再生水用于城市景觀水體的案例分析
1.城市景觀水體與再生水利用
全面建設(shè)小康社會(huì)的環(huán)境目標(biāo)之一就是促進(jìn)人與自然的和諧,推動(dòng)整個(gè)社會(huì)走上生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。事實(shí)上,環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)成為我國(guó)大部分城市可持續(xù)發(fā)展能力高低的決定性因素,并明顯影響城市對(duì)外部的吸引力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
在生命世界與生態(tài)環(huán)境中,水是最活躍、最具動(dòng)感的環(huán)境要素。在城市系統(tǒng)中,潔凈之水的供給是城市生命力的基礎(chǔ)保障,秀麗景觀與水體的構(gòu)建是良好生活環(huán)境和工作環(huán)境的必要組成部分。缺乏河流與湖泊水體持續(xù)滋潤(rùn)的城市,是不可能具有旺盛生命力的,也是難以長(zhǎng)期生存的。
隨著生活水平的提高,人們不僅渴望清澈長(zhǎng)流的河流以及碧波蕩漾的湖泊水面,而且期望依山傍水、綠蔭常在的居住環(huán)境。景觀水體的建設(shè)和維護(hù)相應(yīng)成為城市基礎(chǔ)設(shè)施改進(jìn)與升級(jí)的重要組成部分。近年來(lái),用于居住環(huán)境美化和生態(tài)環(huán)境改善的非飲用性用水量出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)的趨勢(shì),尤其是住宅區(qū)的景觀環(huán)境建設(shè)和城市周邊的道路綠化。
然而,這些新的用水需求往往不在公共供水系統(tǒng)的原有服務(wù)區(qū)域內(nèi)或供水能力之內(nèi),其結(jié)果是,要么費(fèi)用高,要么缺乏水源。景觀水體的水源與水質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)明顯凸現(xiàn)出來(lái),尤其是缺水城市。因此,有必要發(fā)展再生水,使其成為滿足這些新需求的重要途徑。
將再生水用于城市景觀環(huán)境,其優(yōu)勢(shì)是十分明顯的:
(1)從水資源可持續(xù)利用的角度講,這是一條經(jīng)濟(jì)、合理的途徑,體現(xiàn)了城市水生態(tài)系統(tǒng)的自然修復(fù)、恢復(fù)與循環(huán)流動(dòng),包括物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程和生物過(guò)程;
(2)從使用功能的角度講,可以滿足缺水城市對(duì)于娛樂(lè)性水環(huán)境的需要,還可以將景觀河道作為輸水渠道,提供沿途的城市綠化用水、城市雜用和其他可能的工農(nóng)業(yè)用戶的水源,節(jié)省了長(zhǎng)距離雙管路的投資;
(3)從水源調(diào)節(jié)角度講,可以通過(guò)娛樂(lè)性蓄水池調(diào)蓄水資源在時(shí)間上的分布不均,滿足干旱期的用水需求,同時(shí)通過(guò)改善水的流動(dòng)、蒸發(fā)、移動(dòng)、降水與滲透狀態(tài),間接改善缺水城市的水源涵養(yǎng)條件,從而達(dá)到改善自然氣候條件以及水生態(tài)循環(huán)的目的。
因此,將城市再生水作為城市景觀水體的水源,不僅可以明顯緩解城市的缺水問(wèn)題,而且可以滿足城市對(duì)于娛樂(lè)性水環(huán)境的需求,無(wú)疑是行之有效的污水再生利用途徑。
2再生水用于景觀水體的案例
