南水北調(diào)東線工程沿線污水處理廠尾水處置研究

洪國喜，沈曉娟

（江蘇省水文水資源勘測局淮安分局，223005，淮安）

南水北調(diào)東線工程特殊的自然和經(jīng)濟社會條件，給沿線治污工作帶來很大難度，長期以來，輸水河道、湖泊水污染相當(dāng)嚴重，水污染防治工作關(guān)系到東線工程的成敗。為此，國家發(fā)展改革委會同有關(guān)部門編制了《南水北調(diào)東線工程治污規(guī)劃》，并經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)實施。東線工程遵循“先節(jié)水、后調(diào)水，先治污、后通水，先環(huán)保、后用水”的“三先三后”原則，確保主干渠輸水水質(zhì)達Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。沿線各級政府加大了區(qū)域環(huán)境治理和投資力度，建設(shè)了一系列治污工程，對輸水線路兩岸污水全部進行截流處理，治污工程主要投資集中在城市污水處理廠項目上，2001—2013年投資160.3億元，占工程總投資的67.2%，共建城市污水處理廠135座，實現(xiàn)處理能力669.0萬t/d。

相對于 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，按照最高排放要求的一級A標(biāo)準(zhǔn)，污水處理廠尾水仍屬于劣Ⅴ類水，其中含有大量污染物質(zhì)且排放量大，若排放點設(shè)置不合理或過于集中，污染負荷將遠遠超過受納水體的納污能力，所以必須將尾水凈化和資源化利用結(jié)合起來，為沿線污水處理廠尾水的排放建設(shè)安全通道，同時尋求尾水資源化綜合利用的最優(yōu)方案。污水處理廠尾水處置主要有三種途徑：一是處理達標(biāo)后直接排放，二是深度處理后回用，三是建設(shè)尾水凈化工程對尾水進一步處理，達到預(yù)定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，減輕對排入水體的水環(huán)境壓力，并多渠道加以回用。

一、尾水直接排放

我國對主要河流的入河污染物實行總量控制。入河污染物總量控制一般以水功能區(qū)為載體，根據(jù)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)、河道水文特征和入河排污口分布，計算出水功能區(qū)的納污能力，分解為時段允許納污量，并把允許納污量分配到各行政區(qū)、支流口和入河排污口。水體納污能力和污染物入河控制量直接關(guān)系到污染物排放權(quán)的分配，是水環(huán)境保護的核心內(nèi)容之一。

污水處理廠尾水排放在執(zhí)行總量控制原則的同時，排入不同水體的濃度還要符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，尾水引入稀釋能力較小的河湖作為城鎮(zhèn)景觀用水時，執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)；排入地表水Ⅲ類功能水域（劃定的飲用水水源保護區(qū)除外）和湖、庫等封閉或半封閉水域時，執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)；排入地表水Ⅳ、Ⅴ類功能水域，執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)。

南水北調(diào)東線工程要求污水不得排入輸水干線，沿線一些污水處理廠尾水原有的排放路徑被截斷，排水問題成為制約區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的瓶頸。這部分尾水集中排放入其他水體，同樣是不容忽視的污染源，必須統(tǒng)籌考慮區(qū)域水系、水環(huán)境情況，重新選擇排放路徑、設(shè)置排放口，保證新的尾水受水區(qū)域的水環(huán)境安全。尾水截污導(dǎo)流是以嚴格保護東線工程調(diào)水水質(zhì)為目標(biāo)，控制尾水排放影響范圍，采取工程措施，利用大水體自凈能力解決尾水出路問題，導(dǎo)流后的尾水一般是經(jīng)自然降解直接入海，繞開輸水干線，這樣做改變了污染物的空間分布，并沒有減少污染物的數(shù)量，長期運行，大量尾水對新受納水體的水質(zhì)目標(biāo)、生態(tài)環(huán)境等的潛在影響有待深入研究。

二、尾水深度處理

我國污水處理廠處理程度分為三級：一級處理、二級處理和三級處理（深度處理），一般以一級處理為預(yù)處理，二級處理為主體，必要時再進行深度處理。一級處理主要是去除污水中的漂浮物和部分懸浮狀態(tài)的污染物，調(diào)節(jié)廢水pH值，減輕污水的腐化程度和后續(xù)處理工藝負荷。二級處理主要采用生物處理工藝，大量去除膠體狀和溶解狀有機物，出水達到二級或者一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。

二級處理后污水中仍含有氮、磷和難以生物降解的有機物、礦物質(zhì)、病原體等，根據(jù)出水去向和用途進行深度處理，可以使尾水達到或優(yōu)于一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。一級A標(biāo)準(zhǔn)是污水處理廠出水作為回用水的基本要求，根據(jù)中國水網(wǎng)對中國污水處理項目的統(tǒng)計分析，2008年我國城市污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)以二級為主，達到一級A的數(shù)量僅占城市污水處理廠總數(shù)的6%。

