摘要：水資源短缺問題已在一定程度上制約了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，開展城市污水處理廠二級出水再生利用，實現(xiàn)水資源再生循環(huán)，對促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。但污水再生利用存在的化學(xué)、微生物和生態(tài)安全問題，已引起社會的廣泛關(guān)注和重視。本文將從再生利用的必要性和緊迫性、深度處理技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)可行性、安全評價體系等方面對其進(jìn)行全面討論。
　　關(guān)鍵詞：城市污水，深度處理,再生利用，安全性
　　
　　1．引言
　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)境污染的加劇，我國城市缺水問題尤為突出。據(jù)統(tǒng)計，全國669個城市中，400個城市常年供水不足，其中有10個城市嚴(yán)重缺水，日缺水量達(dá)1600萬立方米，年缺水量60億立方米，由于缺水每年影響工業(yè)產(chǎn)值2000多億元人民幣。與城市供水量幾乎相等的城市污水就近可得，易于收集，再生處理比海水淡化成本低廉，基建投資比遠(yuǎn)距離引水經(jīng)濟(jì)。城市污水經(jīng)凈化處理后，可以用作綠化用水、工業(yè)冷卻水、環(huán)境用水、地面沖洗水和農(nóng)田灌溉水等，其作為城市的第二水源已成為一種必然趨勢，但微生物和化學(xué)安全性是其回用的關(guān)鍵問題和最大障礙，已引起社會的廣泛關(guān)注和重視。
　　2．必要性和緊迫性
　　2.1我國水資源現(xiàn)狀
　　我國水資源的總量為2800億m3，人均水資源僅為世界平均水平的1/4，是一個水資源貧乏的國家。按1997年人口統(tǒng)計，人均水資源量為2220立方米，預(yù)測到2030年人口增至16億時，人均水資源量將降到1760立方米。按國際上一般承認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源量少于1700立方米為用水緊張的國家.同時我國水資源存在時空分布的不均勻性，南方多北方少，與我國當(dāng)?shù)厝丝凇⒏�地資源和經(jīng)濟(jì)布局不相匹配。北方嚴(yán)重缺水，同時南方也出現(xiàn)水質(zhì)型缺水。因此，我國未來水資源的形勢是嚴(yán)峻的，水資源的短缺在一定程度上制約了我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。尤其是我國的北方城市更是如此。
　　2.2水環(huán)境污染加劇
　　隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，水環(huán)境進(jìn)一步惡化。全國水土流失面積367萬平方公里，占國土面積的38％。城市污水和工業(yè)廢水處理設(shè)施落后，對廢水排放控制不嚴(yán)，導(dǎo)致城市周圍地表和地下水源受到嚴(yán)重污染，全國近一半河段和九成的城市水域受到不同程度的污染，可供利用的水資源急劇減少，部分城市出現(xiàn)水質(zhì)型缺水，供水資源需矛盾突出。全國地下水多年平均超采量約74億立方米，已形成164個地下水超采區(qū)，致使地下水位大幅度持續(xù)下降，出現(xiàn)地面沉降、海水入侵、河道斷流、湖泊干涸等問題，生態(tài)環(huán)境日趨惡化。同時用水效率低下和用水嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象并存。全國農(nóng)業(yè)灌溉水的利用系數(shù)平均約為0.45，而先進(jìn)國家為0.7甚至0.8。全國工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量是發(fā)達(dá)國家的5～10倍，工業(yè)用水的重復(fù)利用率為30%～40%，而發(fā)達(dá)國家為75%～85%。多數(shù)城市輸配水管網(wǎng)和用水器具漏水損失達(dá)20%以上[2]。
　　3．深度處理技術(shù)
