书城科普学会节约每一滴水(星球保卫战)
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第7章 拯救水资源,让水循环起来(1)

人类生活和生产都离不开水这一宝贵的自然资源。而可供使用的淡水资源非常有限,再加上水体受到污染,导致可利用的水资源短缺,水荒已成为全球面临的共同危机和全球环境问题。

拯救水资源,在生活中对水循环利用,可缓解水危机。

§§§第一节循环利用水资源

水是生命的摇篮。假如地球上没有水,那么地球母亲就不会孕育出我们人类的子孙万代。同样,人类的日常生活也离不开水。人们每天做饭、洗菜、洗碗、洗衣服等都要用掉大量的水,这些用过之后的废水就是我们要说的生活污水。

生活污水中所含的大量有机物进入水体后,以悬浮或溶解状态存在于污水中,可通过微生物的生物化学作用而分解为简单的无机物质二氧化碳和水,在分解过程中需要消耗水中的溶解氧。水中溶解氧减少,影响鱼类和其他水生生物的生长;水中溶解氧耗尽后,有机物进行厌氧分解,产生硫化氢、氨和硫醇等难闻的气味,使水恶臭,水质进一步恶化。

人喝了被污染的水或吃了被水体污染的食物,就会给健康带来危害。生活污水中含有大量的病原微生物和寄生虫卵等,此类污染物实际上可通过多种途径进入人体,并在体内生存,引发人体疾病。因污染物排入水体后,水生动物、植物就会慢慢对其吸收并在体内有所积累。如果是急性中毒则会使生物很快死亡,很容易引起人们的注意,但是许多情况下水体中的中毒是慢性的,往往不能被人所注意,如果人吃了这些食物,毒物可以在人体内长时间的积累,最终造成人体患病。

随着人口的快速增长和城市化进程的加快,城市生活污水的排放量剧增,而环境基础设施建设又跟不上城市化发展的速度,污水处理能力不足,大量生活污水未经处理直接排入天然水体,致使城市生活污水成为水污染的一个重要来源。1997年,我国市政污水排放量为 189亿立方米,其中化学需氧量含量为 684亿吨。1999年,我国城市生活污水污染负荷首次超过了工业废水污染负荷,我国目前城市生活污水处理率尚未达到10%,我国水污染控制的重点已经从工业污水为主的控制,逐渐转变到以城市生活污水为主的控制。现阶段对城市生活污水的处理方式,主要采用的是集中处理与资源化利用。

1.城市污水集中处理

《水污染防治法》第十九条规定城市污水应当进行集中处理。城市污水处理厂将居民生活污水集中后通过一定的处理工艺,将污水中高浓度的氮、磷等化学物质及部分细菌、病菌等不同程度减少或消除,达到水质净化的目的。处理后的污水直接进入自然水体或再生污水用来灌溉、清洁等。所谓污水集中处理,可以是多级集中处理,有能力的地方,如企事业单位和社区,可以采用小型的污水处理装置及中水系统,处理后的水质低于饮用水而高于污水,可以在原地作为非饮用水循环使用,高一级的集中处理,是通过 1个或数个公用污水管道系统,由大型的污水处理厂统一进行处理,达到国家排放标准后排入地表水系统。

这种污水处理方式要求当地必须具有长远的规划,大量的基础设施投资,专人负责运营维修等。而我国各地长期以来仅强调工矿企业排污的局部治理,忽视了对生活污水配套管网设施的投入和运营,有的地方虽然建了不少集中处理的生活污水处理厂,但是多处于“吃不饱”的状态,又或者干脆改建成工业污水集中处理厂。这其中有很多原因,最主要的原因有四个:一是由于体制的问题,污水处理企业和政府不分家,造成目前的规划和管理滞后于实际的需要;二是污水处理基础建设,投资大、见效慢,缺少适当的投融资机制,资金不到位;三是配套的管网建设滞后,排水管网普及率低,影响运营效果;四是污水处理费收缴制度与污水处理设施有偿使用制度不健全,而污水处理成本高,补偿不足,导致水资源企业盈利困难。