隨著再生水用于城市景觀水體的研究不斷深入,在"十五"期間,先后在一些城市建成了一系列的再生水用于景觀水體的示范工程,包括天津、泰安、西安、合肥和石家莊等城市。這些城市隨著城市化進(jìn)程的加快與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施,開始對(duì)流經(jīng)城區(qū)的被污染的河道和湖泊進(jìn)行整治,經(jīng)過(guò)污水截流、河道清淤、堤岸砌石等治理工程之后,往往原有河道、湖泊因城市周邊可利用的地表水資源匱乏而變成了無(wú)水河。為改變這一局面,這些城市開始嘗試將污水處理廠的出水進(jìn)一步處理后作為這些干涸或半干涸景觀河道、湖泊的補(bǔ)給水,并且取得了可觀的社會(huì)和環(huán)境效益,這些工程對(duì)我國(guó)再生水用于景觀環(huán)境起到了積極的推動(dòng)作用。現(xiàn)分別介紹幾個(gè)城市的再生水為補(bǔ)充水源的景觀水體工程。
2.1天津
天津市是我國(guó)直轄市之一,環(huán)渤海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心。1999年8月,國(guó)務(wù)院明確了對(duì)天津市的城市定位。天津市要建成北方經(jīng)濟(jì)中心和現(xiàn)代化的港口城市,在全國(guó)率先基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。城市發(fā)展、經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴(kuò)大和人民生活水平提高,對(duì)水資源的需求會(huì)有較大的增長(zhǎng)。
然而,天津是嚴(yán)重缺水城市,人均水資源占有量?jī)H160m3,為全國(guó)人均占有量的十六分之一,世界人均占有量的五十分之一,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界公認(rèn)的人均占有量1000m3的缺水警戒線,屬重度缺水地區(qū)。
為解決天津市缺水問(wèn)題,曾經(jīng)數(shù)次從上游水庫(kù)調(diào)水。1983年引灤入津工程建成通水后,缺水的局面暫時(shí)得到緩解,但引灤供水能力有限,供水保證率較低,1997-2000年連續(xù)干旱,引灤源頭潘家口水庫(kù)蓄水降至死庫(kù)容以下,于2000年不得不再次引黃濟(jì)津。水資源短缺已成為影響和制約天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。
天津紀(jì)莊子再生水廠以紀(jì)莊子污水處理廠出水為水源生產(chǎn)再生水,用于補(bǔ)充生態(tài)居住區(qū)的景觀水體、公建與住宅的沖廁、居住區(qū)雜用水、噴灑道路、園林綠化、工業(yè)區(qū)冶金、化工、造紙、電子等60余家工廠企業(yè)的冷卻水和工藝用水。目前補(bǔ)充生態(tài)居住區(qū)的景觀水體工程已經(jīng)運(yùn)行,從2002年11月到2003年7月,大約20000m3 的再生水補(bǔ)充到人工湖體中,為周圍居民創(chuàng)造了良好的生活環(huán)境,受到居民和專家一致的認(rèn)可。
同時(shí)紀(jì)莊子污水處理廠二級(jí)處理出水將部分回用于市內(nèi)的衛(wèi)津河,以補(bǔ)充該水體的蒸發(fā)損失。鑒于這些回用項(xiàng)目的成功,天津市在近期還將實(shí)施雙林再生水回用工程(2萬(wàn)m3/d)、北倉(cāng)再生水回用工程(2萬(wàn)m3/d)及東郊再生水回用工程(2.5萬(wàn)m3/d),這些回用項(xiàng)目均考慮了一定的景觀環(huán)境回用,預(yù)計(jì)項(xiàng)目完全實(shí)施后,天津的景觀水體將可有較大的改善,可以改變目前市內(nèi)衛(wèi)津河等河道的缺水狀況[1]。
2.2石家莊
