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【www.hokkaido-dancers.com南京純水設備】迄今為止，氮磷引發(fā)的水體富營(yíng)養化及水生態(tài)健康惡化、合流制溢流污染控制等問(wèn)題，并沒(méi)有取得徹底的有效解決；與此同時(shí)又出現了新問(wèn)題和挑戰：新行微量污染物質(zhì)不斷被發(fā)現，凈水處理工藝面臨消毒困境，污水處理工藝對某些污染物質(zhì)處理效力有限等。

隨著(zhù)環(huán)境分析技術(shù)及環(huán)境健康研究的深入，在水環(huán)境及飲用水源中不斷發(fā)現了“新”污染物質(zhì)，如持久性有機物、內分泌干擾物、醫藥品及個(gè)人護理品等，這些污染物濃度低（以mg/L或ng/L計）、難以降解，具有環(huán)境持久性和生物累積性，南京工業(yè)純水處理設備對人類(lèi)健康及生態(tài)系統存在潛在風(fēng)險，在研究領(lǐng)域引發(fā)普遍關(guān)注。這些污染物質(zhì)來(lái)源于工農業(yè)生產(chǎn)和日常生活，通過(guò)多種途徑進(jìn)入水體和土壤環(huán)境，多數并不能被常規污水處理工藝有效去除，目前即便是深度處理工藝也對其去除效果有限且存在著(zhù)較大差異。同樣地，給水處理工藝對部分這類(lèi)新型微污染物質(zhì)不能有效去除，有報道一些污染物在給水廠(chǎng)出廠(chǎng)水中被檢出。

在凈水處理方面，人們發(fā)現替代氯的新消毒劑氯胺和臭氧同樣也有消毒副產(chǎn)物的問(wèn)題，如NDMA和溴酸鹽等。即便河流中人工合成化合物的濃度很少能超過(guò)十億分之一的級別，但是難免會(huì )有某些人工合成化合物或天然有機物會(huì )與消毒劑發(fā)生反應，產(chǎn)生可能比其本身更加危險的誘變劑或者致癌物，威脅人類(lèi)健康。而為徹底消除這些痕量污染化合物的影響，繼續在原有水系統框架下增加深度處理單元升級污水處理廠(chǎng)或凈水廠(chǎng)都將耗資巨大，一些研究者開(kāi)始思考是否有必要重新考慮城市水系統的基本模式。

城市水系統研究進(jìn)展

近些年在城市水系統的研究領(lǐng)域，具有創(chuàng )新意義的研究方向主要有以下方面。

1、可持續的污水處理系統

上世紀60年代美國提出了具有超前思維的“21世紀水廠(chǎng)”概念，即將污水處理標準提升至飲用水標準。1975年加州橙郡日處理量約39萬(wàn)t的21世紀水廠(chǎng)開(kāi)始運行，將傳統處理工藝的出水，再通過(guò)微濾+超濾+紫外消毒處理后注入地下含水層、實(shí)現間接飲用的目的。這一勇敢的嘗試對污水再生利用產(chǎn)生了深遠的影響。本世紀初新加坡也研發(fā)了傳統生物處理加雙膜法的工藝，生產(chǎn)的新生水“NEWater”能間接用于飲用水，計劃2030年NEWater能滿(mǎn)足50%以上的供水需求。

20年前歐洲提出了可持續污水處理的理念，提出污水處理的目標應從簡(jiǎn)單的削減污染物實(shí)現水質(zhì)達標向能源化資源化的可持續方向發(fā)展。2008年荷蘭應用水研究基金會(huì )（STOWA）提出了“NEWs”（Nutrient + Energy + Water factories）一詞，表示可持續理念下的污水處理廠(chǎng)是營(yíng)養物、能源和再生水三位一體的生產(chǎn)工廠(chǎng)；并研發(fā)了眾多引領(lǐng)世界的新技術(shù)，如厭氧氨氧化、好氧顆粒污泥、反硝化除磷與磷回收等。因為磷作為資源的稀缺性和排入水體會(huì )造成富營(yíng)養化的問(wèn)題，目前磷的回收在荷蘭已經(jīng)較為普遍，除此外他們還在嘗試其他資源的回收，如回收纖維素加工成為修路材料的Geestmerambacht污水廠(chǎng)，回收海藻酸鹽胞外聚合物EPS的Zutphen污水廠(chǎng)，采用PHARIO（荷蘭語(yǔ)“PHA uit RIOolwater”的縮寫(xiě)）技術(shù)生產(chǎn)生物塑料PHA（羥基脂肪酸酯）等。2013年Dokhaven污水處理廠(chǎng)碳中和率達到了115%，標志著(zhù)其在能源回收方面也取得了較大進(jìn)展。

2014年曲久輝院士等6位專(zhuān)家提出了“建設面向未來(lái)的中國污水處理概念廠(chǎng)”的新命題，其新目標分別為水質(zhì)可持續、能源回收、資源循環(huán)和環(huán)境友好等四方面。2015年座城市污水資源概念廠(chǎng)落戶(hù)宜興市，日處理規模2萬(wàn)t，以“碳磷高效分離+主流厭氧氨氧化+精處理”為主體工藝。

