摘要：水資源短缺問題已在一定程度上制約了社會經濟的發展，開展城市污水處理廠二級出水再生利用，實現水資源再生循環，對促進社會經濟可持續發展具有重要意義。但污水再生利用存在的化學、微生物和生態安全問題，已引起社會的廣泛關注和重視。本文將從再生利用的必要性和緊迫性、深度處理技術及其經濟可行性、安全評價體系等方面對其進行全面討論。
　　關鍵詞：城市污水，深度處理,再生利用，安全性
　　
　　1．引言
　　隨著社會經濟的快速發展和環境污染的加劇，我國城市缺水問題尤為突出。據統計，全國669個城市中，400個城市常年供水不足，其中有10個城市嚴重缺水，日缺水量達1600萬立方米，年缺水量60億立方米，由于缺水每年影響工業產值2000多億元人民幣。與城市供水量幾乎相等的城市污水就近可得，易于收集，再生處理比海水淡化成本低廉，基建投資比遠距離引水經濟。城市污水經凈化處理后，可以用作綠化用水、工業冷卻水、環境用水、地面沖洗水和農田灌溉水等，其作為城市的第二水源已成為一種必然趨勢，但微生物和化學安全性是其回用的關鍵問題和最大障礙，已引起社會的廣泛關注和重視。
　　2．必要性和緊迫性
　　2.1我國水資源現狀
　　我國水資源的總量為2800億m3，人均水資源僅為世界平均水平的1/4，是一個水資源貧乏的國家。按1997年人口統計，人均水資源量為2220立方米，預測到2030年人口增至16億時，人均水資源量將降到1760立方米。按國際上一般承認的標準，人均水資源量少于1700立方米為用水緊張的國家.同時我國水資源存在時空分布的不均勻性，南方多北方少，與我國當地人口、耕地資源和經濟布局不相匹配。北方嚴重缺水，同時南方也出現水質型缺水。因此，我國未來水資源的形勢是嚴峻的，水資源的短缺在一定程度上制約了我國社會經濟的發展[1]。尤其是我國的北方城市更是如此。
　　2.2水環境污染加劇
　　隨著我國工業化和城鎮化進程的加快，水環境進一步惡化。全國水土流失面積367萬平方公里，占國土面積的38％。城市污水和工業廢水處理設施落后，對廢水排放控制不嚴，導致城市周圍地表和地下水源受到嚴重污染，全國近一半河段和九成的城市水域受到不同程度的污染，可供利用的水資源急劇減少，部分城市出現水質型缺水，供水資源需矛盾突出。全國地下水多年平均超采量約74億立方米，已形成164個地下水超采區，致使地下水位大幅度持續下降，出現地面沉降、海水入侵、河道斷流、湖泊干涸等問題，生態環境日趨惡化。同時用水效率低下和用水嚴重浪費現象并存。全國農業灌溉水的利用系數平均約為0.45，而先進國家為0.7甚至0.8。全國工業萬元產值用水量是發達國家的5～10倍，工業用水的重復利用率為30%～40%，而發達國家為75%～85%。多數城市輸配水管網和用水器具漏水損失達20%以上[2]。
　　3．深度處理技術
　　城市污水再生利用技術主要是去除二級處理過程中不能去除或不能完全去除的污染物和病原微生物。在水污染治理戰略目標與技術路線方面，許多國家進行了重大調整，水污染治理的戰略目標已從傳統意義上的“污水處理、達標排放”轉變為以水質再生為核心的“水的循環再用”，已從單純的“污染控制”上升為“水生態修復和恢復”，不再建設傳統意義上的城市污水處理廠，而代之以“污水再生廠”[3]。尤其是水環境污染的加劇、水資源的緊缺、新型水轉播疾病的爆發和大量有毒有害有機物的檢出，加快了城市污水再生利用技術的研究和應用。
　　國內外再生水處理技術的發展,一是城市污水處理廠普遍采用以除磷脫氮為重點的強化二級生物處理技術，并增加三級處理流程，包括多種類型的過濾技術和現代消毒技術；二是采用當代高新技術如微濾、反滲透、膜生物生物反應器和高級氧化技術等，使處理后的再生水達到市政雜用、生活雜用、園林綠化、生態景觀、工業冷卻和工藝用水、回注地下水、發電廠鍋爐補給水等多種用途要求[4]。目前城市污水深度處理的方法主要有常規處理、活性炭吸附、生物處理、膜分離、土地處理以及臭氧等高級氧化處理及其集成技術。
