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城市污水经处理可以作为可靠的第二水源,这已成为当今世界各国在解决缺水问题时的共识。将再生水作为城市水环境的水源,强化城市水环境系统的生态净化作用,促进水体的自然生态循环成为解决城市缺水策略的主要手段之一,也是解决水资源上下游城市用水矛盾的有效措施。但是,在大范围使用再生水的情况下,存在由于使用不当造成各种水质安全的风险,必须采取严格的防范措施。
1再生水回用于城市水环境的可行性
河道和内湖承载了城市的主要水环境,水源保障是维系城市水环境的基本条件,优质优用是第一原则,环境景观用水对水质的要求并不高,再生水是第一选择。一般来讲,城市污水来源可靠,水质稳定,可依托现有污水处理厂,经过深度处理后可达到要求。再生水用于城市水环境不同于其他用途,不需要大规模复杂的再生水管网建设,实施相对容易。
以北京市为例,为缓解首都水资源紧缺状况,北京市从2003年开始使用再生水,2007年底,北京市政府决定将中心城区8座污水处理厂全部进行升级改造为再生水厂,2008年再生水利用量约为6亿m3,超过密云水库的供水量,已成为北京市第二大水源。2010年已建成北小河、温泉、永丰、昌平、亦庄等再生水厂13座。中心城区8座污水处理厂改造后出水水质达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921—2002),部分水质指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)地表水Ⅳ类水质标准,同时配套建设约50km再生水管线,处理后的再生水可用于城市河湖补水、绿地浇灌、工业循环用水及市政杂用水等。清河再生水厂是目前国内规模最大、品质最高的再生水厂,处理能力32万m3/d,其中,6万m3高品质再生水作为奥运公园水景及清河的补充水源,采用了超滤—活性炭吸附—臭氧消毒组合水处理技术,出水水质优于《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准(GB/T18921—2002),这一工艺在国内大型再生水厂中首次应用。再生水从水质和水量上均能够保证城市水环境补水的需要。
污水处理厂尾水排放的末端往往也是城市的边界,对于下游城市来说,仅能作为农业灌溉等用途,提升污水处理厂出水水质,充分利用城市生态水循环,在城市边界建设大型自然生态处理系统,一方面可以调节城市的水平衡,为城市保留备用水源;另一方面可丰富城市水系,构建城市生态带,起到调节城市气候、涵养城市地下水的作用;同时通过对水质的深度净化可大大减轻对下游城市的污染,并作为一种资源加以利用。
2再生水回用于城市水环境现状
目前再生水回用的案例很多,用途也很广泛,分散型小规模的中水绿化、冲厕、洗车、建筑施工等,大规模的主要应用工业循环水、冷却水等,主要是注重再生水的经济价值。
在再生水用于城市水环境(主要是城市内河道)的案例中,大多倾向于对城市水环境损失的补充,而不是置换,这就造成再生水在水环境中的静止停留时间过长,在缺少必要的水质保持措施的情况下,水体富营养化严重,藻类大量繁殖,水环境功能丧失。
北京市在城市边界规划了大兴、怀柔、昌平、密云等7个滨河森林公园,投资都在亿元以上,规划了大面积的水面,均使用再生水水源,如已经建成的南海子郊野公园采用小红门污水处理厂的再生水,正在建设中的大兴滨河森林公园采用天堂河污水处理厂的再生水,正在规划中的怀柔滨河森林公园采用庙城污水处理厂的再生水等。但是在建设过程中,存在重景观、绿化,轻水体净化的现象,大部分投资用于建造人工景观,用于水体净化的投资不到总投资的1/10。水是公园的灵魂,公园建成之后,如果水体效果达不到要求,公园的品质将大大降低。