"民心河"工程是石家莊市的重點(diǎn)工程,它是一條半人工性河道,自1997年9月動(dòng)工至1999年9月建成,建設(shè)環(huán)城人工河道56.9公里,兩岸新(改)建公園、游園22座,形成水面面積250公頃,新增高標(biāo)準(zhǔn)綠化帶面積140余萬(wàn)平方米……這些,對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)期受高溫干旱困擾的內(nèi)陸城市而言,無(wú)疑起到了彌補(bǔ)天然不足、改善生態(tài)環(huán)境、提高生活質(zhì)量、塑造城市新形象的重要作用。
"民心河"引崗南、黃壁莊水庫(kù)之水經(jīng)石津渠入市,年計(jì)劃引水量達(dá)3058萬(wàn)m3,用水庫(kù)的蓄水作為河道的補(bǔ)給水。但是由于城市化進(jìn)程的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的突飛猛進(jìn),使城市需水量快速上升,受水資源地區(qū)性分布的嚴(yán)重不均衡和近年來(lái)多發(fā)的干旱自然災(zāi)害以及水體污染日益嚴(yán)重等因素的影響,河北省至2001年底,總?cè)彼恳殉^(guò)70億m3,成為全國(guó)缺水最嚴(yán)重的省份,資源性缺水已達(dá)極點(diǎn),使"民心河"面臨缺水的境地。作為全國(guó)40個(gè)嚴(yán)重缺水的城市之一的石家莊市,提出將橋西污水廠的污水經(jīng)深度處理后作為河道的景觀用水的設(shè)想。
石家莊市橋西再生水廠始建于2001年8月,2002年5月完成主要設(shè)備安裝和調(diào)試。本工程主要設(shè)備提供商為法國(guó)Deliman公司。整個(gè)工程靠近橋西污水處理廠,占地11公頃,本工程的原水就來(lái)自橋西污水處理廠。多年來(lái),橋西污水處理廠運(yùn)行良好,出水水質(zhì)穩(wěn)定,較好地起到了控制水體污染、凈化美化環(huán)境,保護(hù)下游水域,保障人民身體健康的作用。
橋西再生水廠生產(chǎn)的再生水主要用于民心河的補(bǔ)充和沿河公園用水。數(shù)據(jù)表明,再生水生產(chǎn)量一般為30,000 m3/d,最大水量為100,000 m3/d。此外,橋西再生水廠和環(huán)衛(wèi)局簽訂用水協(xié)議,該局可以用水車取水,用于道路噴灑和清洗汽車,這一用水量為200-300m3/d。
目前,6公里長(zhǎng)的再生水輸送管道已經(jīng)敷設(shè)完成,可將再生水輸送至民心河西端。預(yù)期2005年,另外一條再生水管道也將敷設(shè)完成,屆時(shí),可以通過(guò)兩個(gè)輸水口向民心河輸送再生水。
2.3合肥
合肥位于安徽省中部,地處江淮丘陵,毗鄰全國(guó)四大淡水湖之一的巢湖,從地理位置來(lái)看,不屬于資源性缺水地區(qū),但由于巢湖水污染嚴(yán)重,加之合肥地下水資源較貧乏,合肥是一個(gè)水質(zhì)性缺水城市。因此合肥市政府推廣分類用水、節(jié)約優(yōu)質(zhì)水資源,是污水再生利用的出發(fā)點(diǎn)和根本點(diǎn)。合肥目前日污水排放量約50多萬(wàn)m3,已建成的王小郢污水處理廠規(guī)模30萬(wàn)m3/d,運(yùn)行平穩(wěn),污水再生利用的水源可靠、保證率高,為實(shí)施污水再生利用奠定了基礎(chǔ)。
2002年合肥市開始著手編寫再生水規(guī)劃綱要并于同年獲得批準(zhǔn),規(guī)劃以《合肥市城市總體規(guī)劃》中各大型居住區(qū)、工業(yè)區(qū)、集中公園綠地及水體為再生利用目標(biāo),確定以工業(yè)循環(huán)水、居民生活雜用水、園林綠化澆灌水以及景觀用水為主要對(duì)象。根據(jù)對(duì)各種用戶的需水量預(yù)測(cè),至2005年污水再生利用量為10萬(wàn)m3/d,至2010年污水再生利用量將達(dá)到26萬(wàn)m3/d,將有效改善合肥市的水環(huán)境,緩解供用水矛盾,優(yōu)化水源配置。
