城市污染循環(huán)利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

許夢(mèng)琪

（陜西學(xué)前師范學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理系，陜西西安 710100）

西安市是我國(guó)著名的歷史文化名城之一、重要的旅游城市之一。應(yīng)用科學(xué)的方法，摸清西安市中心市區(qū)主要污染源及其污染特征，對(duì)主要污染因素進(jìn)行科學(xué)分析，初步設(shè)想關(guān)于城市污染循環(huán)利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。為西安市環(huán)境的保護(hù)和管理提供一定科學(xué)依據(jù)，推進(jìn)城市環(huán)保事業(yè)發(fā)展；對(duì)實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用、提升資源利用率以及實(shí)現(xiàn)城市的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的共同提升具有重大意義。有助于在全社會(huì)營(yíng)造愛護(hù)環(huán)境、保護(hù)環(huán)境的氛圍；實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，營(yíng)造良好城市環(huán)境。

1 研究區(qū)域概況

西安市是資源性缺水地區(qū)，全市水資源總量26.66 m3，人均地表水資源量約為3.16 m3，僅為全省、全國(guó)人均水資源占有量的1/3和1/6。

水污染問題嚴(yán)重，原本匱乏的水資源更緊張。地下水污染破壞日趨明顯，山前污灌、生活污水等通過滲坑滲入地下水，使水質(zhì)較差區(qū)和極差區(qū)面積劇增。

西安市大部分污水未經(jīng)處理就近排入河道，使各河道受到不同程度污染。被污染的地表水失去了供水能力，直接或間接污染潛水和承壓水，部分水資源不能利用，對(duì)人們的生活造成了極大威脅。

2 2016～2020年西安市水環(huán)境質(zhì)量分析

2.1 西安市中心城區(qū)污水廠和自來水廠統(tǒng)計(jì)情況

對(duì)西安市中心城區(qū)污水廠和自來水廠進(jìn)行粗略統(tǒng)計(jì)，調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析了2016～2020年西安市水環(huán)境質(zhì)量情況，以此作為試驗(yàn)的數(shù)據(jù)模型和實(shí)踐基礎(chǔ)。

西安市中心城區(qū)污水廠如表1所示。

表1 西安市中心城區(qū)污水廠匯總

2.2 2016～2020年西安市水環(huán)境質(zhì)量分析

以西安市14～15條河流的33個(gè)斷面、排污渠系的2個(gè)斷面以及飲用水源地的4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為評(píng)價(jià)范圍，以除水溫、糞大腸菌群、總氮外的二十一項(xiàng)為評(píng)價(jià)因子，對(duì)各河流的水質(zhì)狀況、飲用水源地水質(zhì)、排污渠水質(zhì)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。西安市河流水質(zhì)逐年向好，絕大多水質(zhì)達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)。工業(yè)污水是城市污水主要污染源，超標(biāo)污染物主要以為氨氮、總磷為主。城市內(nèi)污水處理廠結(jié)構(gòu)單一；循環(huán)領(lǐng)域面窄，以單一污水處理方式為主；回用于市政用水某一領(lǐng)域，使用率低。

2.3 西安市中心城區(qū)水資源存在問題

（1）西安市水資源總量偏少浪費(fèi)情況嚴(yán)重且污染物種類多，節(jié)約水源刻不容緩，亟須治理和保護(hù)。

（2）地表水開發(fā)不均影響水資源儲(chǔ)備，地下水超量開采引發(fā)環(huán)境地質(zhì)問題。

（3）工業(yè)生活污水大多未經(jīng)處理直接排入河流，近幾年有所改善，但仍存在處理率低、浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。

（4）城市雨水未得到充分利用，重復(fù)利用率低，忽視了部分可用的寶貴水資源。

西安市中心城區(qū)自來水廠如表2所示。

表2 西安市中心自來水廠匯總

3 通過污水循環(huán)系統(tǒng)緩解中心城區(qū)的水資源問題

3.1 系統(tǒng)功能

設(shè)計(jì)城市污水循環(huán)利用系統(tǒng)，通過循環(huán)利用城市污水緩解或解決一部分西安市中心城區(qū)水資源問題。

（1）形成污水循環(huán)利用的最大循環(huán)。

通過對(duì)廢水進(jìn)行二次處理、重復(fù)利用提高水資源利用效率，最大化利用城市工業(yè)污水、生活污水、城市雨水，改善以前只能局部循環(huán)問題。

（2）優(yōu)化水資源配置。

一方面解決西安市水資源分布不平衡，利用效率低的問題；另一方面更合理分配西安市的地表水和地下水、一次性水資源和可再生水資源。

（3）多層級(jí)利用。

根據(jù)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)三個(gè)不同層次對(duì)水質(zhì)的使用要求，合理分配循環(huán)處理層級(jí)和管網(wǎng)的鋪設(shè)。

（4）采用新興技術(shù)。

結(jié)合物理、化學(xué)、生物等水源自凈、污水處理新思路、新方法和新工藝。

（5）生態(tài)防治。

防治范圍不僅包括水污染治理，還包括提高環(huán)境用水承載能力、城市垃圾的循環(huán)利用等多方面。

（6）統(tǒng)一規(guī)劃。

在城市的給排水專項(xiàng)規(guī)劃中考慮循環(huán)利用系統(tǒng)的管線布置、各功能區(qū)聯(lián)系，提前預(yù)留空間。

3.2 循環(huán)利用系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（1）潛力性。

城市污水不同層次回用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及商業(yè)，對(duì)水短缺的地區(qū)比較經(jīng)濟(jì)合理。西安市中心城區(qū)的污水量大但回收率低，大量污水并沒有得到充分利用，應(yīng)用循環(huán)利用系統(tǒng)具有極大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（2）迫切性。