2.资源化利用

城市生活污水具有水量大、水质稳定、来源可靠、开发成本低的优点,是一种潜在的水资源,如果经过治理后再运用到工农业生产中去,可以创造很大的经济效益与社会效益。污水资源化是环保产业中一个大的行业。城市供水采用分质供水方式,可以对城市生活污水进行多层次综合利用。如用化学方法净化水质时,分离的固体物质经过提炼可成为肥料和饲料,用于园林绿化和家畜养殖;深度处理过的污水引入到地面水体,间接再次作为水资源利用;处理过的污水回用还可以作为工业冷却水、绿化、消防、市政杂用、洗车、建筑、农业灌溉、渔业用水。以城市内部相对独立管辖范围和责任主体的一个城市功能区为单位,如居民区、学校、单位等,在单位内部进行污水再生处理,在原地和附近加以利用,又称中水回用。

城市生活污水防治是水环境保护的一个重要组成部分,需要公众的参与,发挥每个公民的作用。除了对人们进行节水宣传教育,最有效的手段是采用经济手段进行引导,促使人们形成好的节水习惯。干净的水是显而易见的资源,污水也是重要的资源,和有价“碳排放权”一样,水资源的环境容量也是有价资源,因此对其经济化有偿利用是必要的。必须要改变过去水资源无价、企业污染治理、居民无偿排污的观念,用“谁污染,谁付费”的原则代替“谁污染,谁治理”,使所有的环境污染外部性内在化。运用多种经济手段,在城市生活污水防治中要运用价格、收费、税收等手段,发挥市场调节作用,引导居民节约用水,补偿污染治理费用,同时也有利于扩大水资源行业的容量,解决水网基础建设的融资问题。

3.废水分类处理

大家都知道水资源的宝贵。但在日常的生产和生活当中都不可避免地会有污水的产生,其实污水经过处理还能再利用。下面就来介绍几种污水的处理方法:

(1)含 N、S及卤素类的有机废液处理。此类废液包含的物质有:吡啶、喹啉、甲基吡啶、氨基酸、酰胺、二甲基甲酰胺、二硫化碳、硫醇、烷基硫、硫脲、硫酰胺、噻吩、二甲亚砜、氯仿、四氯化碳、氯乙烯类、氯苯类,农药、颜料及其中间体,以及酰卤化物和含N、S、卤素的染料……一般情况下,用焚烧法来处理可燃性物质。然而在这之前一定要采取措施除去由燃烧而产生的有害气体。而对于一些难以燃烧而有一部分直接被排出的物质,一定要特别注意。

对于那些难于燃烧的物质及低浓度的废液,可以用其他方法来处理,如溶剂萃取法、吸附法及水解法。然而,对于氨基酸等易被微生物分解的物质,可以通过水的稀释,然后再排放出来。

(2)含有酸、碱、氧化剂、还原剂及无机盐类的有机类废液处理。此类废液包括:硫酸、盐酸、硝酸等酸类和氢氧化钠、碳酸钠、氨等碱类,以及过氧化氢、过氧化物等氧化剂与硫化物、联氨等还原剂的有机类废液。

首先,按照处理无机类废液的方法,中和这些元素。然后,如果有机类物质浓度过大,则用焚烧法处理。能分离出有机层和水层的时候,焚烧有机层,对水层或其浓度低的废液,则使用吸附法、溶剂萃取法或氧化分解法进行处理。然而,对易被微生物分解的物质,首先用水稀释,然后直接排放。

(3)含石油、动植物性油脂的废液处理。此类废液包括:苯、乙烷、二甲苯、甲苯、煤油、轻油、重油、润滑油、切削油、机器油、动植物性油脂及液体和固体脂肪酸等物质的废液。

对其可燃性物质,用焚烧法处理。对其难于燃烧的物质及低浓度的废液,则用溶剂萃取法或吸附法处理。对含机油之类的废液,含有重金属时,要保管好焚烧残渣。

(4)含酚类物质的废液处理。此类废液包含的物质:苯酚、甲酚、萘酚等。

对其浓度大的可燃性物质,可用焚烧法处理。而浓度低的废液,则用吸附法、溶剂萃取法或氧化分解法处理。

下面介绍一些污水处理的方法,根据不同的情况,可以利用下面的方法进行污水处理。

物理处理法:物理处理法是通过物理作用分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态的污染物的废水处理法,可分为重力分离法、离心分离法和筛滤截留法……以热交换原理为基础的处理法也属于物理处理法。

