的四分之一,已被联合国列为13个贫水国家之一。同时中国的用水量已由1949年的1 031亿m3增加到2005年的5 633亿m3,而且北方和沿海地区出现了不同程度的水资源短缺和水质性污染的严峻形势[。1,2]

据国家环境公报报导,中国江河流域普遍遭到污染,全国河川的生态功能严重衰退,且呈加速趋势。经对万条河段的调查表明,水质严重污染、不能用于灌溉(劣于Ⅴ类标准)的河段占23.3%;鱼虾绝迹的河段占45%;不能满足Ⅲ类水质标准、不能作为饮用水源的河段占85.9%。中国七大水系的污染程度由重到轻的顺序为:辽河、海河、淮河、黄河、松花江、珠江和长江。海河、辽河的干流有一半河段的水质劣于Ⅴ类;淮河191条支流中,有近万河段的河水变黑发绿;国控141个城市河段中,63.8%的河段为Ⅴ类至劣Ⅴ类。

近年来, 中国淡水湖泊的水质污染现象呈迅速增长之势。全国大型淡水湖泊均达到中度和重度营养化, 其污染程度由重到轻依次为滇池、巢湖、南四湖、洪泽湖、太湖、洞庭湖、镜泊湖, 且滇池和巢湖的全湖水质劣于Õ 类。
中国近海海域水质污染严重, 并有继续恶化趋势, 劣于Ó 类水质标准的比例近53. 6% 。渤海海域在20世纪60年代之前, 曾发生过3次赤潮; 在70年代发生过9 次; 在80 年代发生过74 次; ,,; 而1997年一年就猛增到发生34次; 1999年7月间, 渤海出现了前所未有的赤潮大爆发, 赤潮面积达6 300 km2, 持续了9天。中国城市的供水水源有30% 源于地下水, 而北方城市则有59%源于地下水。近20年来, 地下水水质普遍呈恶化趋势。1998年对全国118座大型城市的浅层地下水的普查表明, 有115座城市地下水受到不同程度污染, 占检测总数的97. 5%, 其中严重污染的约占40% 。北方城市的地下水有90% 遭到污染, 其中有28% 已不适合作为饮用水源。其污染物主要有硝酸盐氮、氨氮、有机物、铬和酚。