深度處理的基建、運行費用高，實際運行過程中，要根據(jù)回用要求有針對性地選擇深度處理工藝，并配套建設(shè)輸配水管網(wǎng)，與用水戶結(jié)合起來，構(gòu)成完整的中水回用系統(tǒng)。2005年鄭州市五龍口污水處理廠在二級處理的基礎(chǔ)上引入深度處理工藝，目前二級處理規(guī)模為10萬m3/d，深度處理規(guī)模5萬m3/d，出水回用于金水河作景觀用水及其臨近的公園用水和市政雜用水。

城市污水經(jīng)深度處理后，達到循環(huán)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，回用作為工業(yè)循環(huán)冷卻補充水也是污水處理廠尾水回用的主要途徑之一。天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司7號機組，計劃以天津市咸陽北路污水處理廠二級出水經(jīng)深度處理而得的中水作為水源。污水處理廠的原水由不同性質(zhì)的廢污水混合而成，處理后的尾水仍復(fù)雜多變，缺乏穩(wěn)定性，結(jié)垢、腐蝕因素變化大，給工業(yè)企業(yè)中水回用帶來一定的難度，是急需解決的技術(shù)問題。

三、尾水凈化工程

尾水凈化工程是指對污水處理廠達標(biāo)排放的尾水進行進一步處理，使污水變成清水，達到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)尾水資源化和無害化。尾水凈化技術(shù)主要分為物理技術(shù)、生物—生態(tài)技術(shù)和生態(tài)水工學(xué)技術(shù)三類。

1.物理技術(shù)

（1）引水稀釋

引水稀釋就是通過水利工程的調(diào)控引入上游或附近的清潔水源對尾水進行稀釋，使尾水水質(zhì)在短時間內(nèi)得到改善，達到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于引水稀釋不能減少尾水中的污染物總量，因此只能作為尾水凈化的一種輔助手段。

（2）曝氣復(fù)氧

尾水自然凈化的關(guān)鍵是有機物的好氧生物降解過程。有機物降解過程中耗氧速率大于大氣復(fù)氧和水生植物的光合作用復(fù)氧速率之和,會使溶解氧迅速下降，甚至消耗殆盡而呈現(xiàn)無氧狀態(tài)，有機物的分解便從有氧分解轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬醴纸?，細菌厭氧分解產(chǎn)生的二價硫和鐵形成硫化亞鐵，使水體出現(xiàn)黑、臭現(xiàn)象。溶解氧含量是反映尾水污染狀態(tài)的一個重要指標(biāo)。根據(jù)污染水體缺氧的特點，曝氣是人為地向尾水中充入空氣 (或氧氣)，使空氣與尾水強烈接觸，將氧溶解于尾水中，加速尾水的復(fù)氧過程，促使尾水中好氧微生物大量繁殖，快速消耗水體中的有機物，提高對污染物的凈化能力，改善水質(zhì)狀況。

2.生物—生態(tài)技術(shù)

高昂的基建和運行費用制約了污水處理廠深度處理的使用，近年，以人工濕地為主的生物—生態(tài)處理技術(shù)以其成熟的工藝、低廉的成本迅速得到推廣運用。這類方法將污水處理廠尾水有控制地投配到土地上，通過土壤、植物、水系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物過程，凈化污染物，使水資源得到再次利用。

（1）人工濕地

人工濕地污水處理系統(tǒng)是人為地用土壤或礫石等填料混合組成填料床，在床體表面種植對污染物吸收能力強且耐受性好、成活率高、生長周期長的水生植物，尾水流經(jīng)床體表面和床體填料縫隙時,通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等，去除尾水中的懸浮物、有機物、氮、磷和重金屬等，實現(xiàn)對污水的高效凈化。人工濕地栽種的植物主要有鳳眼蓮、蘆葦、香蒲、水芹、菖蒲、風(fēng)車草、美人蕉等。人工濕地因水流方式的差異分為表面流濕地，潛流濕地和垂直流濕地三類。

（2）穩(wěn)定塘

穩(wěn)定塘是利用天然凈化能力對污水進行處理的構(gòu)筑物的總稱，通常是將土地進行適當(dāng)修整，建成池塘，在塘中種植水生植物，進行水產(chǎn)和水禽養(yǎng)殖，形成人工生態(tài)系統(tǒng)，尾水在塘內(nèi)經(jīng)長時間的緩慢流動和停留，通過生物的代謝活動降解，轉(zhuǎn)化有機污染物，凈化尾水。按照塘內(nèi)微生物的類型和供氧方式，穩(wěn)定塘可以分為好氧塘、兼性塘、厭氧塘和曝氣塘四類。

穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)能充分利用地形，在已有河道、洼地、池塘等地段建設(shè)，結(jié)構(gòu)簡單，作為尾水深度處理的穩(wěn)定塘運行穩(wěn)定，能有效去除污水中的有機物和病原體，無需污泥處理，還可以作為污水回用的節(jié)點，既是污水處理單元又是利用單元，穩(wěn)定塘處理后的尾水，可用于農(nóng)業(yè)灌溉或其他用途。穩(wěn)定塘處理法對BOD、COD及病原微生物的處理效果很好，但無法有效地去除N和P等營養(yǎng)元素，與人工濕地聯(lián)合運用可以彌補這一缺點。

生物—生態(tài)處理技術(shù)的優(yōu)點是投資較低，抗沖擊力強，操作簡單，易于維護，處理效果好，結(jié)合必要的景觀設(shè)計，可以美化環(huán)境。但生物—生態(tài)工程也存在一定的局限性，不適用于處理重金屬含量偏高、酸堿度過高、含有毒有害物質(zhì)，以及可生化性差的尾水，而且占地面積較大，北方寒冷地區(qū)受低溫影響，植物生長緩慢，微生物活性大大降低，處理效率隨之降低，若設(shè)計或運行管理不當(dāng)，容易造成二次污染。另外工程設(shè)計運行參數(shù)不精確，水力負荷、停留時間、氣溫以及運行管理、堵塞等很多因素都會對尾水凈化效果產(chǎn)生影響，系統(tǒng)的長期運行能力也有待進一步探索和完善。

3.生態(tài)水工學(xué)技術(shù)

傳統(tǒng)水工學(xué)的目標(biāo)是控制水流，保證水工建筑物的強度、穩(wěn)定性和耐久性，滿足人們對水的開發(fā)利用需求。在此基礎(chǔ)上，生態(tài)水工學(xué)強調(diào)水域生態(tài)系統(tǒng)健康，通過多種技術(shù)手段，為尾水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供支持。生態(tài)水工學(xué)技術(shù)構(gòu)建尾水輸送、凈化通道，不但要符合工程設(shè)計原理，還要符合自然原理，考慮尾水輸送生態(tài)系統(tǒng)自身的需求，注重渠道形態(tài)和生物群落的多樣化，在水利工程中吸收、融合生態(tài)學(xué)的理論，在尾水輸送的過程中，強化尾水自凈能力，逐步恢復(fù)潔凈的水環(huán)境，實現(xiàn)人與自然的和諧。

生態(tài)水工學(xué)凈化尾水的主要內(nèi)容是在渠道縱向上構(gòu)建彎曲和蜿蜒，急流、緩流，深潭、淺灘交錯相間的格局，形成尾水流速、流量、水位和水深的變化，在渠道橫向上采用由主槽和淺灘組成的復(fù)式斷面，保持渠道側(cè)向的連續(xù)性，充分利用當(dāng)?shù)匾吧锓N，設(shè)計有利于提高尾水自凈能力的岸坡和灘地植被，建設(shè)接近自然狀態(tài)的生態(tài)護岸，因地制宜運用生物浮島等，構(gòu)建渠道生態(tài)，營造適宜于植物生長和動物棲息的多樣性空間，避免渠道形態(tài)直線化、橫斷面幾何規(guī)則化和河床材料的硬質(zhì)化。

四、結(jié) 語

上述污水處理廠尾水的三種處理方法具有不同的特點和適用范圍，目前尾水中污染物數(shù)量多，成分復(fù)雜，用單一方法進行控制，無論從經(jīng)濟上還是技術(shù)上都是不夠的，很難完全解決水污染問題，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況綜合運用多種技術(shù)手段，實現(xiàn)尾水凈化目標(biāo)，在確保南水北調(diào)東線工程水質(zhì)安全的同時，給地方經(jīng)濟社會發(fā)展留有足夠的水環(huán)境容量空間。南水北調(diào)東線工程規(guī)劃通水時間已經(jīng)由2007年推遲到2013年，要在2013年實現(xiàn)“清水送北方”，治污工作任重道遠。尾水資源化是污水末端治理的系統(tǒng)工程，還要配合實施水污染防治全過程的三級監(jiān)控。第一級，源頭控制，城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)企業(yè)廢污水的排放要達到污水處理廠的接管標(biāo)準(zhǔn)；第二級，污水處理廠出水水質(zhì)要符合規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)；第三級，對污水處理廠尾水進行深度處理，達到既定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后排入相應(yīng)的受納水體或加以回用。

運河兩岸繆宜江 攝

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