2、以源分離為核心的生態(tài)排水系統

糞便和尿液約占到市政污水氮磷營(yíng)養物質(zhì)總負荷的90%以上，近代以來(lái)的水系統將糞便、尿液和其他污水混合后處理排放，一般地仍有約20%的氮、5%的磷及90%的鉀最終流失在水體中，影響著(zhù)水生態(tài)系統健康。南通純水處理設備同時(shí)阻斷了糞便和尿液中的營(yíng)養物回歸土壤，特別是在污泥回用于農田也受到限制的情形下，從而打破了氮磷營(yíng)養物質(zhì)的自然循環(huán)，而另一方面人類(lèi)卻需要消耗礦物資源來(lái)合成農業(yè)生產(chǎn)所需的化肥。

考慮到上述挑戰，20世紀末瑞典、德國、瑞士等國學(xué)者相繼提出以源分離為核心的生態(tài)排水系統，提出在居民住宅內將糞/尿與生活雜排水分別收集后，再通過(guò)分散或組團式的物理或生態(tài)技術(shù)（如濕地）進(jìn)行處理及資源和能量的回收利用。與傳統的統一收集、統一處理的模式相比，這種方式可有效地提高資源的回收效率，同時(shí)也便于回收資源就地回用于景觀(guān)環(huán)境（如圖5所示）。目前這種新型模式在技術(shù)及管理方面還有待于更進(jìn)一步的研究和工程實(shí)踐。上文提到的古羅馬的水系統就是一種初級的源分離模式。

也有研究甚至提出新型馬桶，直接就地將人體排泄物轉化為干凈的水、能源和營(yíng)養物質(zhì)，如1939年瑞典研制開(kāi)發(fā)的室內堆肥廁所、英國克蘭菲爾德大學(xué)的納米膜馬桶和“蓋茨馬桶”等。

3、新型生態(tài)系統處理技術(shù)

盡管基于物化生化原理的人工強化技術(shù)在不斷升級，但同時(shí)依賴(lài)于原始生態(tài)系統的處理技術(shù)也并沒(méi)有被摒棄，而是積極地應用在某些特定的情景下，如空間比較充裕的地方。相對前者后者具有以下優(yōu)勢：低能耗、低成本、不需大量使用化學(xué)品、不會(huì )產(chǎn)生有害副產(chǎn)物；能有效去除絕大多數有機污染物、氮磷和金屬污染物；能較好地應對沖擊負荷等。其不足主要是需要更多時(shí)間和空間，處理效果的穩定性受到季節的影響；需要專(zhuān)業(yè)的設計和運行管理人員；需要考慮重金屬、有毒化學(xué)品對于土壤、地下水及生態(tài)系統的長(cháng)期影響等。目前美國仍有約800多個(gè)慢速滲濾場(chǎng)、300多個(gè)城市快速滲濾系統和大約50個(gè)表面徑流處理系統等土地處理系統在運行。另外還有法國的馬克斯-普朗克學(xué)會(huì )流程（即4~5個(gè)表流及潛流濕地的串聯(lián)系統）和加拿大的“活機器”處理系統等。

4、組團化分散式的水系統布局模式

傳統城市水系統收集、輸送及處理模式的規模趨向于越來(lái)越大，主要考慮規模擴大的經(jīng)濟性，其次也有便于管理等方面的考慮。南京反滲透純水處理設備而從便于污水再生利用的角度出發(fā)，小規模的組團化、分散式的污水處理設施布局模式在整體的技術(shù)經(jīng)濟性、投資風(fēng)險控制等方面較大集中式的傳統布局模式表現出越來(lái)越明顯的優(yōu)勢，目前主要在水質(zhì)安全風(fēng)險控制、運行管理等方面還存在一些障礙。

城市水系統隨著(zhù)城市社會(huì )經(jīng)濟及技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，滿(mǎn)足了城市對水的各種功能需求。在工業(yè)文明的背景下，其發(fā)展的歷史是以集中式、大規模、以灰色基礎設施為主導的：服務(wù)范圍和設施規模不斷擴大，處理工程技術(shù)也不斷精細化復雜化，但是新問(wèn)題新挑戰依然存在，這些問(wèn)題促使我們對水系統有了更深入的認識：盡管科學(xué)進(jìn)步使城市涉水學(xué)科各專(zhuān)業(yè)分工更細、更專(zhuān)業(yè)化，但是供排水始終是相互聯(lián)系、相互影響的，水問(wèn)題也是相互交織而復雜的；水資源具有可再生性和稀缺性，而水環(huán)境容量和水處理效率都具有有限性；生態(tài)系統具有復雜性，污染物即便是在極低水平的濃度范圍、其對人類(lèi)及生物健康的影響也可能是累積的、長(cháng)期的、不可預見(jiàn)的等等。

展望城市水系統的未來(lái)，我們更加需要應用系統思維來(lái)解決復雜的城市水問(wèn)題：

（1）城市水循環(huán)系統除了考慮水資源、水環(huán)境、排水安全及水生態(tài)修復外，還需要考慮營(yíng)養物質(zhì)的循環(huán)及能量的流動(dòng)；

（2）城市水系統的發(fā)展受到每個(gè)城市特定的水資源的條件、氣候水文以及社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展水平等因素的影響，每個(gè)城市應該都會(huì )有適合各自的優(yōu)化方案；

（3）城市水系統整體優(yōu)化解決方案不僅僅是給排水的工程措施，而需要與城市土地利用、景觀(guān)、建筑等整合在一起統籌考慮，意味著(zhù)對傳統的模式、系統的每個(gè)環(huán)節都可能帶來(lái)創(chuàng )新，并建立相應的集成的、可持續的管理措施。