合肥市的自來(lái)水使用量為70萬(wàn)m3/d,目前有王小郢、朱磚井、望塘3座污水處理廠,處理能力為43.5萬(wàn)m3/d,污水處理率已達(dá)60%以上。合肥市再生水回用一期工程于2001開工建設(shè),鋪設(shè)中水管道7.5公里。總規(guī)模為20萬(wàn)m3/d,一期規(guī)模10萬(wàn)m3/d,采用"混凝-過(guò)濾-消毒"工藝,一期工程總投資約8500萬(wàn)元,出水主要用于包河、銀河、雨花塘、黑池壩補(bǔ)充水。2004年9月27日,中水順利通向包河、銀河、雨花塘等環(huán)城景區(qū),改善了城區(qū)河道總體污染狀況,增加城市整體環(huán)境效益。目前,合肥的雨花一塘、雨花二塘、雨花三塘以及包河、銀河均已完成中水更換。據(jù)有關(guān)部門介紹,稍后整個(gè)環(huán)城水系的整體中水更換將從包河分為兩條線進(jìn)行,一條為包河到雨花塘,再到琥珀潭,經(jīng)黑池壩到杏花公園;另一條從包河直接鋪設(shè)管道到逍遙津公園。
今后合肥市的再生水回用項(xiàng)目將逐步承擔(dān)起該市20%的水源需要。根據(jù)計(jì)劃,合肥的再生水回用工程將分東、西線發(fā)揮作用:東線主要滿足合鋼、合化工業(yè)用水的需要;西線主要是向環(huán)城河等景區(qū)提供景觀用水。
2.4西安
位于黃河中游的歷史和文化名城西安始建于3000多年前,西安水資源總量26.66億m3,其中地表水資源總量為21.78億m3。西安人均占有地表水資源僅為310立方米,不足全國(guó)人均占有量的1/7、世界人均量的1/28, 西安市年均降雨量580.2 mm,且主要集中在7-9月份,是水資源極度貧乏區(qū)之一。
西安市的供水能力為172萬(wàn)m3/d,其中地表水資源122萬(wàn)m3/d,地下水資源50萬(wàn)m3/d。西安市2003年的最大日供水量為114萬(wàn)m3/d,人均日用水量100L左右,人均綜合日用水量240L左右。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化水平的不斷提高,預(yù)計(jì)到2010年,全市年用水總量將達(dá)到38.26億m3,與可供應(yīng)水資源量相比,存在12億m3的水資源缺口。但由于城市污水具有水量大、水質(zhì)穩(wěn)定的特征,經(jīng)過(guò)一定的深度處理后,可作為水資源用于工業(yè)冷卻、農(nóng)業(yè)灌溉、市政景觀以及其它行業(yè),這樣可以部分的解決城市水資源緊張的問(wèn)題。
目前西安已建成污水處理廠兩座,總處理能力27萬(wàn)m3/d。鄧家村污水處理廠于1958年投產(chǎn),初期污水處理能力4萬(wàn)m3/d,而后經(jīng)歷了三次改擴(kuò)建,目前二級(jí)處理能力已經(jīng)達(dá)到12萬(wàn)m3/d,一級(jí)處理能力16萬(wàn)m3/d。為了推進(jìn)城市污水再生利用工作,西安市將其中6萬(wàn)m3/d污水處理工藝改造為A2/O與過(guò)濾組合工藝。北石橋污水處理廠于1998年投產(chǎn),設(shè)計(jì)能力15萬(wàn)m3/d,采用DE氧化溝工藝。其余四個(gè)污水廠和再生水工程在規(guī)劃階段。
西安北石橋污水再生利用工程是國(guó)家發(fā)改委2001年五個(gè)污水再生利用示范試點(diǎn)工程之一。項(xiàng)目管理單位為西安市市政管理委員會(huì)。污水再生利用工程的規(guī)模為10萬(wàn)m3/d,工程總預(yù)算為10437萬(wàn)元。根據(jù)計(jì)劃,項(xiàng)目分兩期建設(shè),目前一期工程5萬(wàn)m3/d再生水項(xiàng)目已經(jīng)建成投產(chǎn),項(xiàng)目總投資7100萬(wàn)元。2004年5月正式建成向昆明路地區(qū)3家企業(yè),即西安西郊熱電廠、陜西星王集團(tuán)和西安西化熱電化工有限責(zé)任公司供水,日均用水量分別為6000、800和3200 m3/d左右,日節(jié)約自來(lái)水1萬(wàn)m3。目前又與西安豐慶公園簽訂協(xié)議,準(zhǔn)備為公園提供景觀用水及綠化噴灌用水,湖中換水一次就可節(jié)約30萬(wàn)m3自來(lái)水。
