Source-Reuse Oriented Integrated water management system in urban areas

中国环境学会  2011年 06月21日

  李子富 杜新玲 肖帅
  北京科技大学土木与环境学院环境工程系Email:zifulee@yahoo.com.cn
   
   
  Abstract: In many cities of China there are water shortage problems, water body pollution and urban flooding disasters. High drinking water demand for conventional water and sewerage system produces a great amount of wastewater, which has a contradiction for sustainability. Urban fast development and water shortage are the big challenge for the people who are involved in the urban planning and management. It is important for urban sustainable development with reasonable water distribution, utilization and management. Integrated water management system is a good solution for urban sustainable development. In this paper, integrated water management method is explained and some pilot projects are also introduced.     
   
  Keywords: integrated water management, water shortage, conventional sewerage system,  urban flooding, wastewater treatment,source reuse
   
  摘要:在中国许多城市存在缺水,水体污染和城市雨洪问题。传统的给排水系统需要消耗大量的自来水,同时产生大量的污水,这是与可持续发展的观点相矛盾的。城市的快速发展和水资源短缺(包括水质性短缺和水源性短缺)对城市管理者提出了严峻的挑战。因此城市综合水管理体系的建立是实现城市可持续发展的重要保证。综合水管理系统是指将给水和排水系统看成一个整体进行研究,保证水的供给和使用能够处于稳定的状态,同时对环境不产生负面影响,使得社会、经济、环境能够协调发展。在本文中对于城市综合水管理原理进行了介绍并给出了一些相关的应用实例。
   
  关键词: 综合水管理,缺水,传统排水系统,城市雨洪,污水处理,资源化
   
   
  前言
  中国的许多城市经常遭受着缺水的困扰和雨洪灾害。传统的给排水系统需要消耗大量的自来水,同时产生大量的污水,这是与可持续发展的观点相矛盾的。城市的快速发展和水资源短缺(包括水质性短缺和水源性短缺)对城市管理者提出了严峻的挑战。合理利用、有效管理各种水源是城市发展的基础,因此城市综合水管理体系的建立是实现城市可持续发展的重要保证。综合水管理系统是指将给水和排水系统看成一个整体进行研究,保证水的供给和使用能够处于稳定的状态,同时对环境不产生负面影响,使得社会、经济、环境能够协调发展。城市给排水系统最主要的功能是避免污水和粪便中病菌引起的相关疾病,防止城市产生雨洪和污水溢流,以及保护环境,实现废水和废物的资源化。随着城市的快速发展,对现有的给排水系统进行改造,使之满足可持续发展的要求,是我们必须面对和急需解决的问题。
   
  传统给排水系统的排污概念向新型给排水系统以处理和循环回用为目的观念的转变
   
  水冲洗厕所的使用和饮用水消毒工艺的应用明显地改善了城市卫生安全状况,污水和粪便产生的相关传染性疾病在给排水系统较完善的城市基本得到了控制。但是,由于污染物质排入天然水体,导致了新问题的产生。随着城市的发展和人口的增加,致使污水的排放超过了天然水体的自净和承受能力。特别是随着工业的发展,大量化学制品的生产和使用,不断改变着污染物的种类和性质,处理工艺也必须随之改变。因此为了满足卫生和环保的需要,必须进行排水系统的扩建、污水处理系统的改扩建和不断提高污水处理深度,当然这伴随着的是投资和运行维护费用的大量增加。
  这种传统的给排水系统在西方发达国家仍然作为主要的方式,在防治疾病和保护环境方面起着主导作用。但是这种系统需要高额投资建设费,较高的运行管理费用。同时在该系统中,许多有用的物质如:氮、磷是被当作有害的物质处理的。显然,这种处理方式是不符合可持续发展的观点的。目前我国城市化进程在不断加快,但是城市给水和排水系统主要还是沿用了这种传统的模式,而这种模式并不适合于我国的国情。
  随着城市化进程不断加快和经济快速发展,尽管我国在各个领域强调节水和环境友好型发展模式,但是废水的排放量仍然在逐年增加(图一)。我国近几年来城市污水处理率得到了很大提高,2006年城市污水处理率为42.55%,计划到2010年,城市污水处理率达到70%。这为抑制城市和水体环境恶化做出了重要贡献,但是由于集镇和农村以及工业污水处理水平仍然处于较低水平,城市水环境污染形势仍然十分严峻。另外一方面,我们应该看到目前采用的集中式污水处理模式存在着许多缺点。
   
     因此,根据给水和污水水质的特点采用以资源化利用为目标的城市综合水管理技术能够缓解水资源短缺和实现社会和经济的可持续发展。
     根据对生活污水的研究,不同的水质所含成分有很大不同,大致可以分为黑水:指厕所粪便污水,包括人尿和粪便;黄水:指人尿;褐水:指粪便污水;灰水:指来 自于家庭的厨房、洗衣、沐浴和盥洗等污水。生活污水的分类及其水量、水质见表一。
   
  从表一中可以看出,黄水中含有大量的氮,而大部分有用的物质都包含在黑水中。如果能尽量减少冲洗水的水量,那么黑水可以采用很小容积的设备进行充分处理,出水可以用作肥料,节省了处理、运输费用。当然,污染较轻的灰水无需深度处理即可达到污水排放要求。因此,采用分质分流处理可以避免传统污水集中处理的弊端,使得水中N、P、K等有用物质能够最大资源化的利用。采用新型的、以循环回用为目的的给排水系统,能够更好地满足可持续发展的需要,对于我国社会、经济和环境保护的协调发展,是十分重要的。
   
