水环境恢复方略与水资源可持续利用
作者：66WEN收集整理来源：www.66wen.com更新时间：2006年11月09日
近30年来我国淡水湖泊水质污染现象呈迅速增长之势。全国大型淡水湖泊均达到中度和重度污染，其污染程度由重到弱依次为滇池、巢湖、南四湖、洪泽湖、太湖、洞庭湖、镜泊湖。滇池和巢湖全湖水质劣于Ⅴ类。
我国近海海域水质污染严重并有继续恶化之趋势。劣于Ⅲ类水质标准的比例近53.6%，20世纪60年代之前，渤海海域曾发生过3次赤潮，70年代发生9次，80年代74次，而1997年一年猛增发生34次，1999年7月间渤海出现了前所未有的赤潮大爆发，赤潮面积达6300Km2,延续9天时间。
我国城市供水水源有30%源于地下水。近20年来地下水水质普遍呈恶化趋势。1998年对我国118座大型城市浅层地下水的普查表明，有115座城市地下水受到不同程度污染的占检测总数的97.5%。北方城市地下水28%已不适合作为饮用水源。
二、水环境恢复原理与水资源可持续利用
1、水的循环
全球水量大概有14亿Km3,其中97%为海水，易于使用的淡水资源仅为地球上全部水量的0.01%（不同资料数值不同）。水的循环是自然现象，太阳能是水循环的动力。海面、湖面以及地表面接受到太阳能而使水份大量蒸发到上空凝结成云，云随风漂泊遇冷降雨（雪、雾、霜），地面降水形成地表和地下径流，汇集成小溪、大河大江，奔流入海。然后再被蒸发……，往复不断地进行着水文循环。在自然界水文循环中，由于大气中云流动的不均和复杂的气象、地理原因，使各地域的降水量差别极大。我国平均降水量为648mm（1956-1999年间24年的资料）比全球平均值低20%。
我国地域广大，受气候与地形影响，降雨量从东南沿海向西北内陆递减。另外，降雨随季节的时间变化也是很大的，形成洪水，枯水等自然现象。
2、水环境的恶化
一个流域的地面降水，一部分渗入地下，进而形成地下经流，一部分蒸发到大气中，相当部分在地表面形成径流，径流遵循地势、地形从高向低流去，在本流域内汇成水溪、大河最终注入大海。在流域内上游城市用水、农业用水、工业用水，由本地区上游河段取水来供给，使用后绝大多数再排入其下游河段。下游城市的用水也同样在该区域的上游河段取水，用后再排入同一流域的更下游河段。在同一流域内取水和排水是一个往复多次的水利用循环。流域越大，城镇越多，循环次数越多。
人们生活和生产活动的一切排泄物，废弃物质包括城市生活、生产污水、汽车尾气、采暖与工厂燃气，田野剩余化肥、农药等等几乎都通过降雨径流，人工排水系统汇入江河，所以水利用循环的水质对流域生态和水环境影响深刻。
碳源有机污染会使水体严重缺氧，发黑发臭，破坏水生态系，甚至使水生生物灭绝。而磷的污染致使闭锁性水域富营养化，藻类疯长，赤潮频频发生。这样都使江、河、湖、泊丧失水体功能，恶化水环境危害全流域。水环境的恶化是由于不健康的水利用循环（社会循环）所造成的，是由于溶解着和挟带着各种污染物质的城市污水、工业污水、地表径流、不经处理和净化注入水体所造成的。这种水社会循环是不健康的，是对人类生存空间的不负责任，大自然的报复将是长期的，越来越厉害的。
在水的自然循环体系中，人类的活动和用水循环是应有节制的，必须与之相协调，做到“天人合一”方能永续生存与发展。
3、水环境恢复原理与水资源可持续利用
恶化了的水环境是可以恢复的。这是基于水的自然大循环。水在全球的陆、海、空大循环中会得到净化，能循环不已往复不断地满足地球万物，森林、草原、盆地、湖泊、土壤、生命用水之需要，维护着全球的生态环境。水环境可以恢复，还基于水的可再生性。水是良好的溶剂，也是物理、化学、生物化学反应良好的介质。被污染了的水可以在运动中得以自净，还可以通过物理的、物理化学和生物化学的方法去除污染物质，从而水得以人工净化和再生。所以，社会循环污染了的水是可以净化的，污水通过处理和深度净化可以达到河流、湖泊各种水体保持自净能力的程度，从而上游都市的排水会成为下游城市的合格水源。在一个流域内人们可以多次重复地利用流域水资源。其实自古以来，人类社会就是重复多次地利用一条河上的流水。