目前,西安再生水供應(yīng)管道鋪設(shè)已從北石橋污水凈化中心→昆明路→豐慶路→環(huán)城西路→西大街→竹笆市,可為沿線周圍企業(yè)、公園、綠化等單位提供工業(yè)冷卻、道路清灑、建筑施工、園林綠化、清洗車輛等項(xiàng)目提供用水。隨著發(fā)展,今后西安市將會(huì)擴(kuò)大再生水管道覆蓋范圍,讓能使用再生水的項(xiàng)目都使用再生水,如清淤后的護(hù)城河、興慶湖等大的用水項(xiàng)目,替代掉目前引用的黑河水資源。
3 影響再生水景觀應(yīng)用的主要因素
由于我國(guó)越來(lái)越多的地區(qū)面臨缺水問(wèn)題,預(yù)期不久的將來(lái),在不增加優(yōu)質(zhì)水源使用量的前提下,再生水會(huì)更為廣泛的應(yīng)用于景觀水體,這不僅緩解了水資源缺乏的現(xiàn)狀,對(duì)于改善居民生活條件,提高人民健康水平,起到了很大的作用。但是,再生水在廣泛推廣過(guò)程中,需要避免一些已經(jīng)出現(xiàn)和可能出現(xiàn)的問(wèn)題。
3.1水價(jià)政策與地下水開采限制
根據(jù)國(guó)內(nèi)再生水工程調(diào)研和我國(guó)的實(shí)際情況,再生水可優(yōu)先用于生態(tài)環(huán)境、景觀環(huán)境和農(nóng)業(yè)灌溉,再用于工業(yè)、城市灌溉和其他市政雜用。在大城市周邊,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以蔬菜等高附加值產(chǎn)品為主,水質(zhì)要求高、用水量不大、輸水距離長(zhǎng),因此農(nóng)業(yè)灌溉并不一定適合,但大城市景觀水體和綠化用水量大,再生費(fèi)用較低,是比較合適的選擇。
盡管再生水用于景觀水體的前景廣闊,但是一個(gè)致命的問(wèn)題,就是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。在一些城市,目前對(duì)公園和小區(qū)使用自來(lái)水實(shí)行一定的價(jià)格補(bǔ)貼,補(bǔ)貼金額隨水價(jià)升高而增長(zhǎng),雖然使用再生水比自來(lái)水便宜,但卻沒(méi)有補(bǔ)貼,影響了用水單位使用再生水的積極性。另一方面,一些城市存在不合理或違反規(guī)定的地下水開采,使再生水失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
因此,改變不合理的補(bǔ)貼政策,適當(dāng)拉大自來(lái)水、自備井水與再生水之間的價(jià)格差,使得自來(lái)水和再生水的價(jià)格比趨于合理,再生水的使用將會(huì)有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益,真正做到優(yōu)水優(yōu)用,提高水資源的利用效率。
3.2富營(yíng)養(yǎng)化與安全風(fēng)險(xiǎn)控制
國(guó)外在開展再生水用于城市景觀水體方面,對(duì)排入景觀水體的氮磷指標(biāo)一般進(jìn)行嚴(yán)格的限制,污水處理廠絕大多數(shù)采用了深度處理工藝,較好地控制了水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。