　　城市污水再生利用技術(shù)主要是去除二級處理過程中不能去除或不能完全去除的污染物和病原微生物。在水污染治理戰(zhàn)略目標(biāo)與技術(shù)路線方面，許多國家進(jìn)行了重大調(diào)整，水污染治理的戰(zhàn)略目標(biāo)已從傳統(tǒng)意義上的“污水處理、達(dá)標(biāo)排放”轉(zhuǎn)變?yōu)橐运�質(zhì)再生為核心的“水的循環(huán)再用”，已從單純的“污染控制”上升為“水生態(tài)修復(fù)和恢復(fù)”，不再建設(shè)傳統(tǒng)意義上的城市污水處理廠，而代之以“污水再生廠”[3]。尤其是水環(huán)境污染的加劇、水資源的緊缺、新型水轉(zhuǎn)播疾病的爆發(fā)和大量有毒有害有機(jī)物的檢出，加快了城市污水再生利用技術(shù)的研究和應(yīng)用。
　　國內(nèi)外再生水處理技術(shù)的發(fā)展,一是城市污水處理廠普遍采用以除磷脫氮為重點的強(qiáng)化二級生物處理技術(shù)，并增加三級處理流程，包括多種類型的過濾技術(shù)和現(xiàn)代消毒技術(shù)；二是采用當(dāng)代高新技術(shù)如微濾、反滲透、膜生物生物反應(yīng)器和高級氧化技術(shù)等，使處理后的再生水達(dá)到市政雜用、生活雜用、園林綠化、生態(tài)景觀、工業(yè)冷卻和工藝用水、回注地下水、發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水等多種用途要求[4]。目前城市污水深度處理的方法主要有常規(guī)處理、活性炭吸附、生物處理、膜分離、土地處理以及臭氧等高級氧化處理及其集成技術(shù)。
　　3.1常規(guī)處理工藝
　　常規(guī)處理工藝是指混凝、沉淀、砂濾，以去除污水中懸浮物、濁度和殺滅水傳染病菌，提高對有機(jī)污染物、濁度、磷和等營養(yǎng)物質(zhì)及其他溶解性物質(zhì)的去除率，改善出水水質(zhì)，具有投資少、設(shè)備簡單，維護(hù)操作易于掌握，處理效果好等優(yōu)點[5]，但難以徹底去除水中病原微生物、有毒有害微量污染物等，以保證出水的安全性。其作為一種常用水處理技術(shù)，一般可作為市政雜用、綠化等用水以及預(yù)處理技術(shù)。如北京高碑店污水處理廠和青島市海泊河污水處理廠均采用此法，其出水主要回用于工業(yè)冷卻、市政和生活雜用等。
　　3.2生物接觸氧化技術(shù)
　　生物接觸氧化技術(shù)就是指利用固體界面固定高效工程菌,去除水中污染物的一種水處理技術(shù)。生物接觸氧化技術(shù)廣泛應(yīng)用開始于上世紀(jì)六十年代，尤其是各種生物填料不斷問世促進(jìn)了它的發(fā)展，將其廣泛應(yīng)用于廢水和飲用水處理等領(lǐng)域。清華大學(xué)開展了以陶粒為填料的接觸氧化法對污水進(jìn)行深度處理的研究，結(jié)果表明該工藝在水溫15～25℃下能有效去除COD，同時對濁度、色度、嗅味等也有理想的處理能力，出水達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)[6-7]。
　　3.3活性炭
　　20世紀(jì)50年代后期，由于歐洲水污染問題加劇，歐美相繼開展了活性炭在污水深度處理中的應(yīng)用研究，從而使生物活性炭技術(shù)（BAC）在歐美得到普遍發(fā)展和應(yīng)用，結(jié)合并優(yōu)化了生物降解和活性炭吸附兩個過程，對多種廢水處理顯示了良好的去除效果，能有效地改善出水水質(zhì)[8-9]。另外一些日本研究學(xué)者經(jīng)過試驗后，又提出了生物粉末活性炭技術(shù)BPAC（BiologicalPowderedActivatedCarbon）。它主要是和微濾系統(tǒng)進(jìn)行組合形成BPAC-MF（Microfiltration）系統(tǒng)，BPAC作為微濾的前處理系統(tǒng)，以提高微濾的水處理量，并延長濾膜的使用壽命[10]。美國21世紀(jì)水廠就是采用了活性炭深度處理技術(shù)對二級出水進(jìn)行處理并將出水回灌于地下，研究結(jié)果表明活性炭處理技術(shù)能有效地去除COD，同時對一些難降解的有機(jī)物也有很好的去除效果。
　　3.4膜分離技術(shù)
