沈阳市水处理现状及前景分析建议

邓尚俊

（沈阳建筑大学市政与环境工程学院 辽宁 沈阳 110168）

摘     要：

         水和空气、阳光一样，是人类赖以生存和发展的物质基础，是社会经济能稳定持续发展的基石。然而，随着全球人口的不断剧增，经济的迅速膨胀，水资源短缺问题受到越来越多人的关注。如今，水资源严重匮乏已成为人类健康发展制约因素，甚至可能导致国家和地区的冲突；同时，水资源在一定程度上影响着社会稳定。专家指出，水资源短缺，将成为中国社会经济发展的最大“瓶颈”之一。因此，国际水协（International Water Association,简称IWA）拟定于2006年9月在中国北京举行第五届世界水大会，研讨世界范围内的水资源的现状和今后发展的道路。为配合这次大会，提高全社会的水资源忧患意识和节水意识，加强公众的节水宣传教育，增强城市政府和重点行业节水和防止水污染的责任感和紧迫感，提高用水效率。由建设部、共青团中央、教育部2006年国际水协第五届城市节水大会筹备委员会共同举办“首届大学生城市水情调查有奖征集大赛”。根据国家建设部和教育部的有关规定，我市政与环境工程学院的师生也一起加入了这个考察行列，对辽宁省沈阳市范围内的相关资源进行了必要的调查。我们调查了沈阳市最大的污水处理厂——北部污水处理厂和沈阳市自来水公司第八水厂,了解到当前沈阳市在污水处理和给水方面的最新的动态。

一.       我国城市与水概况

1.1            背景分析

水是生命之源。开天辟地以来，人民依水而居，经过世世代代的繁衍生息，已经成就了当今的人类文明，才有了今天的两河流域和湖海岸边众心捧月般的大大小小的城市乡镇。集结在一起的庞大的城市人口和经济实体，彻底改变了城市所在地区的自然环境。这些改变都以破坏旧建新的方式进行，往往灾害性的改变多，有利于水环境的改变少，最后以普通的存在的水脏（水污染）、水多（洪涝灾害）、水少（短缺）、水土流失等问题表现出来。

从社会角度看，城市化是现代化社会发展的必然产物，城市的发展离不开水。20世纪末，在我国加快城市化发展的工程中，由“水灾害加剧、水资源紧缺、水环境恶化”所构成的水危机已露端倪，并呈现加重的趋势。21世纪中，水的危机必将成为困扰我国社会经济持续发展的重要制约因素。无论水多、水少、水脏，在水的高风险中谋求城乡社会、经济、资源与环境的协调发展，已经成为我国城市管理者和决策者不可回避的大问题。

从我国占有的实际水资源来看，我国是水资源短缺的国家，人均水资源占有量为2200m³,仅为世界平均水平的1/4，据预测，到本世界中叶，我国人口将达到16亿，随着全球气候的变化，人均水资源将下降到1700m³的缺水警戒线，形势更加严峻。目前，我国城市缺水问题尤为突出。全国666个城市中，已有400多个城市缺水，其中100多个城市严重缺水，由于水污染控制相对滞后，受污染的水体逐年增加，全国90%的城市水域污染严重，50%的城镇水源不符合饮用水标准，40%的水源已经不能饮用。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，而且进一步加剧了水资源短缺的矛盾，给许多城市生产生活用水带来了严重的影响，城市用水安全受到严重的威胁。水资源短缺和水污染严重已经成为制约城市可持续发展的突出问题。

1.2            城市水利现状

1.2.1            城市水利面临问题的长期性与复杂性

城市水问题的产生，是自然与社会因素交互作用的结果。每一座城市所处的地理位置不同，城市规模、结构、功能政治经济、地理位置以及城市发展阶段不同等等，决定了各个城市所面临的水问题的明显差异。在城市发展工程中，一方面水资源合理配置，水环境保护治理与水灾害控制的要求的不断提高；另一方面，多数城市由于对具有公益性质的城市水利基础研究不够，投入不足，社会上大量存在的过分追求局部与眼前利益的短期行为等还在使矛盾激化。