在衛(wèi)生安全方面,美國(guó)加利福尼亞州規(guī)定,再生水作為非限制性?shī)蕵?lè)蓄水的水源,應(yīng)達(dá)到經(jīng)過(guò)常規(guī)處理的消毒三級(jí)再生水標(biāo)準(zhǔn);再生水用于限制性?shī)蕵?lè)蓄水和允許公眾出入的魚類孵化池蓄水時(shí)應(yīng)至少達(dá)到消毒二級(jí)出水-2.2再生水標(biāo)準(zhǔn);再生水用于無(wú)噴泉的景觀蓄水水源時(shí)應(yīng)至少達(dá)到消毒二級(jí)出水-23再生水標(biāo)準(zhǔn)。
在我國(guó),再生水用于景觀環(huán)境剛剛起步,目前還缺乏系統(tǒng)全面的工程性實(shí)踐。不僅在潛在健康風(fēng)險(xiǎn)研究方面缺乏足夠的支持,而且在水質(zhì)安全保障方面也缺乏系統(tǒng)的研究和總結(jié),在水力控制措施與再生處理程度的匹配以及對(duì)大氣、土壤和地下水的環(huán)境影響方面也研究不多。另外,利用再生水構(gòu)建人工水體或補(bǔ)充天然水體時(shí),水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題需要尋求一種或者多種經(jīng)濟(jì)可行的解決方法。
因此,開展再生水用于景觀水體中的一系列應(yīng)用研究,建立水質(zhì)安全保障體系,監(jiān)測(cè)再生水對(duì)應(yīng)用環(huán)境的短期和長(zhǎng)期影響,建立水體水力控制和水質(zhì)控制管理體系以及提出再生水利用的政策性建議,具有廣泛的社會(huì)效益和重大的經(jīng)濟(jì)效益。
3.3有待進(jìn)一步研究的技術(shù)問(wèn)題探討
針對(duì)上述存在的問(wèn)題,在今后發(fā)展過(guò)程中,城市污水再生利用需要健全的法制保障和全面統(tǒng)一的管理;建立相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn);重視和強(qiáng)調(diào)城市污水處理與再生利用技術(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和策略的匹配,充分考慮安全和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題,并在實(shí)踐中驗(yàn)證和改進(jìn)。
因此,有必要從以下幾個(gè)方面對(duì)再生水的景觀水體利用進(jìn)行深入的研究:
再生水用于景觀水體的水質(zhì)安全保障技術(shù):再生水用作景觀水體可以有以下幾種形式:允許人體全部接觸的娛樂(lè)性景觀水體;允許人體部分接觸或非全身性接觸的娛樂(lè)性景觀水體;不允許人體直接接觸的觀賞性景觀水體及儲(chǔ)水式池塘。需要針對(duì)不同的用途,立足于現(xiàn)有的給水和污水處理技術(shù),整合出成套處理工藝,使再生水滿足景觀水體的要求。
再生水用于景觀水體的水質(zhì)維持與改善技術(shù):結(jié)合水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料,研究水體管理過(guò)程中水質(zhì)維護(hù)和改善技術(shù)問(wèn)題,包括換水頻率和水量、水體的水力控制措施以及控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的措施。
再生水對(duì)景觀水體的環(huán)境影響研究:使用再生水作為補(bǔ)充水源后對(duì)周圍環(huán)境,包括水、氣和土壤會(huì)產(chǎn)生什么影響,需要進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)和研究。
再生水作為補(bǔ)充水的景觀水體的管理研究:通過(guò)不同地域的試驗(yàn)基地的監(jiān)測(cè)研究,歸納出針對(duì)不同氣象條件和地域條件下經(jīng)濟(jì)有效的景觀水體管理方式并且在更大范圍推廣。
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