  城市综合水管理系统的概念


  根据现有给排水状况,有效地利用水资源和使有用的物质得到回用是新型给排水系统发展的方向,因此与传统给排水管理方法不同,给水、排水以及雨水的排放和利用之间是相互关联、相互影响的,需要采用综合的方法进行处理和对待。采用城市综合给排水管理系统的目的主要包括以下几个方面:
  减少饮用水的需求量
  减少产、排污水量
  减少城市雨洪发生频率
  有效利用污水中的有用物质
  减少饮用水的需求量可以通过节水、雨水和污水的利用来实现;减少产、排污水量可以通过减少用水量和污水回用来实现;减少城市雨洪可以通过雨水的就地收集利用等措施;污水中有用物质如:氮、磷的回收利用,可以采用分流处理的方式实现。
  采取节水技术可以降低自来水需求量,并明显地减少污水产、排水量,根据目前我国城市居民住宅用水器具的状况,采用节水技术可以减少50%甚至更多的生活需水量。排水系统设计和规划也应从传统的排污概念向处理和循环回用转变,通过灰水(即不含厕所污水的生活污水)处理和回用可进一步降低自来水需求量,而雨水收集和利用、 黑水(厕所污水)的就地处理和回用于农业会最大限度地减少外部自来水供应量并完全避免污水的排放。采用这种水管理系统,可以最大限度的节约和利用水资源,并使污水中的有用物质得到利用。图三采用图示的方法给出城市居住区采用两种不同系统情况下给水和污水水量的比较。采用方案2可以极大地减少自来水的需求量和污水排放量,同时由于雨水采取就地回收利用,可以大大减少城市雨洪发生的频率。粪便污水的处理和回用可以减少环境污染,同时降低对工业化肥的需求量。
      为了实现城市水资源的综合利用和环境保护,需要制定相关的法律法规,以保证新的适合于可持续发展的水管理系统在实际中得到应用。同时,公众意识对应用新的综合水管理方案也是很重要的。


  中国的示范工程
 

  我国在水管理领域已经做了一些有益的探索,下面介绍的示范工程只是一些新技术和新理念的实际应用,距离完善的城市综合水管理系统的实现还有很大差距,但是在这些示范工程中不仅考虑了废水的排放,同时也考虑到水和资源的回收利用。这些措施是实现城市综合水管理的重要步骤。
  内蒙古额尔多斯生态居住区水管理项目
  本文介绍的是在鄂尔多斯市郝兆奎居住区大规模采用新型生态卫生技术和分流处理系统的示范工程。本项目计划在郝兆奎居住小区建设多层建筑,共计有2000户(约7000人)。第一期工程在小区南部已建设40幢4-5层建筑和16幢2层建筑共计768户(约2500人)。一期工程的所有建筑物都安装的无水冲粪尿分集厕所。初步的结果表明,该系统能够明显减少用水,并通过水和营养物资的回收利用,减少了对环境的影响。水处理系统的工艺流程图见图四。
   
  奥林匹克森林公园生态卫生项目
  北京奥林匹克森­林公园是综合性大型公园,按规划全园年接待游客530万人和规划员工4280人测算,公园年污水排放量为86400m³。根据规划08年前新建需配套建设公共厕所及有污水排放的建筑物约48处。设计最大日污水排放量为: 1590.91m³/d。 生活污水主要来自为卫生冲厕、盥洗用水,部分建筑还含有洗浴和餐厨废水,总体水质为具有公园特征的生活类污水。如将污水排向周边的城市污水管路,存在因管路沿线地形起伏很大,需要穿越道路与河流,大部分管线敷设路由上都需要经过几各级提升泵站的提升,将会产生一笔巨大的工程费用和运营费用,同时提升环节多使得排放安全性得不到有效保障。另外污水外排将会增加市政污水处理系统的处理负担,而且公园也将为此承担相关处理费用等。
  公园的业主组织有关专家就此进行了专项讨论和仔细研究,最后决定:采取就地处理、就近消纳的方式解决建筑生活污水排放问题,实现公园对外的污水“零排放”。
   
  结论


  城市缺水、环境水体污染和城市雨洪的频繁出现表明传统的给排水系统存在着许多问题,需要采用新型的综合水管理技术。传统的供水、雨水和污水管理系统主要采用集中收集、运输和处理的方式。尽管效率很高,但这种系统也存在着很大的缺点,如:不能有效地利用水资源、造成对环境不同程度的污染、排水设施建设不能和城市发展同步、高昂的城市建设和维护运行费用等等。相反,综合水管理技术强调对各种污水和雨水的就地收集、处理和利用。在保证公众健康的前提下,水的循环回用已经证明是一个有效的节水途径。污水循环用于非饮用水的用途已广泛地得到接受,并且随着污水处理技术和卫生安全技术方面的发展,这种应用在不断增加。同时,生活污水的分流处理,使得黑水能单独处理,从而使其中的有机物和营养物质(如:氮、磷、钾等)能尽可能多地回用到农业中。这种系统对于中国解决城市水危机和环境保护是十分有益的,同时对于粮食安全和减少温室气体排放也具有积极的意义,适合于可持续发展的要求。当然,一种新系统地实施,不仅是技术问题,还应该考虑社会、经济和文化等方面的影响。以资源化利用为目标的城市综合水管理技术符合社会发展的要求,具有很好的应用前景。
   
  参考文献: 
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