再生之水涵养奥运“龙湖”

-- 清华大学胡洪营教授专访

  水不在深,有龙则灵。

  奥林匹克森林公园,北京城的城市中轴线与自然山水融为一体。龙形的蜿蜒水系,沿着城市的轴线向北盘卧。阳光下,银色的波光如同银龙的鳞甲在绿色的山林间熠熠生辉。

  众所周知,比起许多国际大都市,北京是个缺水的城市。在一年的大部分时间里处于降水少、气候干燥的环境中。在这样一个水资源匮乏的地区,建设一个如此大规模的人工水体,水源从哪儿来?并且通过什么方法让它自己可以运转起来?

  在北京奥运会召开之际,记者走访了清华大学环境科学与工程系教授胡洪营。从奥林匹克森林公园水系水质净化系统的设计、运转到水质检测等相关工作,他都参与了。“为了节约水资源,体现绿色奥运和科技奥运的理念,奥林匹克森林公园主湖及其相关水系主要以清河和北小河再生水厂的高品质再生水作为补充水源。”胡洪营说。

  再生水景观利用需防范健康和生态风险

  所谓再生水,即污水经深度处理后,达到一定水质指标,满足某种使用要求,可以进行有益使用的水。

  为了解决我国水资源短缺问题,目前,再生水已经逐渐开始用于灌溉、景观用水(水体补给)、冲厕、车辆冲洗、消防和工业冷却水等非直接饮用途径。但是,普通百姓对再生水还是心有余悸,毕竟再生水不同于自来水。

  胡洪营表示:“未经处理的城市污水具有病原微生物种类多、数量大,化学污染物种类复杂、浓度高以及水质、水量变化大等特点,如何优化污水再生处理工艺、提高污染物去除效率、保障再生水的水质安全,就成为了污水再生利用的核心和关键问题。”

  再生水中的污染物可分为化学污染物和病原微生物两大类。因此,公园内景观用水的再生水存在两种潜在风险:一是病原微生物引起的健康风险,二是氮磷引起的富营养化和水华暴发风险,即生态风险。

  优化消毒工艺确保再生水水质安全

  生活污水受到人畜粪便污染,由其中的病原体引起的微生物风险通常是再生水利用的主要问题。胡洪营指出:“有效检测和预防病原微生物污染、保障水质安全,是污水再生利用的前提。”

  消毒可以杀灭病原微生物、防止流行疾病的传播,是污水再生处理过程中必不可少的环节,也是保证再生水水质安全的关键措施。但胡洪营说:“在消毒过程中,消毒剂有时会与水中的有机物发生反应,产生有毒有害的消毒副产物,从而增加由化学物质引起的水质风险。”

  如何处理好病原微生物灭活与水质安全的矛盾,成为污水再生处理中面临的重要科学问题。

  氯是再生水消毒中最常用的消毒剂,但在氯消毒过程中产生的有毒副产物会带来一定的水质安全风险。

  虽然病原微生物被控制住了,但是又生成了有毒有害的化学物质,这是我们不想看到的。”

  目前,通过生物毒性评价来评判消毒安全性的研究还很不系统深入,不能满足指导污水消毒实践的需要。针对这种情况,胡洪营带领他的课题组,在国家自然科学基金项目的支持下,研究了氯和二氧化氯消毒对再生水生物毒性的影响及其控制方法,通过优化氯消毒工艺,在控制病原微生物的基础上,减少有毒有害化学物质的生成。

  紫外线消毒是一种新型的消毒技术,但消毒后,病原微生物容易出现死后复活的现象。如何控制紫外线消毒后病原微生物的复活,成为紫外线消毒实践中面临的难题。为破解这一难题,胡洪营领导的课题组又开始了控制紫外消毒后被杀死的病原微生物复活的技术研究。

  “氯消毒和紫外消毒是用得较多的两种方法,不过平时考虑其安全性的并不太多。”胡洪营说:“再生水的利用存在一定的健康和环境风险,但是,只要通过现有技术工艺处理得当,加强管理和水质监控,就能够保证水质安全。”

  利用水生植物净水功能,保障景观水系水质安全

  城市污水经过一级处理(沉淀、过滤),到二级生物处理,再到深度处理(包括混凝——沉淀——过滤、臭氧氧化、生物活性碳、膜过滤等不同工艺),最后经过消毒,成为可用于景观用水的再生水。