水环境恢复和维系的基础是建立健康的社会水循环。现今世界各国都不同程度提出了健康（健全、良性）水环境的概念。是针对人们滥排污水和丢弃废物，滥施农药与化肥而提出的，是拯救人类生存和永续发展空间的根本性战略。所谓健康水循环，就是上游地区的用水循环不影响下游水域的水体功能；水的社会循环不损害水自然循环的客观规律；从而维系或恢复全流域，乃至全球的良好水环境。
达成水健康循环的社会基础是：（1）提高社会对水与人类关系的了解，培育珍贵水的意识，养成节制用水习惯。从而取得群众对保护水环境和恢复水环境的理解和协力，育成良好的水文化。（2）在国土管理上，在城市总体规划上要注入循环的概念。在每个流域内，都要将河流、流域及社会视为一体，统筹考虑水的循环利用规划。（3）在每个流域内都要确保环境用水量，规范社会取水量，保护水流空间，维持丰富多样的生态系，良好的水流空间和秀丽的两岸风光。（4）每个城镇都要有完备的水循环系统。既要有安全、可靠的供水系统，又要有污水收集、处理、深度净化，有效利用与排除系统。污水处理程度应按下游水体功能要求而定。f&!3H$\ d-K8pCq+4oaxh`mWx.`{B \ipc.论文格式网=8i E@B=Aqd[[|uVS8SY€
三、水环境恢复方略
水环境是一个流域性问题，甚或是全球性的。水环境的恢复、维系和保护要在多学科、多社会领域共同努力下方能达到的。
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1、节制用水
自然界提供人们可用的淡水资源是有限的，人口的快速增长和城市化建设，使得水资源越来越短缺，许多地区时有水荒发生甚或长年缺水。1997年我国人均水资源量为2220M3，预测2030年当全国人口增加到16亿时，人均水资源量降至1760M3，水资源成为了制约经济发展和人们生活质量的瓶颈。自然要求工业、农业和生活都要节制用水。
水是全社会、全人类和全球生物共有的资源。为维系良好的水环境，要求人类社会在水使用之后排放之前必须进行处理和再生净化，达到健康水循环。取用1吨水，就要产生0.8吨污水，而处理与再生的费用是昂贵的，西方发达国家用于污水处理的费用平均达到GDP值的2~3%。对于西方各国财政都是一个重负，但仍没有完全达到水健康循环的目的。就我国目前来说，更是难以承受的。为了削减污水处理经费，减轻社会经济重负，必须节制用水，减少污水产生量。
在水自然循环的系统中，人类的水利用循环，人类的活动是一种干扰，节制用水就是减少这种干扰。减轻消除这种干扰的负担。所以水资源严重缺乏的地区当然要节制用水，水资源丰富的地区也要节制用水。
节制用水不是一般意义上的用水的节约。它是人类社会长期的一个基本方针。节约用水的出发点是道德、责任、经济，节制用水的出发点是可持续发展；节约用水的介入点是在已有产业结构和布局的基础上进行的，节制用水的介入点是在尚未规划产业结构与布局，或重新规划产业结构与布局的时候。节约用水的归宿点是提高具体行业的用水水平，节制用水的归宿点是实现水的社会循环与自然循环协调发展。
2、城市污水深度处理与有效利用。
城市的给水排水系统对于水自然循环至关重要，是水大自然循环的一个旁路，是水的社会循环。城市排水系统是水自然循环与社会循环的联结点，污水处理厂是水循环中水量与水质的平衡点。