1.2.2            人口和经济实业集结

显而易见，大规模集结首先造成废弃物的排放集中，加剧了城市内外地表和地下水体的污染。有资料显示，全世界污水排放量超过4000亿m³，使5.5万亿m³水体受到污染。在我国，全国工业和生活污水排放量近2000亿kg/日，使90%以上的城市地表水域受到比较严重的污染；近75%的主要湖泊污染明显。

二.      调查内容

2.1            调查地概述

辽宁省地处我国北方地区，全省多年平均水资源总量为363亿立方米，人均占有量为860亿立方米，仅及全国的38%，不及世界人均占有量的1/12，而且水资源的时空分布又很不均匀，中部地区是我国著名的城市群，用水约占全省的70%，但供水量只占33%，是辽宁省供需矛盾最突出的地区，西部和南部也严重缺水。

沈阳受到自然地理位置的限制，是一个水资源相对匮乏的地区，同时也是一个用水量较大的城市（图1）。沈阳市经济发展，耗水量日益俱增，污水排放量大，水环境污染严重。全市水资源总量为34.27亿m³/年，其中地表水资源（多年平均径流量）11.84亿m³/年，地下水资源22.43亿m³/年。全市水资源可利用量约为23.18亿m³/年，仅占水资源总量的64.64%。根据1997年的统计，全市新鲜的用水量为22.32亿m³，为全市水资源的总量的65.1%，按照联合国有关部门提到出的衡量水资源储备多寡指标，我市也属于高度缺水的城市。日常生活所必需的生活用水和生活废水的处理，也被提到城市建设中日程中。城市发展要量“水”而行，提高人民的节约用水的意识势在必行。

为了了解当前沈阳市最新的水资源现状，我们对沈阳市自来水第八厂和沈阳市北部污水处理厂进行了调查研究。了解到当前最新的沈阳市给水和污水处理方面的信息。

2.2            具体内容

2.2.1        沈阳市自来水公司第八水厂

首先我们来到了位于沈阳农业大学附近的沈阳市自来水公司第八水厂进行的给水工艺的调查。

刚到给水厂，迎接我们的是给水厂的科长。科长听说我们要来，亲自为我们当导引员。在他的指导下，我们了解到我们这次能够顺利地进入水厂参观得之不易的，要是赶在非碘特殊时期，我们肯定进不了给水厂；如果是发生战争，水厂的控制权将完全移交给军方。这样就让我们更加了解了水在人们平时生活中的重要性。

首先在领导的带领下，我们参观了第八水厂的模型，他向我们详细的介绍了第八水厂的整体布局情况（图2、图3、图4）。

图2  局部布局（1）               图3  局部布局（2）

图4  指导员耐心的讲解

指导员首先向我们介绍的是生活用水的消毒问题。现在国际上已经开始提倡用臭氧或其他的消毒剂取代传统的水源消毒剂氯气。据了解，现在世界上科学家发现，氯气在长时间的消毒过程中，会产生对人体有害的三卤甲烷等物质，如果不及时处理的话，还可能引发癌变。然而，就目前世界范围内的给水消毒的情况来看，除了美国、日本和一些欧洲发达国家在开始使用较新型的水处理工艺外，世界上大部分国家给水处理工艺，还是沿用传统的水处理技术。就目前来说，要改变传统的消毒方式，目前还有很多困难。资金问题和耗时耗料的问题，而且如果增加一台氯气发生器，在消毒方面也发挥不了太大的作用，所以目前国内还普遍采用传统的消毒方法进行消毒处理。基本流程如下(图5)：