化学处理法:化学处理法是通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为无害物质的废水处理法。以传质作用为基础的处理单元有萃取、废水处理汽提、吹脱、吸附、离子交换以及电渗析和反渗透……后两种处理单元又合称为膜分离技术。其中运用传质作用的处理单元既具有化学作用,又有与之相关的物理作用,所以也可从化学处理法中分出来,成为另一类处理方法,称为物理化学法。

生物处理法:生物处理法是通过微生物的代谢作用,使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物,转化为稳定、无害的物质的废水处理法。根据微生物的不同,生物处理法可以分为两类:需氧生物处理和厌氧生物处理。如废水生物处理广泛使用的就是需氧生物处理法。按传统分类,需氧生物处理法又分为两类:活性污泥法和生物膜法。活性污泥法本身就是一种处理单元,它的运行方式非常多。属于生物膜法的处理设备有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池以及最近发展起来的生物流化床等。

生物接触氧化法:生物接触氧化法用生物接触氧化法处理废水,也就是用生物接触氧化工艺在生物反应池内填充填料,已经充氧的污水浸没全部填料,并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜,污水与生物膜广泛接触,在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下,污水中有机污染物得到去除,污水得到净化。最后,处理过的废水排入生物接触氧化处理系统与生活污水混合后进行处理,经氯消毒达标后排放。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺,其特点是在池内设置填料,池底曝气对污水进行充氧,并 触,避免生物接触氧化池中存在污水使池体内污水处于流动状态,以保证 与填料接触不均的缺陷,这种曝气装污水同浸没在污水中的填料充分接 置称为鼓风曝气。

我们可以用一些方法对海水进行再利 目前,海水淡化的主要方法有蒸用,比如海水淡化,利用海水冲厕所 馏法、太阳能法、反渗透法、电渗析等,都可以为我们节省很多淡水资源。 法和冷冻法。

海水淡化设备

蒸馏法:虽然与其他方法相比,蒸馏法比较古老,但随着科学技术的不断发展,蒸馏法仍然被广泛使用。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程,就像海水受热蒸发形成云,云在一定条件下遇冷形成雨,但雨是不带咸味的。蒸馏法也有很多分类,如根据设备不同,则大致可以分为低温多效蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法、太阳能法……下面简单介绍一下多级闪蒸。所谓闪蒸,是指一定温度的海水在压力突然降低的条件下,部分海水急骤蒸发的现象。多级闪蒸海水淡化是将经过加热的海水,依次在多个压力逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发,将蒸汽冷凝而得到淡水。到目前为止,全球海水淡化装置主要是通过多级闪蒸法来进行,它不仅技术最成熟,而且还有非常高的运行安全性,它主要与火电站联合建设,适合于大型和超大型淡化装置,这种方法在海湾国家使用频率比较高。多级闪蒸不仅技术成熟,而且运行可靠。提高装置单机造水能力,降低单位电力消耗,提高传热效率等是其未来主要发展趋势。

太阳能法:其实在很久之前,人类就开始利用太阳能进行海水淡化,主要方法是利用太阳能进行蒸馏,因此早期的太阳能海水淡化装置往往被称为太阳能蒸馏器。使用被动式太阳能蒸馏系统的是盘式太阳能蒸馏器,由于它结构简单、取材方便,所以多年以来仍然被广泛使用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、各种热性能的改善以及将它海水淡化与各类太阳能集热器配合使用上。与传统动力源和热源相比,太阳能具有安全、环保等优点,将太阳能采集与脱盐工艺两个系统结合是一种可持续发展的海水淡化技术。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们的重视。

反渗透法:反渗透法通常又称超过滤法,它是一种膜分离淡化法,从1953年开始被使用。这种方法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开。一般来说,淡水通过半透膜扩散到海水一侧,从而使海水一侧的液面逐渐升高,直至一定的高度才停止,这个过程为渗透。此时,海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加大于海水渗透压的外压,那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的 1/40。因此,从 1974年起,美、日等发达国家先后把发展重点转向反渗透法。反渗透海水淡化技术发展很快,成本不断降低,降低反渗透膜的操作压力,提高反渗透系统回收率,廉价高效预处理技术,增强系统抗污染能力等是其主要发展趋势。