南水北调东线工程沿线污水处理厂尾水处置研究

2010-09-13洪国喜沈晓娟

中国水利 2010年3期

洪国喜，沈晓娟

（江苏省水文水资源勘测局淮安分局，223005，淮安）

南水北调东线工程特殊的自然和经济社会条件，给沿线治污工作带来很大难度，长期以来，输水河道、湖泊水污染相当严重，水污染防治工作关系到东线工程的成败。为此，国家发展改革委会同有关部门编制了《南水北调东线工程治污规划》，并经国务院批准实施。东线工程遵循“先节水、后调水，先治污、后通水，先环保、后用水”的“三先三后”原则，确保主干渠输水水质达Ⅲ类标准。沿线各级政府加大了区域环境治理和投资力度，建设了一系列治污工程，对输水线路两岸污水全部进行截流处理，治污工程主要投资集中在城市污水处理厂项目上，2001—2013年投资160.3亿元，占工程总投资的67.2%，共建城市污水处理厂135座，实现处理能力669.0万t/d。

相对于《地表水环境质量标准》，按照最高排放要求的一级A标准，污水处理厂尾水仍属于劣Ⅴ类水，其中含有大量污染物质且排放量大，若排放点设置不合理或过于集中，污染负荷将远远超过受纳水体的纳污能力，所以必须将尾水净化和资源化利用结合起来，为沿线污水处理厂尾水的排放建设安全通道，同时寻求尾水资源化综合利用的最优方案。污水处理厂尾水处置主要有三种途径：一是处理达标后直接排放，二是深度处理后回用，三是建设尾水净化工程对尾水进一步处理，达到预定水质标准，减轻对排入水体的水环境压力，并多渠道加以回用。

一、尾水直接排放

我国对主要河流的入河污染物实行总量控制。入河污染物总量控制一般以水功能区为载体，根据水功能区的水质目标、河道水文特征和入河排污口分布，计算出水功能区的纳污能力，分解为时段允许纳污量，并把允许纳污量分配到各行政区、支流口和入河排污口。水体纳污能力和污染物入河控制量直接关系到污染物排放权的分配，是水环境保护的核心内容之一。

污水处理厂尾水排放在执行总量控制原则的同时，排入不同水体的浓度还要符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》的规定，尾水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水时，执行一级标准的A标准；排入地表水Ⅲ类功能水域（划定的饮用水水源保护区除外）和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行一级标准的B标准；排入地表水Ⅳ、Ⅴ类功能水域，执行二级标准。

南水北调东线工程要求污水不得排入输水干线，沿线一些污水处理厂尾水原有的排放路径被截断，排水问题成为制约区域经济社会发展的瓶颈。这部分尾水集中排放入其他水体，同样是不容忽视的污染源，必须统筹考虑区域水系、水环境情况，重新选择排放路径、设置排放口，保证新的尾水受水区域的水环境安全。尾水截污导流是以严格保护东线工程调水水质为目标，控制尾水排放影响范围，采取工程措施，利用大水体自净能力解决尾水出路问题，导流后的尾水一般是经自然降解直接入海，绕开输水干线，这样做改变了污染物的空间分布，并没有减少污染物的数量，长期运行，大量尾水对新受纳水体的水质目标、生态环境等的潜在影响有待深入研究。

二、尾水深度处理

我国污水处理厂处理程度分为三级：一级处理、二级处理和三级处理（深度处理），一般以一级处理为预处理，二级处理为主体，必要时再进行深度处理。一级处理主要是去除污水中的漂浮物和部分悬浮状态的污染物，调节废水pH值，减轻污水的腐化程度和后续处理工艺负荷。二级处理主要采用生物处理工艺，大量去除胶体状和溶解状有机物，出水达到二级或者一级B排放标准。

二级处理后污水中仍含有氮、磷和难以生物降解的有机物、矿物质、病原体等，根据出水去向和用途进行深度处理，可以使尾水达到或优于一级A排放标准。一级A标准是污水处理厂出水作为回用水的基本要求，根据中国水网对中国污水处理项目的统计分析，2008年我国城市污水处理厂的排放标准以二级为主，达到一级A的数量仅占城市污水处理厂总数的6%。

深度处理的基建、运行费用高，实际运行过程中，要根据回用要求有针对性地选择深度处理工艺，并配套建设输配水管网，与用水户结合起来，构成完整的中水回用系统。2005年郑州市五龙口污水处理厂在二级处理的基础上引入深度处理工艺，目前二级处理规模为10万m3/d，深度处理规模5万m3/d，出水回用于金水河作景观用水及其临近的公园用水和市政杂用水。

城市污水经深度处理后，达到循环冷却水水质标准，回用作为工业循环冷却补充水也是污水处理厂尾水回用的主要途径之一。天津华能杨柳青热电有限责任公司7号机组，计划以天津市咸阳北路污水处理厂二级出水经深度处理而得的中水作为水源。污水处理厂的原水由不同性质的废污水混合而成，处理后的尾水仍复杂多变，缺乏稳定性，结垢、腐蚀因素变化大，给工业企业中水回用带来一定的难度，是急需解决的技术问题。

三、尾水净化工程

尾水净化工程是指对污水处理厂达标排放的尾水进行进一步处理，使污水变成清水，达到一定的水质标准，实现尾水资源化和无害化。尾水净化技术主要分为物理技术、生物—生态技术和生态水工学技术三类。

1.物理技术

（1）引水稀释

引水稀释就是通过水利工程的调控引入上游或附近的清洁水源对尾水进行稀释，使尾水水质在短时间内得到改善，达到一定的水质标准。由于引水稀释不能减少尾水中的污染物总量，因此只能作为尾水净化的一种辅助手段。