图5  自来水厂工艺流程图

沈阳市属于水资源缺乏的地区之一，部分水源来自地下水，而八水厂的水源主要是来自浑河两岸的地下水取水井，地下水经过取水泵房后，加入氯消毒后进入配水井，在混合器中加入投加混凝剂和苛性钠，使水软化，随后在析板、平流中沉淀，最后通过加氯消毒处理后，送入城市给水管网，为城市居民提供纯净的自来水资源。

在参观水厂的同时，领导还向我们展示了这里的自动化控制处理系统（图6），工作流程如图7。

         图6  中控室监视图

图7    自来水厂控制处理系统

此套自动化处理系统中，基本上在整个给水过程中不需要人的参与了，整个操作交付与电脑处理，电脑随时显示当前最新的系统的状态，让工作人员随时了解当前系统的最新状态。正常状况下，每天只需要一名工作人员观察电脑显示屏幕上的流量数据就可以。因为有了这套系统，每分钟每一个井口的变化都直观的反映在中控室的电脑屏幕上，工作人员可以随时根据系统的变化，做出响应的调整。如果遇到停电情况下，系统需要调整，系统会启动另外一个预备处理系统，发出警报提醒工作人员，此时的操作就需要人工干涉了。不过利用此套系统时，可以大大减缓企业中的人员压力，对人员进行了精简，节省了开支，提高了效率，相信这是以后的水厂发展的趋势！

据介绍，现在在全国范围内，给水处理工艺已基本成型。而且，在辽河流域，水资源主要取之地下水，然而，城市地下水污染元素的总硬度、矿化度、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐以及铁和锰,其次为硫酸盐和氯化有一些超标了，比如：铁、锰等微量元素在东北地下水中超标严重。据了解，在沈阳地区，铁、锰含量分别超过国家标准的5倍、10倍左右。在给水处理工程中需要处理的东西就更需要注意，加大的处理的难度，增加了处理的经费，这样不利于水厂的效益的提高。不过，在八水厂，由于水厂采取了特殊的工艺加大了处理的力度，使得水在正常情况下，很容易就达到了国家标准，不得不说是一个不小的进步！

2.2.2        沈阳市北部污水处理厂

由于城市的扩大和工业的迅速发展，以及农业用水量的增加，水的需求量每年平均以5％以上的速度增长。而沈阳地区地下水、地表水资源却达到了取水量的极限，每年超采地下水达7000万吨，因此，供水需求矛盾日益突出。据沈阳市规划资料介绍到2005年城市供水短缺达1.1亿吨／年，到2010年缺水量达1.8亿吨／年，而且农业的发展与城市争水的矛盾更加突出。

从长远的观点看，跨流域取水是彻底解决缺水问题的途径。但是由于该工程巨大，投资高、涉及面广、实施时间长，因此，更为现实的规划是城市污水经过处理（或深度处理）后供给农业或供给城市工业用水，以弥补城市供水不足。目前，城市污水处理厂采用的比较先进的处理工艺技术，污水作为水资源已具备基本条件。由于污水再生后农业灌溉受季节的限制，水资源的利用率还很低，因此，城市污水深度处理作为部分工业用水和城市杂用水，已势在必行。

我国城市污水处理设施刚刚起步，污水再生利用的重点应以农田灌溉为主，在有条件的地区逐步实现城市"中水"系统。沈阳地区的农作物以水稻为主，每年需要大量的灌溉用水，由于水库水量不足，城市污水与清水混合使用是农业灌溉的通常作法，城市污水不经过处理直接用于农田，对土壤、作物、水环境造成严重的污染。城市污水得到处理净化，污水中大量的有机污染物和重金属污染物被去除，再生水排入农田灌渠，保证了农业的供水量和水质，受到农民的欢迎。城市污水处理与水资源在农业上的利用将是长期的方向。沈阳市西部地区已经形成了成型的污水处理系统，相邻地区已经建立成了北部污水处理厂，以缓解沈阳市污水处理，而且具有水源水深度处理的条件。因此，沈阳市水资源再利用是可行的。

