摘要：水污染是21世纪水资源问题中的重大课题之一，且已成为迫切需要解决的问题。针对北京市有关污水问题的现状和处理方法进行论证，并推荐几种目前处理污水问题较为前列的方法，即膜技术，UNITANK技术和生物活性炭技术。且针对这几种方法的优缺点阐述其在北京市的应用范围和发展前景。
关键词：北京市 水资源 污水处理方法
1 解决污水处理问题的必要性
在全世界面临着水资源严重紧缺的今天, 解决污水问题已刻不容缓。该问题已成为国家发展和社会进步的制约因素之一。
北京市属重度缺水地区, 是世界上最严重缺水的大城市之一。北京地区水资源开发利用已接近极限, 全市多年平均降水量595mm, 年可用水资源量41.33亿m3。在节约用水和只提供少量生态环境用水的条件下, 年用水量为40亿m3左右。现状用水的表面平衡是以牺牲生态环境和制约发展为代价的。北京市水资源面临的主要问题是用水迅速增长, 需水量超过水资源的供应能力。部分地区地下水的过量开采, 造成地下水位持续下降、部分生态环境被破坏。由此可见, 对污水或废水通过处理而恢复其使用价值,成为可重复利用的水资源, 从而实现缓解水资源短缺的方法势在必行且尤为重要。
2 水资源污染现状
2.1 地下水资源的污染状况
地下水资源的污染除了受工业和生活污水、污物排放的影响外, 与全市地下水位的大幅度下降也有直接关系。1998年对全市14个区县的40眼井进行的监测结果为:符合Ⅱ—Ⅲ类水质适用于生活饮用水源的井19眼占总监测井数的48%；符合Ⅳ类水质（适当处理可做生活饮用）的井11眼, 占总监测井数的27%；Ⅴ类水质（不宜饮用）的井10眼, 占总监测井数的25%。与1997年相比, Ⅱ—Ⅲ类水质的井数有所减少, Ⅳ—Ⅴ类水质的井有所增加一些地区地下水的总硬度、矿化度、混浊度和氨氮含量等有不同程度的增加, 其中有65%的井被检出氨氮和亚硝酸盐, 说明这些井的水质己受到了污染或正在污染全市地下水质污染有加重趋势。
2.2 地表水的污染状况
全市1997年污水排放量高达12.7亿m3, 其中市区8.9亿m3。监测表明地表水和浅层地下水有一半以上被污染。大量的污水被源源不断地排入河渠。未经处理的污水含有多种有害物质, 造成了化学污染、无机固体悬浮物污染、重金属污染、酸碱污染、油污染、病原体污染等。自然排放的污水严重地污染了河湖的水质, 直接影响了农作物的灌溉, 渗入地下的部分污染了地下水源, 使得可利用的水源逐渐减小, 并形成了环境污染的恶性循环。
北京市多年平均入境水量12.21亿m3, 人境水量是北京市地表水可利用量的重要组成部分, 但入境水的水量和水质状况受上游地区水资源开发的限制。近年来水量减少,水质恶化比较严重, 特别是永定河流域的官厅水库上游,来水量锐减, 水质污染非常严重。这一现状与首都的现代化城市建设目标相距甚远。
3 适合于北京市污水处理的几种方法
3.1 膜技术
膜是一种清洁生产技术, 主要起分离作用。它的功能就是把一种物质和另一种物质分离开。它可以将水中的有害物质分离出去, 使水变成可以安全饮用的水, 可以将废水中的污染成分分离出去, 使污水变成清洁的第二水资源。
膜分离技术是近几十年发展起来的新技术, 近年来发展尤为迅速。然而目前使用的膜绝大多数是人工制造的膜,并按分离过程分为微滤、超滤、反渗透、纳滤等。膜的分离, 简单地说, 就是筛分, 即利用膜表面孔的机械筛分原理, 将不同大小的物质分离开, 达到分离、纯化、浓缩的目的。膜表面孔的大小最大也只有微米级, 最小只有纳米级。膜孔径可以小到将水中的氯离子同纯水分离开。
使用膜技术可以大大提高饮用水质量和安全性, 还可以解决水资源短缺和水环境污染等问题。膜是饮用水净化和纯化的最佳手段, 使用膜可以去除水中的悬浮物、细菌、病毒、热源、有毒金属物质和有机物等。目前膜技术已经广泛应用于矿泉水和纯水厂, 净水器和纯水机也越来越多,成为解决饮用水二次污染和结垢的最佳方法。
目前, 北京的污水处理厂产生的大量达到排放标准的清洁水还没有很好地加以利用。大部分都排人地下管道。这些清洁水若采用膜技术及其相关技术进行深度处理, 则可以达到回收再利用的目的, 既可作为工业冷却水、绿化用水和城市杂用水, 缓解城市用水的紧张状况, 同时还能使城市水资源得以充分利用。
3.2 UNITANK工艺技术
