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再生水用于城市景观水体的案例分析

发布时间:2011-02-24 13:34 来源:中国水工业网 编辑:蔺洁 点击:170次

作者:郑兴焰

1.城市景观水体与再生水利用

全面建设小康社会的环境目标之一就是促进人与自然的和谐,推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。事实上,环境质量已经成为我国大部分城市可持续发展能力高低的决定性因素,并明显影响城市对外部的吸引力和市场竞争能力。

在生命世界与生态环境中,水是最活跃、最具动感的环境要素。在城市系统中,洁净之水的供给是城市生命力的基础保障,秀丽景观与水体的构建是良好生活环境和工作环境的必要组成部分。缺乏河流与湖泊水体持续滋润的城市,是不可能具有旺盛生命力的,也是难以长期生存的。

随着生活水平的提高,人们不仅渴望清澈长流的河流以及碧波荡漾的湖泊水面,而且期望依山傍水、绿荫常在的居住环境。景观水体的建设和维护相应成为城市基础设施改进与升级的重要组成部分。近年来,用于居住环境美化和生态环境改善的非饮用性用水量出现了快速增长的趋势,尤其是住宅区的景观环境建设和城市周边的道路绿化。

然而,这些新的用水需求往往不在公共供水系统的原有服务区域内或供水能力之内,其结果是,要么费用高,要么缺乏水源。景观水体的水源与水质问题已经明显凸现出来,尤其是缺水城市。因此,有必要发展再生水,使其成为满足这些新需求的重要途径。

将再生水用于城市景观环境,其优势是十分明显的[1]:

(1)从水资源可持续利用的角度讲,这是一条经济、合理的途径,体现了城市水生态系统的自然修复、恢复与循环流动,包括物理过程、化学过程和生物过程;

(2)从使用功能的角度讲,可以满足缺水城市对于娱乐性水环境的需要,还可以将景观河道作为输水渠道,提供沿途的城市绿化用水、城市杂用和其他可能的工农业用户的水源,节省了长距离双管路的投资;

(3)从水源调节角度讲,可以通过娱乐性蓄水池调蓄水资源在时间上的分布不均,满足干旱期的用水需求,同时通过改善水的流动、蒸发、移动、降水与渗透状态,间接改善缺水城市的水源涵养条件,从而达到改善自然气候条件以及水生态循环的目的。

因此,将城市再生水作为城市景观水体的水源,不仅可以明显缓解城市的缺水问题,而且可以满足城市对于娱乐性水环境的需求,无疑是行之有效的污水再生利用途径。

2再生水用于景观水体的案例

随着再生水用于城市景观水体的研究不断深入,在"十五"期间,先后在一些城市建成了一系列的再生水用于景观水体的示范工程,包括天津、泰安、西安、合肥和石家庄等城市。这些城市随着城市化进程的加快与可持续发展战略的实施,开始对流经城区的被污染的河道和湖泊进行整治,经过污水截流、河道清淤、堤岸砌石等治理工程之后,往往原有河道、湖泊因城市周边可利用的地表水资源匮乏而变成了无水河。为改变这一局面,这些城市开始尝试将污水处理厂的出水进一步处理后作为这些干涸或半干涸景观河道、湖泊的补给水,并且取得了可观的社会和环境效益,这些工程对我国再生水用于景观环境起到了积极的推动作用。现分别介绍几个城市的再生水为补充水源的景观水体工程。

2.1天津

天津市是我国直辖市之一,环渤海地区的经济中心。1999年8月,国务院明确了对天津市的城市定位。天津市要建成北方经济中心和现代化的港口城市,在全国率先基本实现现代化。城市发展、经济规模扩大和人民生活水平提高,对水资源的需求会有较大的增长。

然而,天津是严重缺水城市,人均水资源占有量仅160m3,为全国人均占有量的十六分之一,世界人均占有量的五十分之一,远远低于世界公认的人均占有量1000m3的缺水警戒线,属重度缺水地区。

为解决天津市缺水问题,曾经数次从上游水库调水。1983年引滦入津工程建成通水后,缺水的局面暂时得到缓解,但引滦供水能力有限,供水保证率较低,1997~2000年连续干旱,引滦源头潘家口水库蓄水降至死库容以下,于2000年不得不再次引黄济津。水资源短缺已成为影响和制约天津市经济发展的主要因素。