据文献报导，东京都污水处理率达95%之上，区域内河川水质已有明显改善，但东京湾富营养化仍有增长的趋势，赤潮时有发生。当东京湾流域的川崎市、横滨市和东京都的污水二级处理率都达到100%时，污水厂排放的负荷仍占入海负荷的大半，海水上层水质还是达不到环境标准，这是因为普通二级处理只能去除易分解的含碳有机物，而对N、P和难分解有机物作用不大。1997年东京湾排放标准提高到CODMN：12MG/L，T—N：10MG/L，T—P：0.5MG/L，这就意味着东京湾的环境质量已寄希望于污水深度处理。
就深圳特区而言，深圳特区2000年排放CODCR约7.46万吨（二级处理率56%）；按照总体规划，2010年排放CODCR约6.81万吨（二级处理率84%）。可以看到，在2010年，即使是污水二级处理率达到较高水平，排入深圳内河与海域的污染负荷并没有得到大幅改善，紧紧依靠二级处理仍然是不足以恢复和维系良好的水环境的。
污水深度处理在经济发达国家已有推广，甚至普及。下表是世界部分国深度处理普及率。
就我国实际情况而言，污水深度处理与再生水利用是维系良好水循环的必由之路。对于进入渤海湾、深圳湾、滇池、东胡、南四湖、巢湖等封闭性水域的水进行深度处理是防止富营养化，恢复水体功能的急需。环境主管部门应制定地方标准，严格限制N、P和难分解物质（COD）的排放负荷。对于缺水地区，深度处理是生产再生水的主导工艺，能起到开发城市污水资源和大幅度削减污染负荷的双重作用。这些地区可以率先推进污水深度处理与再生水利用。普及二级处理的工程费用和维护费用是惊人的，各级财政更难以承受。若在二级处理基础上，进行深度处理，将排放的处理水变成再生水，成为稳定的城市水源的重要部分，那么就可以把远距离调水的巨额费用用于污水的再生，开发污水资源，财政就可以承担，此乃一举两得，事半功倍的智者之举。在封闭性水域地区和缺水地区舍此别无出路，就是在水资源丰富地区，也是保持健康水循环的良策。
再生水可应用于以下几个方面：
1)创造城市良好的水系环境。补充维持城市溪流生态流量，补充公园、庭院水池、喷泉等景观用水。日本从1985年到1996年用再生水复活了150余条城市小河流，给沿河市区带来了风情景观，愉悦着人们的心情，深受居民欢迎。北京、石家庄等地也利用污水处理水维持运河与护城河基流。
2)工业冷却水。大连春柳河污水厂早在1992年建设投产了污水再生设备，每天生产再生水10000m3/d，主要用于热电厂冷却用水，少部分用于工业生产用水，运行10年来效果良好，效益可观。
3)道路、绿地浇洒用水。园林城市要求绿化覆盖率达到45%以上，这些大量街道花园，林阴树带等绿地使用再生水，可以节省大量自来水。
4)融雪用水。日本融雪用水占全部再生水使用量11%，在我国北方也有应用前景。
5)城区中水道。在有条件的城市可以在大片城区内建设广域中水道，以前述用水对象为主，并可结合建筑中水，形成统一再生水供水系统。
下面简单介绍《深圳特区城市中水道系统规划》：2000年，深圳市规划国土局（国土资源局）与城管办等单位牵头，我们编制了该规划。规划以工业冷却用水，绿地、景观用水，河床生态基流为主，按照“先近后远、先易后难”原则，考虑各个回用对象的现状用水量和各自的发展规划，结合特区污水处理设施和地形地势加以确定污水回用规模。
最终形成南山、沙河、福田、滨河、罗芳、盐田等六个再生水厂的特区城市第二供水系统。配套管网约130公里，总投资近6.0亿元人民币。再生水单位水量投资与运行费用约为自来水的1/5。
6)农业用水。污水处理水用于农业灌溉不仅节省了水资源，同时也使回归自然水体的处理水又经进一步净化，污水处理水用于农田应满足农田灌溉标准，一般二级水经过适当稀释就可以达到水质要求。
3、城市污水厂污泥土地利用
