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城市污水經處理可以作為可靠的第二水源,這已成為當今世界各國在解決缺水問題時的共識。將再生水作為城市水環境的水源,強化城市水環境系統的生態凈化作用,促進水體的自然生態循環成為解決城市缺水策略的主要手段之一,也是解決水資源上下游城市用水矛盾的有效措施。但是,在大范圍使用再生水的情況下,存在由于使用不當造成各種水質安全的風險,必須采取嚴格的防范措施。
1再生水回用于城市水環境的可行性
河道和內湖承載了城市的主要水環境,水源保障是維系城市水環境的基本條件,優質優用是第一原則,環境景觀用水對水質的要求并不高,再生水是第一選擇。一般來講,城市污水來源可靠,水質穩定,可依托現有污水處理廠,經過深度處理后可達到要求。再生水用于城市水環境不同于其他用途,不需要大規模復雜的再生水管網建設,實施相對容易。
以北京市為例,為緩解首都水資源緊缺狀況,北京市從2003年開始使用再生水,2007年底,北京市政府決定將中心城區8座污水處理廠全部進行升級改造為再生水廠,2008年再生水利用量約為6億m3,超過密云水庫的供水量,已成為北京市第二大水源。2010年已建成北小河、溫泉、永豐、昌平、亦莊等再生水廠13座。中心城區8座污水處理廠改造后出水水質達到《城市污水再生利用景觀環境用水水質》(GB/T18921—2002),部分水質指標達到《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)地表水Ⅳ類水質標準,同時配套建設約50km再生水管線,處理后的再生水可用于城市河湖補水、綠地澆灌、工業循環用水及市政雜用水等。清河再生水廠是目前國內規模最大、品質最高的再生水廠,處理能力32萬m3/d,其中,6萬m3高品質再生水作為奧運公園水景及清河的補充水源,采用了超濾—活性炭吸附—臭氧消毒組合水處理技術,出水水質優于《城市污水再生利用景觀環境用水水質》標準(GB/T18921—2002),這一工藝在國內大型再生水廠中首次應用。再生水從水質和水量上均能夠保證城市水環境補水的需要。
污水處理廠尾水排放的末端往往也是城市的邊界,對于下游城市來說,僅能作為農業灌溉等用途,提升污水處理廠出水水質,充分利用城市生態水循環,在城市邊界建設大型自然生態處理系統,一方面可以調節城市的水平衡,為城市保留備用水源;另一方面可豐富城市水系,構建城市生態帶,起到調節城市氣候、涵養城市地下水的作用;同時通過對水質的深度凈化可大大減輕對下游城市的污染,并作為一種資源加以利用。
2再生水回用于城市水環境現狀
目前再生水回用的案例很多,用途也很廣泛,分散型小規模的中水綠化、沖廁、洗車、建筑施工等,大規模的主要應用工業循環水、冷卻水等,主要是注重再生水的經濟價值。
在再生水用于城市水環境(主要是城市內河道)的案例中,大多傾向于對城市水環境損失的補充,而不是置換,這就造成再生水在水環境中的靜止停留時間過長,在缺少必要的水質保持措施的情況下,水體富營養化嚴重,藻類大量繁殖,水環境功能喪失。
北京市在城市邊界規劃了大興、懷柔、昌平、密云等7個濱河森林公園,投資都在億元以上,規劃了大面積的水面,均使用再生水水源,如已經建成的南海子郊野公園采用小紅門污水處理廠的再生水,正在建設中的大興濱河森林公園采用天堂河污水處理廠的再生水,正在規劃中的懷柔濱河森林公園采用廟城污水處理廠的再生水等。但是在建設過程中,存在重景觀、綠化,輕水體凈化的現象,大部分投資用于建造人工景觀,用于水體凈化的投資不到總投資的1/10。水是公園的靈魂,公園建成之后,如果水體效果達不到要求,公園的品質將大大降低。
3再生水回用于城市水環境水質安全及措施