天津纪庄子再生水厂以纪庄子污水处理厂出水为水源生产再生水,用于补充生态居住区的景观水体、公建与住宅的冲厕、居住区杂用水、喷洒道路、园林绿化、工业区冶金、化工、造纸、电子等60余家工厂企业的冷却水和工艺用水。目前补充生态居住区的景观水体工程已经运行,从2002年11月到2003年7月,大约20000m3 的再生水补充到人工湖体中,为周围居民创造了良好的生活环境,受到居民和专家一致的认可。

同时纪庄子污水处理厂二级处理出水将部分回用于市内的卫津河,以补充该水体的蒸发损失。鉴于这些回用项目的成功,天津市在近期还将实施双林再生水回用工程(2万m3/d)、北仓再生水回用工程(2万m3/d)及东郊再生水回用工程(2.5万m3/d),这些回用项目均考虑了一定的景观环境回用,预计项目完全实施后,天津的景观水体将可有较大的改善,可以改变目前市内卫津河等河道的缺水状况[1]。

2.2石家庄

"民心河"工程是石家庄市的重点工程,它是一条半人工性河道,自1997年9月动工至1999年9月建成,建设环城人工河道56.9公里,两岸新(改)建公园、游园22座,形成水面面积250公顷,新增高标准绿化带面积140余万平方米……这些,对于一个长期受高温干旱困扰的内陆城市而言,无疑起到了弥补天然不足、改善生态环境、提高生活质量、塑造城市新形象的重要作用[2]。

"民心河"引岗南、黄壁庄水库之水经石津渠入市,年计划引水量达3058万m3,用水库的蓄水作为河道的补给水。但是由于城市化进程的发展和经济建设的突飞猛进,使城市需水量快速上升,受水资源地区性分布的严重不均衡和近年来多发的干旱自然灾害以及水体污染日益严重等因素的影响,河北省至2001年底,总缺水量已超过70亿m3,成为全国缺水最严重的省份,资源性缺水已达极点,使"民心河"面临缺水的境地。作为全国40个严重缺水的城市之一的石家庄市,提出将桥西污水厂的污水经深度处理后作为河道的景观用水的设想。

石家庄市桥西再生水厂始建于2001年8月,2002年5月完成主要设备安装和调试。本工程主要设备提供商为法国Deliman公司。整个工程靠近桥西污水处理厂,占地11公顷,本工程的原水就来自桥西污水处理厂。多年来,桥西污水处理厂运行良好,出水水质稳定,较好地起到了控制水体污染、净化美化环境,保护下游水域,保障人民身体健康的作用。

桥西再生水厂生产的再生水主要用于民心河的补充和沿河公园用水。数据表明,再生水生产量一般为30,000 m3/d,最大水量为100,000 m3/d。此外,桥西再生水厂和环卫局签订用水协议,该局可以用水车取水,用于道路喷洒和清洗汽车,这一用水量为200-300m3/d。

目前,6公里长的再生水输送管道已经敷设完成,可将再生水输送至民心河西端。预期2005年,另外一条再生水管道也将敷设完成,届时,可以通过两个输水口向民心河输送再生水。

2.3合肥

合肥位于安徽省中部,地处江淮丘陵,毗邻全国四大淡水湖之一的巢湖,从地理位置来看,不属于资源性缺水地区,但由于巢湖水污染严重,加之合肥地下水资源较贫乏,合肥是一个水质性缺水城市。因此合肥市政府推广分类用水、节约优质水资源,是污水再生利用的出发点和根本点。合肥目前日污水排放量约50多万m3,已建成的王小郢污水处理厂规模30万m3/d,运行平稳,污水再生利用的水源可靠、保证率高,为实施污水再生利用奠定了基础。

2002年合肥市开始着手编写再生水规划纲要并于同年获得批准,规划以《合肥市城市总体规划》中各大型居住区、工业区、集中公园绿地及水体为再生利用目标,确定以工业循环水、居民生活杂用水、园林绿化浇灌水以及景观用水为主要对象。根据对各种用户的需水量预测,至2005年污水再生利用量为10万m3/d,至2010年污水再生利用量将达到26万m3/d,将有效改善合肥市的水环境,缓解供用水矛盾,优化水源配置。