UNITANK又称交替式生物处理池, 其基本单元是由3个矩形池组成(A,B,C池), 相邻池通过公共墙开洞或池底渠连通。3个池中都安装有曝气系统, 可以是微孔曝气头、表曝机或潜水曝气机;外侧2个池(A或C池)设有固定式出水堰及剩余污泥排放装置, 它们交替作为曝气池和沉淀池, 中间的池子(B池)只能作为曝气反应池。另外, 污水通过闸门控制可以进入任意一个池子, 采用连续进水, 周期交替运行, 见图1。
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UNITANK技术的处理工艺流程一般为原污水进入格栅间, 在此拦截污水中飘浮物, 由污水泵提升, 经细格栅进一步去除水中杂质, 进人沉砂池去除砂粒, 然后进入UNITANK池, 混合液经沉淀分离, 澄清液进入接触池加氯消毒(季节性)后排入汪洋沟。剩余污泥经污泥泵送至贮泥池, 经机械浓缩脱水处理后, 泥饼外运。详见图2。
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3.3 生物活性炭技术
生物活性炭(Biological Activated Carbon缩写为BAC)是20世纪70年代发展起来的去除水中有机污染物的一种新工艺。目前这一新工艺已在世界许多国家实际应用于污染水源净化、工业废水处理及再生等方面。我国研究及应用生物活性炭技术已有20多年的历史。虽然对其机理的解释在国内外尚不统一, 但在实际应用中它显示出的优越性是众所公认的。
近年来, 由于附着生物膜的活性炭处理水的实例逐渐多起来, 因此, 生物活性炭(BAC)技术可定义为利用具有巨大比表面积及发达孔隙结构的活性炭, 对水中有机物及溶解氧有强的吸附特性, 以及将其作为载体, 是微生物集聚、繁殖生长的良好场所, 在适当的温度及营养条件下, 同时发挥活性炭的物理吸附作用和微生物生物降解作用的水处理技术, 或称为生物活性炭法。
由于BAC法结合了生物降解和吸附2个过程, 对于去除非离子合成表面活性剂(NISS)非常有效。主要体现为微生物活动对活性炭起到了生物再生作用, 其比例可达到20%-24%;活性炭也减轻了废水中有害物质对微生物的影响。
上述3种方法在北京市有很大的发展潜力和广阔的前景。目前, 在水资源严重紧缺的情况下, 使污水回收再利用是至关重要的。南水北调工程的实施对北京的缺水现状在一定程度上有很大缓解, 但是如果再充分发挥自身的调节能力, 将会使北京严重缺水现状在很大程度上得到改善。
4 前景展望
北京为迎接2008年奥运会, 近几年的市政建设任务很重, 对水的处理应进行超前考虑、综合规划、尽早完善。
(1)膜技术本身是一种较为先进的清洁技术, 它可将清洁的废水进行净化。北京市拥有几十所大专院校以及大量的商场和商业单位。它们所排放出的生活废水若用膜技术加以处理, 可起到减少污染、净化并回收再利用的效果。
(2)一级或多级UNITANK工艺与传统活性污泥法相比, 它具有以下特点可不设回流污泥系统及沉淀池刮泥机, 投资低, 同时由于设备种类较少, 便于维护管理, 降低了日常检修费用, 根据进水水质和出水水质要求调整运行周期和时序, 在曝气期内设置非曝气阶段, 可形成厌氧、缺氧和好氧交替状态, 实现除磷脱氮功能, 运转灵活采用矩形池结构, 生物池共用隔墙布置, 可节省土建费用和工程建设用地系统为连续运行, 并且其容积和设备利用率高等优点。而且较适用于中小型污水处理厂。北京结合当地情况, 因地制宜并采用UNITANK技术进行运作, 则可以进一步解决工农业污水污染问题。
(3)有机物污染一直是各国研究的主要水污染问题。生物活性炭同样是一种新兴的净化污染水源, 处理工业污水及再利用的先进技术。目前, 国外较多国家采用此方法来处理工业、农业污水以及净化生活废水, 以补充和扩大有限的水资源。此方法具有提高活性炭的吸附容量和通水倍数, 大大延长活性炭使用周期, 降低活性炭再生成本运行稳定, 去除率高等特点。
北京市水资源目前面临的主要问题是不但水资源本身短缺, 而且更重要的是水源受到不同程度的污染。工业所排放出的污水含有大量的有机物, 使用有机化肥后排放出的农业污水同样含有有机物, 利用生物活性炭技术与其他方法加以辅助, 对其进行深度处理, 可使污染水水质达到回用水水质指标。
作者简介：张久川（1978-）, 男, 硕士研究生。
来源：《北京水利》2005.6