（2）曝气复氧

尾水自然净化的关键是有机物的好氧生物降解过程。有机物降解过程中耗氧速率大于大气复氧和水生植物的光合作用复氧速率之和,会使溶解氧迅速下降，甚至消耗殆尽而呈现无氧状态，有机物的分解便从有氧分解转变为厌氧分解，细菌厌氧分解产生的二价硫和铁形成硫化亚铁，使水体出现黑、臭现象。溶解氧含量是反映尾水污染状态的一个重要指标。根据污染水体缺氧的特点，曝气是人为地向尾水中充入空气 (或氧气)，使空气与尾水强烈接触，将氧溶解于尾水中，加速尾水的复氧过程，促使尾水中好氧微生物大量繁殖，快速消耗水体中的有机物，提高对污染物的净化能力，改善水质状况。

2.生物—生态技术

高昂的基建和运行费用制约了污水处理厂深度处理的使用，近年，以人工湿地为主的生物—生态处理技术以其成熟的工艺、低廉的成本迅速得到推广运用。这类方法将污水处理厂尾水有控制地投配到土地上，通过土壤、植物、水系统中物理、化学和生物过程，净化污染物，使水资源得到再次利用。

（1）人工湿地

人工湿地污水处理系统是人为地用土壤或砾石等填料混合组成填料床，在床体表面种植对污染物吸收能力强且耐受性好、成活率高、生长周期长的水生植物，尾水流经床体表面和床体填料缝隙时,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等，去除尾水中的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等，实现对污水的高效净化。人工湿地栽种的植物主要有凤眼莲、芦苇、香蒲、水芹、菖蒲、风车草、美人蕉等。人工湿地因水流方式的差异分为表面流湿地，潜流湿地和垂直流湿地三类。

（2）稳定塘

稳定塘是利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称，通常是将土地进行适当修整，建成池塘，在塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统，尾水在塘内经长时间的缓慢流动和停留，通过生物的代谢活动降解，转化有机污染物，净化尾水。按照塘内微生物的类型和供氧方式，稳定塘可以分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘和曝气塘四类。

稳定塘污水处理系统能充分利用地形，在已有河道、洼地、池塘等地段建设，结构简单，作为尾水深度处理的稳定塘运行稳定，能有效去除污水中的有机物和病原体，无需污泥处理，还可以作为污水回用的节点，既是污水处理单元又是利用单元，稳定塘处理后的尾水，可用于农业灌溉或其他用途。稳定塘处理法对BOD、COD及病原微生物的处理效果很好，但无法有效地去除N和P等营养元素，与人工湿地联合运用可以弥补这一缺点。

生物—生态处理技术的优点是投资较低，抗冲击力强，操作简单，易于维护，处理效果好，结合必要的景观设计，可以美化环境。但生物—生态工程也存在一定的局限性，不适用于处理重金属含量偏高、酸碱度过高、含有毒有害物质，以及可生化性差的尾水，而且占地面积较大，北方寒冷地区受低温影响，植物生长缓慢，微生物活性大大降低，处理效率随之降低，若设计或运行管理不当，容易造成二次污染。另外工程设计运行参数不精确，水力负荷、停留时间、气温以及运行管理、堵塞等很多因素都会对尾水净化效果产生影响，系统的长期运行能力也有待进一步探索和完善。

3.生态水工学技术

传统水工学的目标是控制水流，保证水工建筑物的强度、稳定性和耐久性，满足人们对水的开发利用需求。在此基础上，生态水工学强调水域生态系统健康，通过多种技术手段，为尾水生态系统的恢复提供支持。生态水工学技术构建尾水输送、净化通道，不但要符合工程设计原理，还要符合自然原理，考虑尾水输送生态系统自身的需求，注重渠道形态和生物群落的多样化，在水利工程中吸收、融合生态学的理论，在尾水输送的过程中，强化尾水自净能力，逐步恢复洁净的水环境，实现人与自然的和谐。

生态水工学净化尾水的主要内容是在渠道纵向上构建弯曲和蜿蜒，急流、缓流，深潭、浅滩交错相间的格局，形成尾水流速、流量、水位和水深的变化，在渠道横向上采用由主槽和浅滩组成的复式断面，保持渠道侧向的连续性，充分利用当地野生物种，设计有利于提高尾水自净能力的岸坡和滩地植被，建设接近自然状态的生态护岸，因地制宜运用生物浮岛等，构建渠道生态，营造适宜于植物生长和动物栖息的多样性空间，避免渠道形态直线化、横断面几何规则化和河床材料的硬质化。

四、结语

上述污水处理厂尾水的三种处理方法具有不同的特点和适用范围，目前尾水中污染物数量多，成分复杂，用单一方法进行控制，无论从经济上还是技术上都是不够的，很难完全解决水污染问题，应结合当地实际情况综合运用多种技术手段，实现尾水净化目标，在确保南水北调东线工程水质安全的同时，给地方经济社会发展留有足够的水环境容量空间。南水北调东线工程规划通水时间已经由2007年推迟到2013年，要在2013年实现“清水送北方”，治污工作任重道远。尾水资源化是污水末端治理的系统工程，还要配合实施水污染防治全过程的三级监控。第一级，源头控制，城镇生活污水、工业企业废污水的排放要达到污水处理厂的接管标准；第二级，污水处理厂出水水质要符合规定的排放标准；第三级，对污水处理厂尾水进行深度处理，达到既定的水质标准后排入相应的受纳水体或加以回用。