合肥市的自来水使用量为70万m3/d,目前有王小郢、朱砖井、望塘3座污水处理厂,处理能力为43.5万m3/d,污水处理率已达60%以上。合肥市再生水回用一期工程于2001开工建设,铺设中水管道7.5公里。总规模为20万m3/d,一期规模10万m3/d,采用"混凝-过滤-消毒"工艺,一期工程总投资约8500万元,出水主要用于包河、银河、雨花塘、黑池坝补充水。2004年9月27日,中水顺利通向包河、银河、雨花塘等环城景区,改善了城区河道总体污染状况,增加城市整体环境效益。目前,合肥的雨花一塘、雨花二塘、雨花三塘以及包河、银河均已完成中水更换。据有关部门介绍,稍后整个环城水系的整体中水更换将从包河分为两条线进行,一条为包河到雨花塘,再到琥珀潭,经黑池坝到杏花公园;另一条从包河直接铺设管道到逍遥津公园。

今后合肥市的再生水回用项目将逐步承担起该市20%的水源需要。根据计划,合肥的再生水回用工程将分东、西线发挥作用:东线主要满足合钢、合化工业用水的需要;西线主要是向环城河等景区提供景观用水。

2.4西安

位于黄河中游的历史和文化名城西安始建于3000多年前,西安水资源总量26.66亿m3,其中地表水资源总量为21.78亿m3。西安人均占有地表水资源仅为310立方米,不足全国人均占有量的1/7、世界人均量的1/28, 西安市年均降雨量580.2 mm,且主要集中在7 ~ 9月份,是水资源极度贫乏区之一。

西安市的供水能力为172万m3/d,其中地表水资源122万m3/d,地下水资源50万m3/d。西安市2003年的最大日供水量为114万m3/d,人均日用水量100L左右,人均综合日用水量240L左右。随着经济的发展和城市化水平的不断提高,预计到2010年,全市年用水总量将达到38.26亿m3,与可供应水资源量相比,存在12亿m3的水资源缺口。但由于城市污水具有水量大、水质稳定的特征,经过一定的深度处理后,可作为水资源用于工业冷却、农业灌溉、市政景观以及其它行业,这样可以部分的解决城市水资源紧张的问题。

目前西安已建成污水处理厂两座,总处理能力27万m3/d。邓家村污水处理厂于1958年投产,初期污水处理能力4万m3/d,而后经历了三次改扩建,目前二级处理能力已经达到12万m3/d,一级处理能力16万m3/d。为了推进城市污水再生利用工作,西安市将其中6万m3/d污水处理工艺改造为A2/O与过滤组合工艺。北石桥污水处理厂于1998年投产,设计能力15万m3/d,采用DE氧化沟工艺。其余四个污水厂和再生水工程在规划阶段[3]。

西安北石桥污水再生利用工程是国家发改委2001年五个污水再生利用示范试点工程之一。项目管理单位为西安市市政管理委员会。污水再生利用工程的规模为10万m3/d,工程总预算为10437万元。根据计划,项目分两期建设,目前一期工程5万m3/d再生水项目已经建成投产,项目总投资7100万元。2004年5月正式建成向昆明路地区3家企业,即西安西郊热电厂、陕西星王集团和西安西化热电化工有限责任公司供水,日均用水量分别为6000、800和3200 m3/d左右,日节约自来水1万m3。目前又与西安丰庆公园签订协议,准备为公园提供景观用水及绿化喷灌用水,湖中换水一次就可节约30万m3自来水。

目前,西安再生水供应管道铺设已从北石桥污水净化中心→昆明路→丰庆路→环城西路→西大街→竹笆市,可为沿线周围企业、公园、绿化等单位提供工业冷却、道路清洒、建筑施工、园林绿化、清洗车辆等项目提供用水。随着发展,今后西安市将会扩大再生水管道覆盖范围,让能使用再生水的项目都使用再生水,如清淤后的护城河、兴庆湖等大的用水项目,替代掉目前引用的黑河水资源。

3 影响再生水景观应用的主要因素

由于我国越来越多的地区面临缺水问题,预期不久的将来,在不增加优质水源使用量的前提下,再生水会更为广泛的应用于景观水体,这不仅缓解了水资源缺乏的现状,对于改善居民生活条件,提高人民健康水平,起到了很大的作用。但是,再生水在广泛推广过程中,需要避免一些已经出现和可能出现的问题。

