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王凯军:在水资源有效利用上,人类可以大有作为,中水回用设备,水处理设备

2019-01-20 00:02:57 0人评论 次浏览
中国环保在线 名家论谈】2018年11月16日,由清华大学-北控水务集团环境产业联合研究院主办的新生水及水资源高效利用国际研讨会在清华大学环境学院举行。200余位国内外政府领导、行业专家、水务企业、投资机构及媒体等齐聚一堂,一同围绕新生水及水资源高效利用问题进行深入探讨。研讨会旨在探索应对水资源危机的科技创新路径,推动包括新生水在内的高品质再生水回用、零排放等相关产业升级和发展。会上,清华大学环境学院王凯军教授发表《我国发展高品质再生水战略与处理技术展望》主题报告并指出,在解决中国的水资源危机问题上,新加坡的NEWater模式的经验是我们应该重视并认真借鉴。
  (以下为根据发言内容整理,未经本人审阅)
  生活污水高品质回用需求不可避免
  今年有两件关于水资源的新闻非常引人注目,第一件发生在南非,由于气候变化,水资源缺乏,开普敦市从2月1日起,每人每天的用水量降至50升,其他限水措施还包括:要求人们洗澡时间由原来的两分钟降至90秒、冲厕所次数由原来的每天3次减至1次等。西开普省省长已要求将开普敦水危机宣布为“国家灾难”。第二个新闻是2018年6月,加州州长布朗签署两条新法:规定在2022年加州居民每人每天的用水限量为55加仑,而在2030年下降为50加仑;从2027年起,如果过量用水相关人员将会被受到高达$10000的罚款!这样的用水量要求加州的居民不能同一天洗衣服和洗澡。
  如果说南非开普敦的水危机是天灾,那么美国加州所面临的水危机则是”人祸”其反应了加州在经济发展、人口增长与水资源匮乏之间的矛盾。事实上,一个多世纪以来,加州80%的地下水用于耕种,发展起享誉世界的种植业,圣华金河谷有“世界食品摇篮”的美誉。在这两个新闻的后面,让人民更加感到非常遗憾的是这件事发生在两个对世界的水资源、水环境做出过巨大贡献的地区。南非开普敦是世界首次发明除磷脱氮工艺的城市,有以其城市命名的UCT(University of Cape town)和MUCT工艺。加州在水资源保护与利用上做出过非常重要的贡献,比如我们大家都熟知的二十世纪70年代建立的闻名于世的21世纪水厂将污水处理到饮用水水平,我们知道大家都在搜索的“水银行”的概念,这些都是加州创造的。这些对水资源利用做出重大贡献的地区面临这样的问题,不得不使我们深入的全面审视全球性的危机问题。
  在水资源制约经济发展的条件下,只有进行水资源“开源节流”,才能保证经济的可持续发展。南非和加州对居民用水的限制措施已经使“节流”的作用发挥到了极致,下一步需要挖掘的是“开源”的潜力。在如何解决水资源的问题上,新加坡给了我们非常正面的例子,新加坡水资源长期受制于马来西亚。新加坡决定通过增加非传统水资源,如:海水淡化及污水回用、雨水利用等措施的供给,彻底解决水资源问题,到2060年全部水资源不依赖外部供给,其中新生水用量可以达到55%,从而彻底解决水资源危机问题。新加坡的经验告诉我们人类在水资源利用上是可以有所作为的,关键是我们怎么来做。
  本次会议主题我们是主要讨论城市污水的高品质回用,因为回用已经用的非常广泛了,目前的污水回用主要是将城市生活污水处理成中水,为城市绿化等水质要求不高的功能提供水源。在这些增加水资源供给的措施中,污水回用在产水成本上具有显著优势,且已经在世界上得到广泛的应用。高品质回用主要是饮用水,包括间接饮用和和直接饮用水回用以及在工业生产过程中利用,比如电子产业工艺过程、锅炉补水应用等等方面,今天。我可能更多的集中在直接饮用和非直接饮用的探讨。而将污水回用作为饮用水水源的工程实践案例则相对较少,一个重要的原因是公众对污水回用安全性的担忧。
  但在水资源矛盾进一步加剧的情况下,污水回用作为饮用水源的安全性需要重新审视。以美国休斯顿为例,其主要水源为Trinity河水,在旱季时,50%的径流是上游城市处理后排放的生活污水;而在欧洲,莱茵河下游的国家使用的就是上游国家处理后的污水。有人将这种方式的污水回用称为“de facto reuse”,可以翻译为“事实上发生的污水回用”。换句话说,污水回用作为饮用水源已经在不知不觉中成为了现实。需要注意的是,现有的供水处理设施并不是针对回用水水质设计的,因此,这种污水回用补给饮用水源的方式存在一定安全风险。
  尽管如此,美国环保署对水回用指南里边给出了一些实例,最早纳米比亚饮用水回用是处理完了直接进入饮用水管网。

  这里边DPR和IPR直接饮用和非直接饮用。实际上新加坡现在也是非直接饮用,我们新生水处理完了以后混合到水库里,由水库里再到饮用水厂处理以后再饮用。直接饮用是直接在饮用水池内混合,在美国的城市用的生物处理臭氧+BAF工艺较多,新加坡主要采用的是双膜法工艺。
  新加坡新生水工艺的发展
  在采用工艺新加坡从上世纪70年代就开始了策划和研究,但是,世界高品质水回用工厂---美国的21世纪水厂的投资和运行费用在当时太高,直到本世纪初新加坡才决定在第一座新生水采用双膜工艺,新加坡勿洛新生水厂在2002年建成。而樟宜二期的新生水工艺认为是第二代NEWater主力工艺。前任联合国秘书长潘基文先生在参观北控水务运营的樟宜二厂时就直接品尝了刚生产出来的新生水,并给予NEWater和樟宜二厂很高的评价。