污泥的产生量约为处理水量的0.4～0.5‰（含水率80%）。10万m3/d的污水厂每天产生污泥40～50吨。
·深圳特区2010年污泥产生量约为750吨/天。
·不将其进行妥善处理，则不仅意味着又将增加几十座垃圾山，同时也使得我们在花费巨额投资处理污水的同时，又带来了另一种污染——污泥。
目前脱水污泥的处置多半以填埋为主，不但污染地下水，而且填埋场地越来越困难。国外污泥焚烧技术比较发达，其设备庞大，能耗高，焚烧气中二垩英(Dioxin)的发现，给焚烧技术增加了新的困难。
我国大量的污水厂污泥出路应该回归农田，充做农作物的有机肥料。这是自然规律所决定的，是N、P、K营养成分在土壤—作物—人畜—排泄物—土壤间的物质循环所决定的。在水冲厕所和下水道未普及之前，N、P、K就是这样循环的。如果污泥不回归农田做肥料，就切断了这种循环，土壤越来越贫瘠，只有靠人工肥料来补充，于是化肥无节制的使用，形成农田径流对水体的污染和农作物品质的退化。从这个根本意义上讲，污水厂污泥回归农田是其正常归宿。
在国外，污泥土地利用的比例是很高的，欧洲很多国家超过50%的污泥回归土地得到利用，在北欧如芬兰等国家中，这个比例甚至达到80%，而且仍在逐年提高。
4、农业面源控制
?现代化的农业和养殖业对水环境产生了深远的影响超过现代工业对自然水环境的影响。
我国长江和黄河发源地农牧业过度活动，影响到了整个长江和黄河流域的水环境。
?农业正在成为我国也是地球上最大的污染源
滇池、太湖和巢湖等地区，湖泊周围大量的水田，是富营养化元素氮磷的主要来源。
北京市近郊畜禽养殖场排放的有机污染物为全市工业和生活废水所含有机污染物总量的3倍。
?农业面源控制主要措施
a.积极发展节水农业，减少农业用水和弃水的污染。
b.积极鼓励施用污泥生物肥料和有机肥料，减少化肥施用。
c.对养殖场污水和粪便进行处理、综合利用。
5、雨洪调蓄在没有大规模城市化的时候，降雨通过大面积的绿地、植被等渗入地下，形成地下径流，慢慢流入河流，既避免了洪水灾害，又可以使得在缺水季节可以利用这些截留下来的雨水，缓解水资源的不足。但是，随着城市化进程的加快，城市中不透水面积如路面、房顶等急剧增加，使得降雨形成径流的速度和峰值远远高于城市化之前，降雨既得不到利用，又形成洪水灾害。因此，对于雨洪应该加以调蓄利用。上游地区利用大量的洼地、草坪、植被等尽量截流雨水，城市中应该加大绿化覆盖率，建设滞洪区，利用房屋、路面等收集雨水，储存于地下、建筑物之间，通过净化加以利用。综上所述，通过节制用水、污水深度处理有效利用、污泥土地利用、面源污染控制与雨洪调蓄，争取尽早达成水的健康社会循环，恢复和维系良好水环境，是能够实现水资源的可持续利用。对于深圳而言，城市中水道系统的建设将是建立水健康循环的契机和有效手段，希望深圳市水务工作能够结合城市水生态环境建设，建设良好的水生态空间，以水资源的可持续利用保障深圳社会经济的持续发展。专家简介：张杰，中国工程院院士，1962年毕业于哈尔滨建筑工程学院（现哈尔滨工业大学），1983年留学日本大阪大学，获工学博士学位。现任中国市政工程东北设计研究院名誉院长，哈工大、北工大教授，建设部科技委委员。曾主持和完成城市重大给排水工程设计数十项。在国内外首次提出生物除锰机制，使我国在该领域研究跃居国际先进水平；开发和设计了我国首座城市污水再生水厂——大连市春柳污水再生水工程，获建设部科技进步一等奖。研制了“厌氧—好氧活性污泥法”和污水再生全流程；提出了“水环境恢复理论”，带领众多博士研究生进行“水健康循环”的研究工作，主持了深圳特区城市中水道系统规划。
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