西安市年污水排放量約70 萬m3/d，以每年6.5%的速度增加，污水資源化是城市水循環(huán)的著眼點(diǎn)，需要研究污水處理、循環(huán)利用技術(shù)水平和污水資源應(yīng)用的方向。

（3）清潔性。

強(qiáng)調(diào)城市污水不同層次的循環(huán)利用，重視對(duì)三個(gè)產(chǎn)業(yè)之間用水循環(huán)過程的研究，多角度、多領(lǐng)域選擇清潔生產(chǎn)模式，改進(jìn)工藝和流程，形成多產(chǎn)業(yè)用水閉環(huán)，進(jìn)一步提高多次重復(fù)循環(huán)用水的利用效率。

（4）可操作性。

結(jié)合西安市實(shí)際，依據(jù)西安市城市總體規(guī)劃的要求，根據(jù)西安市自來水廠、污水處理廠的實(shí)際情況、具體位置、技術(shù)水平的多方面問題的具體分析，優(yōu)化給水排水規(guī)劃的建議，制定西安市中心城區(qū)的污水循環(huán)系統(tǒng)。

3.3 循環(huán)利用系統(tǒng)的保證措施

城市污染循環(huán)利用指各類工業(yè)、商業(yè)和生活廢水，經(jīng)過處理后重新用于滿足非飲用水、非食品級(jí)加工工業(yè)為目的，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

（1）完善法律法規(guī)，強(qiáng)化管理。

嚴(yán)格執(zhí)法貫徹執(zhí)行《中華人民共和國(guó)水污染防治法》等法律法規(guī)，依據(jù)西安市水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、水環(huán)境保護(hù)法律體系，對(duì)污水的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格控制，建立流域水資源保護(hù)監(jiān)督管理體系。

（2）提高水資源的利用率和重復(fù)利用率。

西安市低效的水資源利用加劇了水資源的供需矛盾和嚴(yán)重浪費(fèi)局面。采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，重復(fù)利用，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

（3）發(fā)展污水回用處理技術(shù)。

①物理法。

濾網(wǎng)截留法：格柵、篩網(wǎng)、過濾；

重力分離法：沉淀池、沉砂池、氣浮池、隔油池；

離心分離法：旋流分離器、離心機(jī)。

②化學(xué)法。

中和法；

混凝法；

化學(xué)沉淀法：氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法；

氧化還原法。

③物理化學(xué)法。

吸附法：物理吸附、化學(xué)吸附、生物吸附；

離子交換法：有機(jī)離子、無機(jī)離子；

膜分離法：電滲析法、反滲透法、超濾法；

萃取法。

④生物法。

好氧生物處理法：活性污泥法、生物膜法；

厭氧生物處理法：厭氧濾池、厭氧流化床、升流式厭氧污泥床、厭氧顆粒污泥膨脹床；

自然生物處理法：穩(wěn)定塘（好氧塘、厭氧塘、兼性塘、曝氣塘）、土地處理（慢速滲析系統(tǒng)、快速滲析系統(tǒng)、地表漫流系統(tǒng)、地下滲濾系統(tǒng)）、濕地處理。

通過物理、化學(xué)、生物方法結(jié)合，根據(jù)西安市水污染類型及程度，合理布置污水循環(huán)利用系統(tǒng)，形成農(nóng)業(yè)-工業(yè)-商業(yè)-生活的污水大循環(huán)利用。

4 循環(huán)利用系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

中水回用是水資源可持續(xù)循環(huán)利用的主要途徑，根據(jù)中水回用的各級(jí)水質(zhì)不同，可劃分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)三類。

（1）初級(jí)回用。

城市污水經(jīng)一、二級(jí)處理后的水，可用于水質(zhì)要求較低的農(nóng)灌、綠化和建筑施工用水等，經(jīng)濟(jì)技術(shù)簡(jiǎn)單可行，為第一循環(huán)。

（2）中級(jí)回用。

中級(jí)回用指二級(jí)處理后的出水，經(jīng)除磷、脫氮法等再經(jīng)過合理調(diào)節(jié)、過濾和消毒，可用于冶煉、發(fā)電、化工等行業(yè)。西安市的此類工業(yè)很多，為第二個(gè)小循環(huán)。

（3）高級(jí)回用。

水質(zhì)達(dá)到國(guó)家雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可用于公用設(shè)施和住宅沖洗廁所、體育場(chǎng)館、高爾夫球場(chǎng)、澆灌花草樹木、蔬菜竹產(chǎn)基地、清潔澆灑道路、清洗車輛或基建施工、設(shè)備冷卻、工業(yè)用水及其他可接受其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的用水。

可取代占自來水總用量達(dá)30%～40%的市政用水，可穩(wěn)定成為城市水源的重要部分。西安市并未有效利用此部分水，為第三循環(huán)。

結(jié)合遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)運(yùn)算，將污水處理廠作為中堅(jiān)力量，加以合理調(diào)配，有效結(jié)合工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水、商業(yè)污水，利用中水的三級(jí)回用，使三個(gè)小循環(huán)建立聯(lián)系，打破城市污水使用邊界，在符合水質(zhì)要求的前提下，形成更大的城市污水循環(huán)系統(tǒng)，在城市整體中充分發(fā)揮作用。

5 結(jié)語

綜上所述，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的城市污水循環(huán)利用系統(tǒng)還需要進(jìn)一步推進(jìn)，在宣傳度、認(rèn)知度和踐行度等方面加大投入，不斷完善，推陳出新，營(yíng)造全民共建節(jié)水氛圍，樹立循環(huán)污水的意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。