　　近年來膜技術(shù)在電子、化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的脫鹽、超純水制備、污水處理，以及各種分離純化過程中得到了日益廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用得較多的膜處理技術(shù)主要有微濾、超濾、納濾、滲析、反滲透、電滲析等。微過濾可除去沉淀不能除去的包括細(xì)菌、病毒和寄生生物在內(nèi)的懸浮物，還可降低水中的磷酸鹽含量。超濾可除去諸如腐殖酸和富里酸等大分子有機(jī)物，反滲透可用于降低礦化度和去除總?cè)芙夤腆w(TDS)。用超濾和反滲透處理二級出水不僅能除去懸浮固體和有機(jī)物，而且能除去溶解的鹽類和病原菌等，得到高級的再生水。
　　（一）微濾（MF，Microfiltration）
　　微濾膜工藝是利用微濾膜兩側(cè)的壓力差，使水和溶解物透過膜，而截流懸浮物、細(xì)菌等。微濾膜的過濾孔徑介于0.05~10μm。微濾膜直接過濾可以獲得良好的濁度去除效果，但對有機(jī)物的去除有限，所以通常建議與混凝沉淀或高效過濾連用[11]。當(dāng)采用高效過濾為預(yù)處理工藝時，可取消盤式過濾器�，F(xiàn)有微濾在污水處理中主要是用作反滲透前處理，為其運(yùn)行提供一個安全保障。
　　（二）超濾（UF，Ultrafiltration）
　　超濾膜工藝是利用超濾膜兩側(cè)的壓力差，使水、離子和小分子透過膜，而截留水中的有效直徑在0.005-0.1微米內(nèi)的細(xì)菌、病毒、膠體微粒和分子量在5000~150000道爾頓范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)、各類酶等大分子。超濾膜的過濾孔徑介于0.002~0.2μm。超濾膜的材質(zhì)包括聚丙烯晴、聚醚砜、聚砜等，制成中空纖維式膜、卷式膜或管式膜，廣泛應(yīng)用于地表水、海水及廢水。與微濾相比，超濾的孔徑更小，對污染物的去除率更高。將超濾膜技術(shù)用于污水處理廠二沉池水的深度處理，可以完全脫除水中的細(xì)菌和大腸桿菌，有效地清除其中的懸浮顆粒，并在一定程度上降低BOD、COD、總氮和總磷等污染物的濃度[12]。
　�。ㄈ�）反滲透（RO，ReverseOsmosis）
　　反滲透膜工藝是利用半透膜兩側(cè)的壓力差脫除水中的鹽類和低分子物質(zhì)，截流物包括無機(jī)鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD等。反滲透膜的孔徑介于0.005~0.0005μm。目前反滲透技術(shù)已應(yīng)用到城市大型海水淡化水廠、純凈水制取、污水再利用以及改善工業(yè)供水等領(lǐng)域。在反滲透深度處理城市污水工藝中，以美國加州橘縣21水廠最具代表性，該廠采用超濾（微濾）+反滲透組合工藝對三級排水進(jìn)行反滲透處理，產(chǎn)品水回注地下以防止海水倒灌和補(bǔ)充地下水。在我國，天津開發(fā)區(qū)泰達(dá)污水廠建有日處理規(guī)模為1萬噸的微濾-反滲透城市污水再生利用綜合示范工程，出水回用于小區(qū)。
　　3.5臭氧活性炭工藝
　　臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，氧化能力僅次于羥基自由基，可以有效去除水中的有機(jī)物、脫色除味，改變水中有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，提高可生化性，而且臭氧消毒效果也非常好,不僅對細(xì)菌有效，對于病毒甚至一些氯氣消毒無效的原蟲類致病微生物（如賈第蟲、隱孢子蟲等）也具有很好的滅活效果[13]。臭氧活性炭工藝是將高級氧化和生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合，即先進(jìn)行臭氧氧化以提高其可生化性，然后再經(jīng)過后續(xù)生物處理將其進(jìn)一步礦化，以減少處理成本，在飲用水和城市污水的深度處理得到了廣泛應(yīng)用。臭氧生物活性炭建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較低，環(huán)境友好、管理方便，具有良好的性能價格比。
　　4.水質(zhì)安全性