2 国内外污水资源化研究进展

2. 1 污水资源化的内涵和意义

城市污水的排放量随着用水量的增加而增加,由于发达国家对水污染的控制已经相当到位, 并且制定了严格的排放标准, 因此城市污水水质相当稳定, 不受气候与自然条件的影响, 又不存在长距离引水问题, 对污水只要处理得当, 已成了城市可利用的第二水资源。污水资源化就是指将工业废水、生活污水、雨水等被污染的水体, 通过各种方式进行处理、净化,使其水质达到一定标准, 满足一定用途的要求, 从而可作为一种新的水资源重新被利用。城市污水资源化的两种途径是直接回用和间接回用。城市污水的直接回用, 是由再生水厂通过输水管道或其他输水设施, 直接送给用户使用; 间接回用则是由二级污水处理厂或再生水厂, 将处理后的出水直接排入水体, 再由用户从水体中取水使用。直接回用有三种通用的模式: 即
( 1)从再生水厂系统敷设再生供水管网, 与城市供水管网一起形成双供水系统, 其再生水一部分专供工业低水质用水使用, 另一部分则专供城市绿化和景观使用;
( 2)由再生水厂敷设专用管道, 输送供大厂使用, 这种方式比较实用, 但用途单一;
( 3)将大型公共建筑和住宅楼群的污水, 就地处理、回收、循环再用。间接回用方式可以分为有意图的间接回用和无意图的间接回用。有意图的间接回用, 是有计划地将再生水和新鲜水混合后再使用, 这要取决于时间和空间的安全保证。由于再生水从排入水体到被利用时间的滞后, 以及混合后的物理化学净化作用, 使再生水在自然生态系统中获得进一步的净化。在这个过程中, 微生物可以通过自然死亡和吞噬而减少, 而挥发性的有机物则可通过水的表面逸出, 而其余有机物则可因为化学作用而转化。但另一方面, 水质也会因藻类的增长, 以及初期雨水的排入而变坏。无意图的回用, 则更加是普遍使用的方式。
污水资源化的意义:
( 1)再生水经深度净化替代自然水资源, 可缓解水资源不足的矛盾;
( 2)将城市污水当成水资源的原料, 制成工业用水, 可促进国家污水处理事业的发展;
( 3)减少人工子循环的排水量, 从而可减少对自然水的大循环的干扰, 更好的保护水环境。
2. 2 国内外污水再生的主要处理工艺
污水能否回用的关键是污水处理技术。根据用途不同, 对回用水质的要求也不一样, 因此, 处理方法的选择也不同。污水处理技术按其机理可分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法等。
通常污水回用技术需将多种污水处理技术进行合理组合, 即将各种水处理方法结合起来, 对污水进行深度处理, 这是因为单一的某种水处理方法, 一般很难达到回用水水质的要求。目前, 污水集中处理回用的工艺中, 常用的有生物处理法, 如传统的活性污泥法、填料活性污泥法、厌氧、缺氧、好氧活性污泥法、接触氧化法、曝气过滤池、生物流化床法、生物转盘法等。经以上工艺中的某种工艺作为二级处理后, 再用混凝沉淀、过滤、吸附、消毒(紫外、氯气、臭氧或二氧化氯等)工艺作为后处理技术, 以达到污水回用的要求。活性污泥法是最传统的好氧生物处理技术, 活性污泥即指借助微生物利用废水中的有机物生长与繁殖而形成的絮凝体, 其工作原理是: 在废水中通过曝气供氧, 促进微生物生长, 形成活性污泥, 利用活性污泥的吸附、氧化分解、凝聚和沉降等性能, 来净化废水中的有机污染物。活性污泥法中常采取的两项最基本的技术措施是: 通过曝气来提高反应器水体中的溶解氧水平; 通过污泥回流来保证反应器中的生物量与活性。基于活性污泥原理的新型生化处理技术中, 较为典型和成功的是间歇式活性污泥法( SBR )和氧化沟。间歇式活性污泥法是将初沉池、反应池和二沉池各工序放置在同一反应器( SBR 反应器)中进行, 处理过程分为进水、反应、沉降、出水、闲置五个阶段, 废水在SBR 反应器的曝气过程中与污泥完全混合, 完成降解反应后, 停止曝气, 活性污泥颗粒在静置中沉降, 上层的清水自反应器中排出。SBR法的特点是简化了工艺结构, 提高了反应器的混合传质效率, 投资少, 反应易于操作控制。氧化沟亦称氧化渠或循环曝气池, 其特点是采用横轴转刷或竖轴表面叶轮曝气来推动水流。该工艺能耗低, 具有推流式和混合式两者的特征。

3 循环经济的含义

循环经济目前尚无统一的定义, 仅有如下表述: 一是认为, 循环经济作为一种新的生产方式, 是在生态环境成为经济增长的制约要素、或成为一种公共财富阶段的一种新的技术经济模式, 是建立在人类生存条件和福利平等基础上的、以全体社会成员生活福利最大化为目标的一种新的经济形态。形成/资源-产品- 再生资源0闭环型物质流动模式, 资源消耗的减量化、再利用和资源再生都仅仅是其技术经济范式的表征, 其本质是对人类生产关系进行调整, 其目标是追求可持续发展。二是认为, 循环经济是指模拟自然生态系统的运行方式和规律要求, 实现特定资源的可持续利用和总体资源的永续利用, 实现经济活动的生态化, 其实质是生态经济。三是认为, 循环经济是对物质闭环流动型经济的简称, 把物质、能量进行梯次和闭路循环使用, 在环境方面表现为低污染排放、甚至零污染排放的一种经济运行模式。循环经济实际上是一种模拟生态群落的物质循环特征, 以物质不断循环利用、循环替代方式的经济发展模式。其特征是以实现可持续发展为目标, 协调人与自然关系为准则,模拟自然生态系统的运行规律, 通过自然资源的低投入、高利用和废弃物的低排放, 使经济活动按照自然生态系统的规律, 重构组成一个/资源- 产品- 再生资源0的物质反复循环流动过程, 从根本上消解长期以来的环境与经济发展的尖锐冲突, 以最小的成本, 获得最大的经济效益和环境效益, 实现资源的可持续利用, 使社会生产从数量型的物质增长, 转变为质量型的服务增长, 与自然界协调发展。
循环经济的本质是一种生态经济, 是对传统线性经济的, 可从以下角度理解其内涵:从生态经济角度看, 循环经济是运用生态学原理来指导人类社会的经济活动, 倡导与环境和谐的经济发展模式。它要求把经济活动组织成一个/资源-产品- 再生资源0的反馈式流程, 其特征是低开采、高利用、低排放。所有的物质和能源在这个不断进行的经济循环中, 均能得到合理和持久的利用, 以把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度, 使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中, 实现经济活动的生态化。从资源经济角度看, 循环经济倡导在物质不断循环利用的基础上发展经济, 建立起充分利用自然资源的循环机制, 使人类的生产活动融入到自然循环中去, 最大限度地利用进入系统的物质和能量,提高资源利用率和经济发展质量。
从环境经济角度看, 循环经济是环境和经济密切结合的产物, 倡导的是经济与环境和谐发展, 以解决经济增长与环境之间长期存在的矛盾, 最终实现经济与环境/双赢0的最佳发展。
从物质流动角度看, 传统工业社会的经济是一种单向流动的线性经济, 物质流动体现为/资源、产品、废物0的单向流动特征; 循环经济把经济活动组织成一个/资源-产品- 再生资源0的闭环流动, 实现/低开采、高利用、低排放0, 以提高资源利用率、经济运行质量和效益。从技术经济角度看, 循环经济以现代科学技术为基础, 通过技术上的组合与集成, 使一定区域内的不同企业、不同产业、不同城市之间有机地链接起来, 形成相互依存的产业链和产业网络, 实现企业、产业、城市之间的资源互补和有效的循环使用,最终形成闭环式的经济发展模式。循环经济发展模式不仅可以体现在工业、农、商业等生产和消费领域, 还可体现在人口控制、城市建设、防灾抗灾等社会管理领域, 最终实现社会的可持续发展。