　　3.1常規處理工藝
　　常規處理工藝是指混凝、沉淀、砂濾，以去除污水中懸浮物、濁度和殺滅水傳染病菌，提高對有機污染物、濁度、磷和等營養物質及其他溶解性物質的去除率，改善出水水質，具有投資少、設備簡單，維護操作易于掌握，處理效果好等優點[5]，但難以徹底去除水中病原微生物、有毒有害微量污染物等，以保證出水的安全性。其作為一種常用水處理技術，一般可作為市政雜用、綠化等用水以及預處理技術。如北京高碑店污水處理廠和青島市海泊河污水處理廠均采用此法，其出水主要回用于工業冷卻、市政和生活雜用等。
　　3.2生物接觸氧化技術
　　生物接觸氧化技術就是指利用固體界面固定高效工程菌,去除水中污染物的一種水處理技術。生物接觸氧化技術廣泛應用開始于上世紀六十年代，尤其是各種生物填料不斷問世促進了它的發展，將其廣泛應用于廢水和飲用水處理等領域。清華大學開展了以陶粒為填料的接觸氧化法對污水進行深度處理的研究，結果表明該工藝在水溫15～25℃下能有效去除COD，同時對濁度、色度、嗅味等也有理想的處理能力，出水達到工業用水標準[6-7]。
　　3.3活性炭
　　20世紀50年代后期，由于歐洲水污染問題加劇，歐美相繼開展了活性炭在污水深度處理中的應用研究，從而使生物活性炭技術（BAC）在歐美得到普遍發展和應用，結合并優化了生物降解和活性炭吸附兩個過程，對多種廢水處理顯示了良好的去除效果，能有效地改善出水水質[8-9]。另外一些日本研究學者經過試驗后，又提出了生物粉末活性炭技術BPAC（BiologicalPowderedActivatedCarbon）。它主要是和微濾系統進行組合形成BPAC-MF（Microfiltration）系統，BPAC作為微濾的前處理系統，以提高微濾的水處理量，并延長濾膜的使用壽命[10]。美國21世紀水廠就是采用了活性炭深度處理技術對二級出水進行處理并將出水回灌于地下，研究結果表明活性炭處理技術能有效地去除COD，同時對一些難降解的有機物也有很好的去除效果。
　　3.4膜分離技術
　　近年來膜技術在電子、化工、醫藥、食品等行業的脫鹽、超純水制備、污水處理，以及各種分離純化過程中得到了日益廣泛的應用。目前應用得較多的膜處理技術主要有微濾、超濾、納濾、滲析、反滲透、電滲析等。微過濾可除去沉淀不能除去的包括細菌、病毒和寄生生物在內的懸浮物，還可降低水中的磷酸鹽含量。超濾可除去諸如腐殖酸和富里酸等大分子有機物，反滲透可用于降低礦化度和去除總溶解固體(TDS)。用超濾和反滲透處理二級出水不僅能除去懸浮固體和有機物，而且能除去溶解的鹽類和病原菌等，得到高級的再生水。
　　（一）微濾（MF，Microfiltration）
　　微濾膜工藝是利用微濾膜兩側的壓力差，使水和溶解物透過膜，而截流懸浮物、細菌等。微濾膜的過濾孔徑介于0.05~10μm。微濾膜直接過濾可以獲得良好的濁度去除效果，但對有機物的去除有限，所以通常建議與混凝沉淀或高效過濾連用[11]。當采用高效過濾為預處理工藝時，可取消盤式過濾器。現有微濾在污水處理中主要是用作反滲透前處理，為其運行提供一個安全保障。
　　（二）超濾（UF，Ultrafiltration）
