上海河道水资源利用与污染防治

刘遂庆

　　水是地球上生命的最重要依赖物质，是人类生存和社会发展的重要条件，是人类文明和全球可持续发展的最基本资源。人类历史上对水的利用和保护活动及付出的代价比对任何其它物资或资源都更多、更悠久、更深入，同时，获得的收益也更多。然而，地球上的任何资源都是有限的，可以供养的生物也是有限的。象其他生物群体一样，全球人口的发展，经过了漫长的演变进化和发展过程，人们不断感受到越来越沉重的人口压力。根据考证，人类出现在300万年前左右，到公元初年，地球上仅约有2.3～3亿人口，大部分居住在亚洲和非洲。至1650年，世界人口才增加到5亿。随着人类社会的发展，逐渐形成了抵御自然灾害和疾病的能力，增强了与其他物种的竞争能力和生存手段，出现了人口快速增长的趋势。到1850年，人口达到了10亿，200年期间，人口翻了1倍。然而，第二个10亿人口的增长，仅用了80年时间，1930年达到了20亿，速率不断加快，1960年达到30亿，1975年达到40亿，1987年7月11日，仅仅过了12年时间，人口达到了50亿，联合国将每年的7月11日定为“世界人口日”，以警示全球。目前，世界人口仍以年增8600万的速度增长，世界人口已经超过60亿。将人口增长过程描绘成曲线，我们可以看到，直到100年以前，曲线的延伸一直十分平缓，以后则陡然上升，令人惊叹。全球有15亿人口缺乏清洁饮用水，发展中国家的大部分河流受到污染，仅中国就有300个城市缺水。这是自然对人类的报复，也是地球无奈的呻吟。水资源的不足和水环境的污染已成为全球面临的首要问题。

1 中国水资源问题现状

　　水资源不丰富，已成为制约中国大多数地区可持续发展的重要因素：中国虽然河川众多，年径流量位于世界第6位，但人均径流量仅为世界平均径流量的1/4，是世界上27个严重缺水的国家之一。在中国600余个城市中有300个城市缺水，其中100个缺水严重。
　　水环境污染严重，加剧了许多地区缺水严重问题：全国河流中有80%以上已受到不同程度污染，大部分湖泊达到富营养化或重富养化程度；对118个城市调查研究，约64%的城市地下水污染严重，33%污染较轻，3%基本清洁。上海市水量丰富，但由于河道水体污染而成为水质型缺水城市。
　　水利用率低，水资源浪费严重：农业用水利用率仅40%～50%；工业用水重复率仅50%～60%，单位产品用水定额高，比发达国家高10倍以上。
　　据中央电视台报道，我国地面水体已有1/3不适于鱼类生长，有1/4不适于灌溉。水体污染已严重损害了生态和农上海的地面水体污染状况亦相当严重，大量的河道水质遭到严重破坏污染而不能开采利用，造成了水环境质量低下、水体功能萎缩和远距离取水的能源和土地浪费，已成为必须解决的重大问题之一。上海为河道网络纵横的水乡，水体面积占全市土地面积的11%，市辖陆域内河道总长度达3000 km以上，是一个水城景观重要标志，也是水运通道和巨大蓄水库，据作者粗略测算，加上淀山湖等湖泊及水库，上海市水体总蓄水量可能超过5亿m³，而受污染的水体容量可能超过70%。通过水环境保护改善陆域中河流水质，可以收到改善居民居住质量和城市面貌的环境效益，同时可以恢复河道的水资源储备功能，解决淡水资源缺乏的问题。上海的污水排放仍是目前河道污染的首要来源。解决河道污染问题，要加大污水处理的直接投入，建立完善的污、废水截流管道系统和污水处理厂，将目前仍未合格处理的近500万m³/d污、废水收集、处理和达标排放，应是解决水污染问题的关键所在。截流管道系统投资和处理厂投资可达数百亿元，污水处理费用按0.60元/m³估计，处理厂运行费用约300万元/d或11亿元/a。这样的投入和代价，将使全市河道污染问题得到较为彻底地解决。

2 水资源保护与可持续发展

　　要加强全民资源保护意识，使人民认识资源保护和发展的密切关系和人与环境的共存思想，将使全人类对环境保护和资源利用达成一致的共识。据有关研究估计，目前全球的环境污染已经影响了人类健康，破坏和浪费了大量的宝贵资源，所造成的损失已超过了30万亿美元，相当于全世界各国国民生产总值的两倍。多年来的经济快速增长，是建立在以牺牲环境为代价的基础上的，必须以可持续发展的思想，确立和完善经济发展和资源环境的关系。
　　在经济发展和工农业生产过程中，要逐步宣传和推行环境成本核算，逐步降低和消除环境经济损失，改变生产经营价值及效益观念。任何生产和建设项目中，每单位产品的污染物排放应计入生产成本，将环境污染处理费加入产品生产成本中：

　　C = ∑Y_i X_i （元/单位产品）

式中　C ––––环境污染处理费，元/单位产品；
　　　Y_i ––––第i种污染物处理单价，元/单位产品；
　　　X_i ––––第i种污染物排放量/单位产品。

　　这样，可以逐步建立和完善资源与环境价值理论和方法，加强经济与环境联动意识，这是可持续发展的基本思想。
　　总结过去的国际经验和教训，环境问题的产生和解决走过了一条马鞍形过程线，环境质量与国民收入及恩格尔指数呈现了如下的关系曲线：