3再生水回用于城市水环境水质安全及措施
城市水环境就在城市居民的身边,采用再生水的城市水环境必须是安全的,不会对居民健康、城市景观、城市安全产生消极影响。当然,再生水城市水环境必须定位准确,不能将水体要求提得过高,致使实现起来技术难度过大,水处理投资大幅增加。
城市水环境安全主要考虑三方面的影响:对居民健康的影响、对城市景观的影响和对城市防洪安全的影响。对居民健康的影响主要来源于对水体生物毒性的担忧,城市水环境一般定位为地表水Ⅳ类或Ⅴ类水体功能,即一般工业用水区及人体非直接接触娱乐用水或一般景观要求水域,在水景营造过程中产生的气溶胶、水雾等带出水体中的微生物对人体健康存在潜在的威胁,亲水活动人体会部分接触到水体也会产生一些不利影响。城市景观的影响主要表现为水体富营养化,在水体良性生态系统未建立前,水体中藻类的生长占绝对优势,将大量繁殖,水生生物由于竞争失去活性,导致水体丧失基本的景观功能。水环境和净化设施、底泥淤积等占用河道的部分容积、水体生物栖息破坏防洪设施等将会对城市安全造成影响。为消除上述影响,可采取的主要措施如下:
(1)提升处理工艺,提高水质,加强消毒;严格控制再生水水源、避免人体直接接触的工程和管理措施;加强水质监测和管理;
(2)构建水体生态系统,加快生态系统建立,形成水生系统的良性竞争关系;
(3)强化生态水质保持措施,增强不利条件下水体的应急净化措施,避免藻类大量积累;
(4)加强水体置换,促进水体循环。
4案例分析
大兴滨河森林公园位于北京市大兴区,靠近北京南六环,为原埝坛水库所在地,由于长期缺水,水库已干涸多年。规划公园占地面积约836hm2,其中湖面40万m2,平均水深2m,湖水总容积80万m3。埝坛水库由过去的以农业灌溉为主的生产型水库转变为以风景观赏为主的城市景观湖泊,公园的建设和布局秉承“生态、人文”相结合的理念,将人文景观与自然生态景观相结合,形成北京独特的,具有浓郁城市山水风格的森林公园,充分发挥水系在生态、景观、净化方面的重要作用,突出“以水为脉”的滨水公园景观特色。公园湖水远期采用天堂河污水处理厂的再生水作为水源,再生水水质达到地表水Ⅴ类水体。近期采用黄村污水处理厂的尾水,排放水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准,每天补充15000m3。在湖的西面建设了10万m2人工湿地,一方面对补水进行深度处理,另一方面对湖水进行循环净化;在湖的南面建设了处理量为2.5万m3/d的磁分离水体循环净化设施,一方面通过循环处理降低水体中污染物浓度,另一方面在不利环境条件下水体出现藻类爆发时用于除藻。
该公园的建设很好地将城市污水处理厂的尾水排放与城市水环境结合起来,在对尾水进行深度净化的基础上,营造了自然、生态的城市水环境,水环境的建设增强了水体的净化,促进了水体的自然循环。公园景观湖2010年9月23日开始注水,2010年9月26日人工湿地调试阶段,对人工湿地进出水进行了监测,结果见表1。
大兴滨河森林公园的建设承载了提升区域环境质量和形象的重任,建设过程中打造了许多人造景观和娱乐休闲设施,水系的生态、自然特性体现得不够充分。因此,目前规划中的滨河森林公园应以生态水环境的建设为重点,以水面-湿地-水面循环的形式打造真正的湿地公园,以水体净化为主,以人造景观为辅,即突显生态效果,又实现水体循环和净化,才能充分发挥再生水和城市水环境的作用。
5小结
再生水回用于城市水环境不仅能够提供良好的水景观,更能改善水的健康循环,实现水资源可持续利用,有效节约水资源,解决上下游城市之间的用水矛盾。应进一步关注使用中发现的问题,深入开展相关研究,制定可实施的标准规范、防范使用中的风险、降低使用成本将成为研究的重点。