再生水集中和分散处理与供水模式的历史进程

中国水网2017  


污水再生处理与供水模式可以分为集中模式和分散模式。集中和分散两种模式各有利弊,科学合理的方案是集中与分散相结合,因地制宜,互为补充。本文以再生水系统发展比较成熟的美国和日本为例,对比分析了再生水集中和分散处理模式的发展进程和特点。同时,结合北京市小区分散式处理系统的发展过程,对我国特别是北京市分散模式的现状进行了总结,从建设、设计、运行和管理等方面指出了目前北京市住宅小区中水处理存在的主要问题。目前国际上特别是在城市和人口密集的地区,主要采用集中模式。当集中收集系统难以实施或者有特定需求的情况下才会选择分散模式。分散模式通常在城乡结合部、农村和偏远区域使用。然而,分散模式面临的挑战是分散设施的可靠性,包括运行维护可靠性差、缺少替代系统、水质和水量变化大等问题。国际上再生水系统发展比较成熟的国家有美国、日本、欧洲部分国家、以色列、新加坡等。美国、欧洲等国家主要致力于城市污水处理厂出水经深度处理后回用于工业、农业等,多发展城市集中式系统,而分散式建筑中水和小区中水则相对较少。日本则根据本国情况,在发展集中模式的同时也大力发展了建筑物中水系统,回用作为大型建筑杂用水,是国际上相对来说分散模式应用比较好的国家。1、美国污水集中式和分散式处理模式的历史进程19世纪80年代中期美国真正意义上的污水处理厂始建于19世纪80年代中期,由地方政府负责建设经营;20世纪初期地方政府采取与私营公司签订长期合同的方式共同经营;1958年开始研究三级处理,当时己拥有10万m3/d以上处理能力的三级处理厂数座;20世纪70年代新厂建设和旧厂改、扩建的高峰期;1984年国己拥有不同规模的城市污水处理厂2 300多座,其中一级处理厂约占14%,二级处理厂约占81%,三级处理厂约占5%;1987年美国开始实施《清洁水法》;1972~1990年联邦政府将超过620亿美元的污水处理投资用于集中式污水处理设施的建设和升级改造;到2010年美国约有16583座污水处理厂。2000年,美国环保署(EPA)对其投资所建的一批污水处理厂进行过调查,发现有50%的污水处理厂出水水质达不到标准,这主要是由于设计和操作两个因素造成的。自1920年亚利桑那州修建了第一个分质供水系统,用于浇灌绿地、冲厕、洗车、冷却水和建筑以来,美国的城市污水再生利用已经从试验研究阶段进入生产应用阶段。美国再生水利用的范围涉及农业、工业、地下水回灌和娱乐等方面,其比例大致为:62%用于各种灌溉和景观,31.5%用于工业,5%用于地下回灌,1.5%用于娱乐和渔业等。美国再生水利用的突出特点是集中处理回用,很少直接用于城市生活杂用。再生水利用工程主要分布于水资源短缺、地下水严重超采的西南部和中南部的加利福尼亚、亚利桑那、德克萨斯和佛罗里达等州。美国的分散式污水处理源于19世纪中叶使用的就地污水处理系统(OWTSs),当时在美国将近有1800万套住宅(约占住宅总数的25%)。20世纪70年代开始,对不同类型的分散式处理系统进行了试验,80年代在数百个小型社区同时建设集中和分散式处理设施。从90年代起,由于集中式污水处理对分散在城市区域外围的住宅来说成本太高,联邦政府开始寻找可替代集中式污水处理系统的方法,鼓励各州、地方政府根据具体的土壤、地质条件尝试使用各种类型的分散式处理系统。到1990年,约有2 500万个家庭使用就地处理系统。2008年,在美国估计在全部1.15亿套住宅中,接近23%的住户使用了就地处理系统。不同地区就地处理系统普及率不尽相同,例如在佛蒙特州达55%,而在加利福尼亚州则只有10%。据估计美国国土面积中仅有32%的土壤适合作为就地处理系统的过滤系统,因此有许多就地处理系统实际建在了不适合土壤吸收的地区,而失效的就地处理系统往往成为许多流域或地下水源中污染物的主要来源,如在切萨皮克海湾项目中发现,进入就地处理系统中的氮有55%~85%都渗入地下水。一份全国范围内的调查报告显示,仅1993年的系统失效案例就高达90632个。美国普查局1997年的调查显示,在3个月的调查期内估计有403000个住宅化粪池曾有过失效的记录,其中31000个发生过4次或以上的失效记录。就地污水处理系统失效的主要原因被归结为:不适宜的选址、不合适的设计、不恰当的安装、不规范的操作/维护,而且缺乏强有力的法规支持。为了能更好地解决目前分散式污水处理中遇到的问题和挑战,并作出长远规划,USEPA委托美国水环境研究基金会于2007年举办了美国“分散式污水处理与利用需求”中长期发展战略规划研讨会。研讨会的主要目的是为美国今后在分散式污水处理与利用需求方面制定中长期(目标至2025年)研发计划,并就所需国家研发经费投入与去向等议题规划并圈定研发范围。美国污水经分散式污水处理系统处理之后,一般就地利用,改善周围的水环境,或用于景观用水。2008年美国东北大学Novotny教授提出的有关城市分散式水系统的新概念正受到许多城市规划者与决策者的关注,这一概念强调以完整的城市水系统、景观、基础设施和给水处理、污水处理与回用及水量分配一体化,具有典型的分散式特征。分散式污水处理与再利用这一议题成为了目前国内外的研究热点,美国居民分散式处理之后,再利用的途径较少,但针对于酒店等处理量较大的分散式系统,污水再利用的情况我们了解的较少。2、日本再生水利用模式的历史进程和模式日本为海洋环绕的岛国,雨量充沛,水资源相对丰富,人均水资源拥有量为3300 m3。20世纪50年代中期起,随着日本经济进入高速发展期,生活用水和工业用水需求量日益增加,造成日本部分地区特别是一些大中城市频发严重的缺水、断水现象,迫使日本各地大力修建水库和人工引水渠,开展大规模的水资源开发,但由此也引发公众对生态破坏的担忧,新建水库选址变得越来越难。60年代起,日本国内开始出现污水再生利用。80年代起,日本政府开始在水资源短缺地区推广再生水利用,同时在当时的通产省下设专门从事污水再生利用技术开发和推广的机构“财团法人造水促进中心”。1994年,日本列岛降雨量少,引发干旱,九州北部到关东地区出现严重的缺水现象。以此为契机,再生水利用再次得到重视,以一些缺水城市(东京、横滨、福冈、北九州等)为中心,先后开展了污水再生利用工作,再生水利用设施数量也随之增加。
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