　　超濾膜工藝是利用超濾膜兩側的壓力差，使水、離子和小分子透過膜，而截留水中的有效直徑在0.005-0.1微米內的細菌、病毒、膠體微粒和分子量在5000~150000道爾頓范圍內的蛋白質、各類酶等大分子。超濾膜的過濾孔徑介于0.002~0.2μm。超濾膜的材質包括聚丙烯晴、聚醚砜、聚砜等，制成中空纖維式膜、卷式膜或管式膜，廣泛應用于地表水、海水及廢水。與微濾相比，超濾的孔徑更小，對污染物的去除率更高。將超濾膜技術用于污水處理廠二沉池水的深度處理，可以完全脫除水中的細菌和大腸桿菌，有效地清除其中的懸浮顆粒，并在一定程度上降低BOD、COD、總氮和總磷等污染物的濃度[12]。
　　（三）反滲透（RO，ReverseOsmosis）
　　反滲透膜工藝是利用半透膜兩側的壓力差脫除水中的鹽類和低分子物質，截流物包括無機鹽、糖類、氨基酸、BOD、COD等。反滲透膜的孔徑介于0.005~0.0005μm。目前反滲透技術已應用到城市大型海水淡化水廠、純凈水制取、污水再利用以及改善工業供水等領域。在反滲透深度處理城市污水工藝中，以美國加州橘縣21水廠最具代表性，該廠采用超濾（微濾）+反滲透組合工藝對三級排水進行反滲透處理，產品水回注地下以防止海水倒灌和補充地下水。在我國，天津開發區泰達污水廠建有日處理規模為1萬噸的微濾-反滲透城市污水再生利用綜合示范工程，出水回用于小區。
　　3.5臭氧活性炭工藝
　　臭氧是一種強氧化劑，氧化能力僅次于羥基自由基，可以有效去除水中的有機物、脫色除味，改變水中有機物的結構，提高可生化性，而且臭氧消毒效果也非常好,不僅對細菌有效，對于病毒甚至一些氯氣消毒無效的原蟲類致病微生物（如賈第蟲、隱孢子蟲等）也具有很好的滅活效果[13]。臭氧活性炭工藝是將高級氧化和生物技術有機結合，即先進行臭氧氧化以提高其可生化性，然后再經過后續生物處理將其進一步礦化，以減少處理成本，在飲用水和城市污水的深度處理得到了廣泛應用。臭氧生物活性炭建設費用和運行費用都較低，環境友好、管理方便，具有良好的性能價格比。
　　4.水質安全性
　　由于城市污水來源的廣泛性和復雜性，回用水中既有水中原有的污染物，又有降解中間產物，污染物種類及其毒性十分復雜，常規水質指標不能真實反映水質污染情況。因此，水質評價指標體系不僅包括常規水質指標、致病菌種類和數量、有機和無機污染物種類與數量，還應考慮生態毒性和健康安全[14-17]。目前生物測試(bioassay)技術研究和應用為生態毒理學和環境風險評價研究提供了一項重要手段[18-19]。Ottoboni等考慮到污水對飲用水水源的污染，對其進行了動物毒性試驗，一組大鼠專門飲用污水，對照組飲用自來水，結果發現飲用污水的雄性大鼠腎上腺比對照組明顯減少，腫瘤發生率高達2%。Pelon等沿密西西比河6個采樣點采集53個水樣，直接測試其致突變性，結果表明51%樣品誘發一種或多種菌株回變。Rappapport等發現6個污水處理廠污水的陽性提取物主要在堿性和中性部分。我國CDC環境所馬新芳教授曾采集某污水處理廠原水和二沉池出水，進行Ames試驗，結果均為陽性，并且致突變性的強度隨季節變化[20]。隨著回用對象的多樣性和水質要求的提高，現行的再生利用標準將不適應發展的需要。借鑒國內外城市污水回用的成功經驗、科研和檢測技術的發展，應建立城市污水再生利用安全評價體系和相關標準，以保障公眾身體健康和生態安全。
　　5．經濟分析
　　污水再生利用的效益主要體現在節約供水、環境效益和經濟效益三個方面，如降低給水處理和供水費用；減少城市污水排放及相應的排水工程投資與運行費用；改善生態與社會經濟環境，促進工業、旅游業、水產養殖業、農林牧業的發展；改善生存環境，促進和保障人體健康．減少疾病，特別是致癌、致畸、致基因突變危害；增加可供水量，促進經濟發展及避免缺水造成的損失。雖然其直接經濟效益相對較差，但隨著污水再生利用技術的發展，水資源費、飲用水價格的提高，尤其是水資源的緊缺和相關政策的引導，其具有更大的市場潛力和經濟優勢，社會效益和經濟效益將日益顯現。
　　6．發展與展望