4 循环经济理念下的污水处理新思路

4. 1 污水再生处理难题

随着城市化和现代化进程的推进, 污水回用处理问题不断困扰着城市的发展, 并影响着水资源的再生回用和可持续发展, 主要表现为: 首先, 中国城市污水处理能力薄弱, 与经济快速发展和城市化进程的加快极不相称。这由两方面原因造成: 一是当前水处理技术和工艺不适应形势发展的需要, 水处理设施的建造和运行费用偏高(工业废水就更为严重)。二是水资源没有实现市场化, 水价偏低,没有施行/污染者负担0的生活污水排放收费制度。三是回用水水价存在问题, 回用水处理工艺对投资和运行费用的影响很大, 就目前国内外普遍使用的膜生物技术、物理化学工艺、接触氧化工艺而言, 回用水处理成本较高, 因此在许多地区, 回用水水价远高于自来水的价格, 使得用水单位不愿意接受回用水, 污水回用受到限制。如何降低回用水的成本, 则成了回用水推广的关键。
4. 2 污水资源化与循环经济的关系
目前, 国内的污水处理主要依赖于污水处理厂, 这些污水处理厂所使用的污水处理技术, 既吸收了国外的经验, 也发展了自己的技术。例如, 从国外引进的鼓曝法、A2 /O 法、氧化沟法等, 以及近几年出现的生物膜法、高压膜法等, 这些技术在不同程度上存在着基建造价和运行成本较高、处理效率有待提高等问题。巨额的运行费用, 严重制约了污水处理业的发展, 这就要求人们采用创新的方法和途径, 来解决日益增长的污水排放量和污水处理能力之间的矛盾。要想改变污水处理这种步履维艰的窘境, 就必须把污水看作是一种资源引入市场, 把中水作为一种商品, 通过销售中水来取得维系运行的经费, 为经营者创造利润和再发展的资本。因此, 实现污水资源化, 走循环经济的道路, 才是改变本国城市污水处理现状的有力措施。即既要节约投资、节省能源、节省人力物力, 又要能够获得最大的生态环境效益。发展循环经济, 建设节约型社会, 科技创新是重要的手段和核心路径, 采用适宜的技术和工艺, 推广使用符合标准的再生水,实施污水资源化, 将污水处理的战略目标, 由传统意义上的污水处理、达标排放, 转变为以提高水的综合利用率为核心的水的循环再用, 是水资源再生利用的重要思路。
5 结 论
中国污水再生利用的发展战略就其本质而言,就是要建立起水资源循环的新模式。发展循环经济是中国实现社会经济可持续发展的必然选择。把污水看作是一种资源引入市场, 实现污水资源化, 走循环经济的道路, 才是改变国内城市污水处理现状的有力措施。污水的处理亟待以新的思路去寻找新的出路, 即既要节约投资、节省能源、节省人力物力, 又要能够获得最大的生态环境效益。也就是说, 污水处理不能完全依靠老办法, 要尽可能地再辟蹊径, 走循环经济之路。(淮安市淮阴区环保局)