  就这样,从污水处理厂出来的再生水,通过管网的运输,最终到达奥林匹克森林公园。

  “到了公园后,景观水体中由氮磷引起的水华是最让人担心的。”胡洪营课题组的工作也跟着再生水从污水处理厂延伸到了奥林匹克森林公园。

  为了确保水系水质,奥林匹克森林公园建设了完善的水质净化系统,包括再生水补水净化人工湿地、氧化塘处理系统、湖水循环处理人工湿地及湖体滞水区助流系统等。“值得关注的是,水生和湿生植物具有的净化功能,在整个奥林匹克森林公园的水质净化系统中起着举足轻重的作用。”

  再生水进入主湖之前首先经过潜流湿地进行第一次净化。潜流湿地的作用就是过滤再生水中无法通过土壤的有害物质,并利用土壤中的某些物质与水中的部分化学元素结合,将有害元素从水中分离出来。

  经过湿地处理的再生水进入生态塘进行二次处理。生态塘中大量种植有净化水体功能的水生植物与湿地植物,通过植物的根系或植物分泌的液体对水体进行净化,同时还可以美化水体环境,营造特殊的湿地景观。经过几次处理,再生水就能作为奥林匹克森林公园水系统的主要补水水源。

  胡洪营兴奋地告诉记者:“通过湿地和水生植物的水质净化作用和抑藻作用,奥林匹克森林公园的水系将成为北京最大的再生水净化自然水系。这一水系的形成,一定程度上解决了北京干旱无水补、下雨留不住的局面。”

  光靠湿地系统处理再生水补水,有些情况下还不能完全达到水质保持的目标,暴雨径流带来的氮磷很难阻挡,也会汇入湖中。“这还需要通过水体的循环处理来保障水质。”胡洪营介绍:“通过水泵将湖水提升到人工湿地和生态塘系统进行处理,一来净化了湖水,二来促使湖水的流动,增加了水体复氧速率,提高了湖水的自净能力,从而有效预防水质恶化。”

  奥运期间,一天测一次

  采访时,记者参观了胡洪营课题组的实验室,看到两个学生正在测水样,一问才知道,那些样品就是采自奥林匹克森林公园龙型水系的主湖。

  “奥运会之前,一周检测一次;奥运会期间,一天检测一次。”他们说。

  胡洪营说:“这样高的频率,是为了能够随时掌握水质的变化。水质一有劣化的迹象,就可以尽早采取措施,防患于未然。”

  他进一步补充:“奥林匹克森林公园景观水系达到的水质标准是水环境质量的Ⅳ类标准。但是Ⅳ类标准的水体中也存在水华暴发的风险。为了及时预测水华,有必要对水质进行严密监控。”

  他们为此制定了一系列预案,例如,氮磷的浓度如果有升高的迹象,可以采取直接净化的方式,投加磷的吸附剂或置换水体;当氮磷达到一定的浓度,有水华出现的迹象时,可以投加抑藻剂来控制藻类的生长。

  再生水利用是值得的

  污水再生利用是胡洪营的主要研究方向之一,他的课题组一半以上的人员从事这方面的研究。

  其实,我国开始再生水的研究较早,“八五”、“九五”都有相关的研究课题和示范项目。而大家意识到再生水的重要性,是最近几年的事。

  胡洪营说:“我们并不仅仅围绕奥运会开展再生水水质安全与保障技术研究。应该说,早在2000年我们已经开始做了相关工作。前期研究成果正好在奥运会期间得到了实际应用。”

  生活污水是一类重要的非传统水源,目前已有许多小区建立了污水再生处理系统,今后小区生活污水再生利用将会有更强的发展势头。再生水可用于小区绿化、冲厕、洗车等,起到缓解水资源短缺压力的重要作用。他指出,尤其是我国北方地区缺水严重,污水再生利用是解决这一问题的一个重要方向,政府应该加大力度推行和实施。

  在再生水的研究中,他最关心的就是安全和水量两个问题,如何有针对性地采用合适的技术工艺来处理污水,以保障再生水的水质安全;如何提高处理能力,以保证再生水的供水量。

  “再生水的利用,不论是从经济上,还是从技术上,都是值得的。首先不用新的水源,随着技术的逐渐进步,经济可行性也会越来越明显。”胡洪营说:“我国推广再生水技术,面临的比较大的问题有几个:一是如何保障水质,技术上还有些问题没有解决;二是如何保证每一个工艺环节的正常运行;三是管网系统,现在建设得还不够;四是水价,经济上可行了,大家自然都愿意用了。”

  来源:《科学时报》2008-08-12

2008年08月18日 10:49:16  清华新闻网

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