3.1水价政策与地下水开采限制

根据国内再生水工程调研和我国的实际情况,再生水可优先用于生态环境、景观环境和农业灌溉,再用于工业、城市灌溉和其他市政杂用。在大城市周边,农业生产以蔬菜等高附加值产品为主,水质要求高、用水量不大、输水距离长,因此农业灌溉并不一定适合,但大城市景观水体和绿化用水量大,再生费用较低,是比较合适的选择。

尽管再生水用于景观水体的前景广阔,但是一个致命的问题,就是经济问题。在一些城市,目前对公园和小区使用自来水实行一定的价格补贴,补贴金额随水价升高而增长,虽然使用再生水比自来水便宜,但却没有补贴,影响了用水单位使用再生水的积极性。另一方面,一些城市存在不合理或违反规定的地下水开采,使再生水失去市场竞争力。

因此,改变不合理的补贴政策,适当拉大自来水、自备井水与再生水之间的价格差,使得自来水和再生水的价格比趋于合理,再生水的使用将会有较明显的经济效益,真正做到优水优用,提高水资源的利用效率。

3.2富营养化与安全风险控制

国外在开展再生水用于城市景观水体方面,对排入景观水体的氮磷指标一般进行严格的限制,污水处理厂绝大多数采用了深度处理工艺,较好地控制了水体富营养化现象。

在卫生安全方面,美国加利福尼亚州规定,再生水作为非限制性娱乐蓄水的水源,应达到经过常规处理的消毒三级再生水标准;再生水用于限制性娱乐蓄水和允许公众出入的鱼类孵化池蓄水时应至少达到消毒二级出水-2.2再生水标准;再生水用于无喷泉的景观蓄水水源时应至少达到消毒二级出水-23再生水标准[4]。

在我国,再生水用于景观环境刚刚起步,目前还缺乏系统全面的工程性实践。不仅在潜在健康风险研究方面缺乏足够的支持,而且在水质安全保障方面也缺乏系统的研究和总结,在水力控制措施与再生处理程度的匹配以及对大气、土壤和地下水的环境影响方面也研究不多。另外,利用再生水构建人工水体或补充天然水体时,水体的富营养化问题需要寻求一种或者多种经济可行的解决方法。

因此,开展再生水用于景观水体中的一系列应用研究,建立水质安全保障体系,监测再生水对应用环境的短期和长期影响,建立水体水力控制和水质控制管理体系以及提出再生水利用的政策性建议,具有广泛的社会效益和重大的经济效益。

3.3有待进一步研究的技术问题探讨

针对上述存在的问题,在今后发展过程中,城市污水再生利用需要健全的法制保障和全面统一的管理;建立相应的技术规范和标准;重视和强调城市污水处理与再生利用技术、质量标准和策略的匹配,充分考虑安全和卫生标准问题,并在实践中验证和改进。

因此,有必要从以下几个方面对再生水的景观水体利用进行深入的研究:

再生水用于景观水体的水质安全保障技术:再生水用作景观水体可以有以下几种形式:允许人体全部接触的娱乐性景观水体;允许人体部分接触或非全身性接触的娱乐性景观水体;不允许人体直接接触的观赏性景观水体及储水式池塘。需要针对不同的用途,立足于现有的给水和污水处理技术,整合出成套处理工艺,使再生水满足景观水体的要求。

再生水用于景观水体的水质维持与改善技术:结合水质监测数据和相关资料,研究水体管理过程中水质维护和改善技术问题,包括换水频率和水量、水体的水力控制措施以及控制水体富营养化的措施。

再生水对景观水体的环境影响研究:使用再生水作为补充水源后对周围环境,包括水、气和土壤会产生什么影响,需要进行长期的监测和研究。

再生水作为补充水的景观水体的管理研究:通过不同地域的试验基地的监测研究,归纳出针对不同气象条件和地域条件下经济有效的景观水体管理方式并且在更大范围推广。

参考文献
[1]《城市污水再生利用系列标准实施指南》编委会。 城市污水再生利用系列标准实施指南。 北京:经济科学出版社, 2003. 12
[2]王洪云,舒昕,王立彤。 再生水源回用于民心河的工程实践。 排水委员会第四届第二次年会论文集,2004
[3]吴键 张理 王社平 曹宇 王恩让。 西安市城市污水处理及污水资源化。 21世纪国际城市污水处理及资源化发展战略研讨会与展览会, 2001
[4]加利福尼亚管理规范第22款

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