  从污水工艺发展的历史来看,由于处理的对象和需求是不断增加的,这使得流程越来越长,是个渐进式的发展过程。系统长了以后造成了系统的稳定性降低,成本增加,能不能解决这个问题?新加坡在樟宜污水处理厂现在按照二级处理以后加微滤和反渗透的标准流程,樟宜2期试了一个系列的MBR,要想解决这个问题,下一步把生物处理改成MBR,MBR后面直接接反渗透,流程就会在一定程度上缩短,减少环节,可以进一步减少造价。事实上,在樟宜二期建设后完,新加坡准备将二级处理改为MBR。

  新加坡成功应用新生水对中国的意义
  在解决中国的水资源危机问题上,新加坡的NEWater模式有许多经验可以借鉴。
  1、新生水应用安全性问题障碍一:水质安全性问题
  新加坡推广的NEWater再生水模式,在工艺、监测等方面都是针对城市污水处理厂二级出水而设计的,因此具有较高的安全性。NEWater的水质经过了长期的测试检验,如果从2002年算,现在已经有15年以上的经验,NEWater产水检测指标为189项,水质优于WHO指南和USEPA标准。前任联合国秘书长潘基文先生第二次到新生水厂参观,并且,在参观北控水务运营的樟宜二厂时直接用手品尝了刚生产出来的新生水,这事实是一个政治家给公众表态NEWater是安全的,也是对樟宜二厂很高的评价。
  2.新生水应用技术障碍二:新生水技术应用的广泛适用性问题
  新加坡樟宜污水处理厂的核心工艺为活性污泥法,经过二沉池处理的出水就是新生水厂的来水。从樟宜二厂的合同水质要求来看,新生水厂的来水水质要求低于国内的一级A水质,相当于我国的二级标准。因此,中国现有城市污水处理厂的出水具备作为新生水厂来水的水质条件。中国大部分污水处理厂出水可以通过双膜法生产高品质再生水。

  3、新生水应用技术障碍三:双膜技术复杂性问题
  新加坡正在规划和发展的下一代NEWater生产工艺,是通过MBR取代活性污泥+二沉池+超滤膜的现有工艺。不仅仅需要建设双膜法的新生水厂,下一步还要改造污水处理厂,因此对其是复杂的任务。但是在在中国,我们在一级A改造过程中大量使用了膜过滤和MBR,很多采用MBR,总数在全国MBR已经超过了上千万吨,膜过滤也在两千万吨以上。特别是北京、天津等大城市采用了准IV类水的标准,MBR在生活污水厂的应用已经比较广泛,只需要在后段再加上RO就可以生产高品质再生水,从已经采用MBR或膜过滤的污水处理厂升级到高品质再生水厂的投资成本较低。所以对我们国家现节这些厂的应用来讲,应该是水到渠成,应用的广泛性就会非常大,有非常现实的意义。

  4、RO浓水并不会成为推广双膜法的瓶颈
  在中国,RO浓水的问题要区分沿海城市和内陆城市。沿海城市可以参考新加坡的模式,将RO浓水排放到大海中,相比于现有的生活污水处理后排海模式,RO浓水排海不改变排入大海的污染物排放总量。我国52个沿海城市中,极度缺水18个、重度缺水10个、中度缺水9个、轻度缺水9个,近90%的城市存在不同程度缺水问题,推广高品质再生水具有必要性及可行性。
  在内陆城市,RO浓水中因为盐分和其它污染物浓度较高,因此其处理处置方式仍不明确。首先是盐分,目前缺乏盐分指标对生态影响的深入研究,也未发现溶解性总固体、硫酸盐、氯化物等盐分指标环境基准值研究成果。但综合现有的《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)、《生活饮用水水源水质标准》(CJ3020-93)和《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)等标准,应控制RO浓水盐分总固体浓度(TDS)不高于1000 mg/L以避免排放造成的土地盐碱化等问题。以北京为例,自来水平均TDS<200 mg/L,按照樟宜二厂RO水回收率为70%计算,RO浓水中盐类物质TDS<700mg/L;若降低RO水回收率到50%,可进一步降低浓水中盐类物质的TDS浓度。而RO浓水中的其它污染物可以通过打回至污水处理厂中进行处理。借鉴香港的经验,由于利用海水冲厕,香港污水处理厂来水盐浓度为5000-6000 mg/L,污水处理普遍采用活性污泥工艺,含盐污水中的COD、氮磷等污染物可得到有效去除。这些初步的分析表明RO浓水是可以有解决方案的,只要我们再开展深入的研究,应该有信心克服RO浓水的问题。
  新加坡在自然水资源不利的条件下,以自强不息的精神,通过坚持与开拓,在国际上树立了人水和谐的典范模式,也为国际国内解决水资源危机提供了经验和信心。我们将进一步研究双膜法高品质新生水工艺上的特征,为实现中国污水处理高品质回用,解决中国和世界其他国家的水资源危机而努力。
  原标题:JIEI | 王凯军:在水资源有效利用上,人类是可以大有作为的
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