　　且不论该过程是否准确，上海的经济发展现状已经达到了环境恢复的转折点。我们水资源与环境工作者应该积极努力工作，将上海的水环境保护工作做好。

3 水污染控制技术发展和应用

　　控制水体污染，保护水体良好的资源功能，是人类社会可持续发展的一项重要任务。世界上的著名河流、湖泊大多数都经历了严重污染的悲惨过程。发达国家在过去的百年历史中，发展了污水及工业废水处理技术，完善了水处理设施，已较好地控制了水体污染，水环境功能得到了恢复。（我在美国访问时曾听人戏谈，说是五大湖中的水体过于清彻，鱼类及其他水生动物数量因营养不足而减少，这也可能是值得我们注意的另一个环境问题。）城镇污水二级处理率达到90%以上，流域生活污水二级处理率也高达50%以上。集中式污水处理是过去百年中的主导技术方向，最主要困难是管道系统及处理设施投资很大，运行费用很高，在经济发展的初期阶段，实施完整的水污染控制往往是纸上谈兵，难免重蹈“先污染，后治理”的覆辙。而且，处理后的水大部分又需耗费大量费用，实施远距离排放。
　　近年来，人们在寻求更为简便、低耗及更加具有环境要素的水污染控制技术，利用生态技术，使水处理系统更加合理。废水处理后的资源化利用、小区域分散式污水处理越来越受到人们的关注。
　　采取集中或分散式排水体制，近期规划与远期目标相结合的分步实施方针，实事求是，因地因时地制定不同实施阶段的污水排放标准和对城市污水厂的处理程度要求，着眼于去除污染物总量的效率。
　　在我国的一些经济发达城市，应尽量采取集中治理的原则，将分散的资金集中，投资建设大型城市污水处理厂。从我国的技术及管理水平来看，建大型污水处理厂更具有优势，更能发挥其规模效应。
　　在资金缺乏和欠发达地区，可采用简单的技术和较少的投资来解决污水处理的问题。水污染治理工程应根据经济条件分步实施逐步达到最终规划目标，例如采用适合我国分步实施的实用技术，先建AB法的A段，厌氧-好氧法的厌氧段等，待经济条件许可后再扩建成二级处理工艺。污泥处理工艺也应同时实施，充分考虑污泥厌氧消化、湿式氧化、热分解等处理措施，解决污泥处理最终出路问题。
　　地处缺水地区的城市（如我国的北方城市和一些内陆城市），污水资源化问题突出，在这些城市应优先考虑污水资源化利用，合理布局和建设一些区域性污水处理厂，以便就近进行回用。
　　二级处理采用的工艺有：活性污泥法、氧化沟、AB法、SBR法、A/O法、接触氧化法、稳定塘。我国已建成的污水处理厂，有70%左右是采用活性污泥法。目前存在的主要问题有以下几点：
　　· 由于经济和发展规划等多种因素影响，我国一般城市较难实现城市污水集中处理。处理设施稳定性和处理效率不理想，特别是工业废水处理设施和小型处理设施；
　　· 运行费用高，管理机制未完全跟上，因此已建工业废水处理设施与小型污水处理设施的开工率和达标率不理想；
　　· 含高浓度有毒有害污染物、难生物降解的有机废水的处理技术尚未很好的解决；节能、节水型环保产品与设备，以及新型水处理药剂的开发、实用尚不普遍。
　　解决上述问题，应努力研究开发下述的关键技术：经济、高效、低耗的城市污水除磷脱氮技术；难生物降解有机废水处理技术；湖泊、水库的污染防治技术；新型处理设备与技术（膜技术、膜生物反应器、新型生物反应器）。

4　 河道水资源保护和利用

　　上海河道及湖泊水体是一个极为丰富的资源，是工业、农业和生活用水的可靠保障。由于河道污染而失去了大量的水资源，是一项极大的损失。用水区域不能就近取水，又带来了能源和土地的浪费。如果用经济学观点进行深入研究和环境损失经济核算，可能会得出水污染治理和保护的巨大经济效益。如果将废水很好处理后排入河道水体，保持河道的水资源功能，将意味着上海拥有了丰富的水资源，而不再是缺水城市，且处理后的废水得到了有效的重复回收利用，而无须进行远距离的输送和排放。当然，废水处理技术及经济费用的降低是一个亟待研究和解决的问题。
　　城市郊区人口相对分散，采用分散、简易和高效的处理工艺，是可行的工艺技术路线。同济大学正在研究的下述工艺对解决这样的问题具有很好的针对性：
　　· 高效氧化塘：经过预处理的污水或工业废水经过氧化塘处理，达到国家排放标准；
　　· 蚯蚓生物处理：经过初次沉淀池的污水，通过特殊选种和培养的蚯蚓滤床，可有效地去除BOD和COD，且大幅度的降低剩余污泥量；
　　· 土壤生物处理：初次沉淀后的污水经过合理设计的土壤生物过滤工艺，达到排放水质标准。
　　在水源缺乏的地区，采用以下方法将废水进行深度处理，可用于城市绿地灌溉、工业冷却用水或更高级水质要求的用水。
　　· 膜处理技术，如超滤膜、微滤膜或反渗透膜；
　　· 超细包泡上浮法，可进一步去除中有机物及杂质；
　　· 臭氧氧化和活性炭过滤。
　　加强河道水污染控制是有效保护和利用河道水资源的重要途径，对城市可持续发展具有十分重要的意义。