　　開展城市污水再生利用具有重要的現實意義和技術經濟可行性，為保障其再生利用過程的安全性，推動和加快其發展步伐,相關研究如污水處理與再生利用過程中的化學與生物安全保障技術,污水再生利用安全保障指標體系和標準的制定等等要加快研究,從而引導用水單位積極利用再生水資源,促進水資源的合理開發利用。
　　
　　
　　
　　參考文獻
　　[1]中國工程院,中國水資源報告（第1卷）—《中國可持續發展水資源戰略研究綜合報告及各專題報告》.北京：中國水利出版社，2001.12.
　　[2] 石玉波，城市化地區水資源問題及其對策.北京水利，2001（1），19-20
　　[3] 聶梅生.美國污水回用技術調研分析.中國給水排水,2001,17(9):23-25.
　　[4] 張世軍,謝剛.膜集成污水再生技術.甘肅環境研究與監測.2002,16(4):278-281.
　　[5] 姜應和,張發根.混凝法在城市污水強化處理中的應用.中國給水排水,2002,18(3):30-32.
　　[6] 徐袁春.生物填料技術在污水回用中的應用.清華大學碩士論文（1988）.
　　[7]邸凱迎.用于污水深度處理回用的生物填料反應器工藝研究.清華大學碩士論文（1988）.
　　[8] 胡靜,張林生.生物活性炭技術在歐洲水處理中的應用研究與發展.環境技術,2002,(2):33-36.
　　[9] 蘭淑澄.活性炭水處理技術.北京:中國環境科學出版社,1999.
　　[10] GyrTaeSeo,YutakaSuzuki,ShinichiroOhgaki.Biologicalpowderedactivatedcarbon(BPAC)microfiltrationforwastewaterreclamationandreuse.Desalination,1996,(106):39-45
　　[11] 莫罹,黃霞.混凝-微濾膜凈化微污染水源水的研究.給水排水,2001,27(8):16-19.
　　[12] 仇付國,王曉昌,紀海霞.城市污水超濾再生處理效果及安全性評價.環境污染治理技術與設備.2004,5(2):56-59.
　　[13]FacileN,BarbeauB.EvaluationbacterialaerobicsporesasasurrogateforGiardiaandCryptosporidiuminactivationbyozone[J].WaterRes.2000,34(12):3238～46.
　　[14] 胡洪營,魏東斌,董春洪.污／廢水的水質安全性評價與管理.環境保護,2002,11:37-38.
　　[15] 仇付國,王曉昌.污水再生利用的健康風險評價方法.環境污染與防治,2003,25(1):49-51.
　　[16]A.M.VanDijk-LooijaardandJ.VanGenderen.Levelsofexposurefromdrinkingwater.FoodandChemicalToxicology.2000,38:S37-S42.
　　[17] F.X.P.VANLEEUWEN.SafedrinkingwatertotheToxicologist’sApproach.FoodandChemicalToxicology,38(2000),S51-S58.
　　[18] 周慶祥.江桂斌.卵黃蛋白原的分離測定及其在環境內分泌干擾物篩選中的應用.化學進展,2003,15(1):67-83.
　　[19] 萬斌.生態毒理學中生物標志物研究進展.國外醫學衛生學分冊,2000,27(2):110-114.
　　[20]馬欣芳.城市污水致突變活性及其土壤凈化.衛生研究,1988,17(6):14-17.