目前，国内的污水深度处理技术通常采用絮凝沉淀（气浮、澄清）、过滤、消毒等，国外也有采用生物膜、活性碳吸附等技术，城市污水经过二级处理及深度处理后，再生水水质指标完全满足热电厂冷却补充水、再生纸厂的纸浆漂洗水和城市杂用水的水质要求，我国生活杂用水水质标准见表1。根据国内外杂用水水质标准、沈阳市杂用水指标可按国家标准上限执行和控制，见表2。这样处理的污水才能最大限度的保证污水处理效果，保证设计时的污水处理厂达到国家排放标准，才能更好的保护环境。

表 1 生活杂用水水质标准（CJ25.1－89）

表2           沈阳市生活杂用水水质指标（推荐试行）

根据沈阳市污水情况而建立的沈阳北部污水处理厂（图8、图9）占地面积66平方公里，服务人口100万。1994年4月开工建设，1998年1月起试运行，1999年末全线运行。现有大型污水处理池和污泥处理池34座，污水和污泥泵房12座，大型机房5座，各种工艺管线3万余米，是沈阳市最大的污水处理厂，辽宁省沈阳市根治污染的环保项目，我国一座大型污水处理厂，其设计能力为40万吨/日，污水处理系统采用传统的活性污泥法，自控系统采用集中监视，分散控制的三级集散系统。

图8 北部污水处理厂全景

图9 北部污水处理厂局部照

其中，污水处理采用二级生物化学处理工艺，脱氮工艺处理的每日20万吨清水在经深度处理后，注入卫工河作为城市环境用水，改善城市卫生环境状况，亦可在灌溉季节作为农田用水。污泥处理采用中温消化工艺，产生的沼气可用于消化系统自身能量，而多余沼气用于发电。消化后污泥经机械脱水压缩后，可作为农业和绿化肥料。经过以上步骤处理的生产产物后，可以最大限度的降低企业的能源消耗，保护环境，真正作到了生产最大程度的优化。

水污染处理工艺流程如下：

原水→格栅→沉砂池→曝气池→二沉池→消毒→排放

1.          格栅间

格栅间分为粗格栅间和细格栅间。其主要功能是在污水渠道或泵房集水井进口处截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、毛发、碎皮、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等，以减轻后续处理构筑物的处理负荷并使之正常运行。被截留的物质称栅渣，含水率70%-80%。粗格栅栅条间距为50-100mm,细格栅栅条间距为3-10mm。两个格栅间都采用机械清污，且采用同规格的回转式格栅清污机。

2.          沉砂池

其功能是去除比重较大的无机颗粒。它位于初沉池前，以减轻初沉池的工作负荷。在沉砂池上方，设有桁车式吸砂桥，桥上装有刮泥板，在桁车式吸砂桥来回移动的过程中刮泥板将污泥刮至沉砂池的一端并由工人定期清除。

3.          初沉池

沈阳市北部污水处理厂的初沉池采用普通辐流式沉淀池，圆形，池周水深1.5-3.0米。用机械排泥，中央进水，周边出水，中心转动排泥。为使布水均匀，进水管设穿孔挡板，出水堰亦采用锯齿堰，堰前设挡板，拦截浮渣。刮泥机由桁架及传动装置组成。该装置将污泥推入泥斗，然后用静水压力或污泥泵排至污泥浓缩池。

4.          曝气池

曝气池是活性污泥反应器，是活性污泥的核心设备，活性污泥系统的净化效果，在很大程度上取决于曝气池功能能否正常发挥。沈阳市北部污水处理厂的曝气池采用圆形深层曝气池。池深11米，水深8.3米。它的优点在于:

l          能充分利用能源,使气泡在上升过程中与污水充分接触。

l          在北方冬季起保温作用。

l          减少费用，圆形池较为省钱。

l          消除曝气池内死区。