　　由于城市污水來源的廣泛性和復(fù)雜性，回用水中既有水中原有的污染物，又有降解中間產(chǎn)物，污染物種類及其毒性十分復(fù)雜，常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)不能真實反映水質(zhì)污染情況。因此，水質(zhì)評價指標(biāo)體系不僅包括常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)、致病菌種類和數(shù)量、有機(jī)和無機(jī)污染物種類與數(shù)量，還應(yīng)考慮生態(tài)毒性和健康安全[14-17]。目前生物測試(bioassay)技術(shù)研究和應(yīng)用為生態(tài)毒理學(xué)和環(huán)境風(fēng)險評價研究提供了一項重要手段[18-19]。Ottoboni等考慮到污水對飲用水水源的污染，對其進(jìn)行了動物毒性試驗，一組大鼠專門飲用污水，對照組飲用自來水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)飲用污水的雄性大鼠腎上腺比對照組明顯減少，腫瘤發(fā)生率高達(dá)2%。Pelon等沿密西西比河6個采樣點采集53個水樣，直接測試其致突變性，結(jié)果表明51%樣品誘發(fā)一種或多種菌株回變。Rappapport等發(fā)現(xiàn)6個污水處理廠污水的陽性提取物主要在堿性和中性部分。我國CDC環(huán)境所馬新芳教授曾采集某污水處理廠原水和二沉池出水，進(jìn)行Ames試驗，結(jié)果均為陽性，并且致突變性的強(qiáng)度隨季節(jié)變化[20]。隨著回用對象的多樣性和水質(zhì)要求的提高，現(xiàn)行的再生利用標(biāo)準(zhǔn)將不適應(yīng)發(fā)展的需要。借鑒國內(nèi)外城市污水回用的成功經(jīng)驗、科研和檢測技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)建立城市污水再生利用安全評價體系和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以保障公眾身體健康和生態(tài)安全。
　　5．經(jīng)濟(jì)分析
　　污水再生利用的效益主要體現(xiàn)在節(jié)約供水、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益三個方面，如降低給水處理和供水費(fèi)用；減少城市污水排放及相應(yīng)的排水工程投資與運(yùn)行費(fèi)用；改善生態(tài)與社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境，促進(jìn)工業(yè)、旅游業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)林牧業(yè)的發(fā)展；改善生存環(huán)境，促進(jìn)和保障人體健康．減少疾病，特別是致癌、致畸、致基因突變危害；增加可供水量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及避免缺水造成的損失。雖然其直接經(jīng)濟(jì)效益相對較差，但隨著污水再生利用技術(shù)的發(fā)展，水資源費(fèi)、飲用水價格的提高，尤其是水資源的緊缺和相關(guān)政策的引導(dǎo)，其具有更大的市場潛力和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益將日益顯現(xiàn)。
　　6．發(fā)展與展望
　　開展城市污水再生利用具有重要的現(xiàn)實意義和技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，為保障其再生利用過程的安全性，推動和加快其發(fā)展步伐,相關(guān)研究如污水處理與再生利用過程中的化學(xué)與生物安全保障技術(shù),污水再生利用安全保障指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)的制定等等要加快研究,從而引導(dǎo)用水單位積極利用再生水資源,促進(jìn)水資源的合理開發(fā)利用。
　　
　　
　　
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