城市水環境就在城市居民的身邊,采用再生水的城市水環境必須是安全的,不會對居民健康、城市景觀、城市安全產生消極影響。當然,再生水城市水環境必須定位準確,不能將水體要求提得過高,致使實現起來技術難度過大,水處理投資大幅增加。
城市水環境安全主要考慮三方面的影響:對居民健康的影響、對城市景觀的影響和對城市防洪安全的影響。對居民健康的影響主要來源于對水體生物毒性的擔憂,城市水環境一般定位為地表水Ⅳ類或Ⅴ類水體功能,即一般工業用水區及人體非直接接觸娛樂用水或一般景觀要求水域,在水景營造過程中產生的氣溶膠、水霧等帶出水體中的微生物對人體健康存在潛在的威脅,親水活動人體會部分接觸到水體也會產生一些不利影響。城市景觀的影響主要表現為水體富營養化,在水體良性生態系統未建立前,水體中藻類的生長占絕對優勢,將大量繁殖,水生生物由于競爭失去活性,導致水體喪失基本的景觀功能。水環境和凈化設施、底泥淤積等占用河道的部分容積、水體生物棲息破壞防洪設施等將會對城市安全造成影響。為消除上述影響,可采取的主要措施如下:
(1)提升處理工藝,提高水質,加強消毒;嚴格控制再生水水源、避免人體直接接觸的工程和管理措施;加強水質監測和管理;
(2)構建水體生態系統,加快生態系統建立,形成水生系統的良性競爭關系;
(3)強化生態水質保持措施,增強不利條件下水體的應急凈化措施,避免藻類大量積累;
(4)加強水體置換,促進水體循環。
4案例分析
大興濱河森林公園位于北京市大興區,靠近北京南六環,為原埝壇水庫所在地,由于長期缺水,水庫已干涸多年。規劃公園占地面積約836hm2,其中湖面40萬m2,平均水深2m,湖水總容積80萬m3。埝壇水庫由過去的以農業灌溉為主的生產型水庫轉變為以風景觀賞為主的城市景觀湖泊,公園的建設和布局秉承“生態、人文”相結合的理念,將人文景觀與自然生態景觀相結合,形成北京獨特的,具有濃郁城市山水風格的森林公園,充分發揮水系在生態、景觀、凈化方面的重要作用,突出“以水為脈”的濱水公園景觀特色。公園湖水遠期采用天堂河污水處理廠的再生水作為水源,再生水水質達到地表水Ⅴ類水體。近期采用黃村污水處理廠的尾水,排放水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級B標準,每天補充15000m3。在湖的西面建設了10萬m2人工濕地,一方面對補水進行深度處理,另一方面對湖水進行循環凈化;在湖的南面建設了處理量為2.5萬m3/d的磁分離水體循環凈化設施,一方面通過循環處理降低水體中污染物濃度,另一方面在不利環境條件下水體出現藻類爆發時用于除藻。
該公園的建設很好地將城市污水處理廠的尾水排放與城市水環境結合起來,在對尾水進行深度凈化的基礎上,營造了自然、生態的城市水環境,水環境的建設增強了水體的凈化,促進了水體的自然循環。公園景觀湖2010年9月23日開始注水,2010年9月26日人工濕地調試階段,對人工濕地進出水進行了監測,結果見表1。
大興濱河森林公園的建設承載了提升區域環境質量和形象的重任,建設過程中打造了許多人造景觀和娛樂休閑設施,水系的生態、自然特性體現得不夠充分。因此,目前規劃中的濱河森林公園應以生態水環境的建設為重點,以水面-濕地-水面循環的形式打造真正的濕地公園,以水體凈化為主,以人造景觀為輔,即突顯生態效果,又實現水體循環和凈化,才能充分發揮再生水和城市水環境的作用。
5小結
再生水回用于城市水環境不僅能夠提供良好的水景觀,更能改善水的健康循環,實現水資源可持續利用,有效節約水資源,解決上下游城市之間的用水矛盾。應進一步關注使用中發現的問題,深入開展相關研究,制定可實施的標準規范、防范使用中的風險、降低使用成本將成為研究的重點。