曲久辉:城市水环境与水生态四十年回顾与展望
作者:阿三 来源:净水技术 日期:2018-12-03 浏览

城市的发展史,是一部城市与水相伴而生的历史,改变了水环境,重塑了水生态。在自然界中,水的性质不发生变化,但是在社会中,水的性质却一直在发生着变化。改革开放40周年,中国城镇化率从1978年的17.9%提高到了2017年的58.5%,城镇常住人口由1978年1.72亿提高到了8.13亿,走完了发达国家上半年才完成的城镇化进程。与城镇化相匹配的,是中国的工业化进程,40年内,我国农业用水减少了10%,工业用水增长了1.5倍,用极其有限的水资源,完成了对城市化和工业化进程的支撑,创造人类和城市史无前例的壮举。回顾中国水环境40年的变化,可以总结以下规律:1978年~1999年以开发为主,1999年~2012年以综合利用为主,2010年~2018年以保护修复为主,预计到2050年,可以实现我国水环境的全面好转。同时,中国也创造了一系列世界第一:基础设施方面截止2016年,全国城市供水能力达到3亿吨/天,供水管道75.7万公里,污水处理能力1.82亿吨/天,排水管网长度57.7万公里;科研投入方面,中国已牢牢占据SCI论文发表数量第一的宝座,各方面的科研资金投入也遥遥领先于世界其他国家。

回顾40年,我国城市水环境变化的核心问题一直是水质,从而衍生出水质与健康、水质与循环、水质与生态之间的问题,并集中反映在发展与保护的矛盾、污染与清洁的胶着、恶化与改善的博弈、提升与下降的涨落。

 

供水:水质与健康

在水质安全保障的目标下,水源微污染的现状成为了供水的主要矛盾。为了在保质引导下发展,供水行业高度投入于护水源、修标准、强净化、建管网,供水事业快速发展。但也总体体现出以下特点:

 

1污染与保质博弈

由于经济的快速发展,水环境受到了一定的影响。1978年~1999年期间,我国地表水体质量恶化、污染加重,逐渐体现在有机污染严重和湖泊富营养化。经高度的重视和努力,2002年起,我国地表水质量达到I~III类水的比例逐年增加,水质整体向好。

 

2修标与技改协同

在保质目标的引导下,我国饮用水标准也经历了发展的过程。自1955年《自来水水质标准暂行标准》在北京、天津、上海、大连等城市试行以来到1985年《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)发布,是解决标准从无到有的过程;1985年到2006年,国家标准完成了从35项指标到106项指标的拓展,我国饮用水标准逐步与国际接轨;2006年以来,饮用水标准逐渐将有机物和微生物作为控制重点的趋势,既符合我国国情,又与世界水质标准发展趋势一致;进入2018年,随着上海地方标准的发布,指标进一步拓展至111项,标准体系逐渐向对标全球卓越城市高品质饮用水的目标努力。

标准先行,标准的完善引领技改的协同发展。上世纪80年代中期开始,我国在原有以水介烈性传染病控制为目标的第一代处理工艺(混凝、沉淀、过滤、消毒)基础上,开展了臭氧-生物活性炭工艺的研究,大面积推广了以微量有机污染物和氯化消毒副产物为目标的第二代工艺。进入21世纪后,以“两虫”等微生物为目标的纳滤膜、电渗析、反渗透等工艺逐渐进入水厂,形成第三代处理工艺,而在标准的进一步引领下,未来的水厂将以高浊度、高藻含量和微污染物净化为控制目标,探索超滤膜、高锰酸钾及其复合剂的应用。除了工艺本身以外,未来的水厂也将更多地关注少投加甚至零投加化学药剂、节约土地资源、满足健康需求等技改方向,以膜为代表的技术将进一步改变传统净水工艺的模式和效率。

 

3水质与能力俱增

可喜的看到,40年的不断科研投入和实践,使我国供水从量变到质变,水质与能力俱增。2006年以前,我国供水行业主要弥补历史欠账,以保障居民饮用水的基本需求为主,2006年以后,逐渐从关注量向关注质转变,水厂工艺不断完善,管材选择也更注重对水质的影响。原水III类水达标率超过70%,出厂水达标率超过99%,末端水达标率也已超过96%。

 

4挑战与创新同行

但是,健康安全保障是饮用水供给无终点的诉求,我们将面临着地表水源的水质标准完善与精准管理、水源水质改善及生态系统修复、水源水质与净化工艺的优化适配、从源头到龙头的全过程水质安全、饮用水的健康安全及民众的心理认同等等一系列问题,一系列创新的发展方向,例如制定科学有效的水资源管理条例、实施先进长效的治理与修复措施、创建简单低耗的清洁工艺、打通无药剂或少药剂的绿色过程、形成标准与效应协同的控制系统等相继被提出,形成挑战与创新同行的局面。

 

污水:水质与循环

控源减排始终是污水处理的主导目标,在减排的驱动下,通过减排量、严排标、促技改、明理念,污水处理事业高歌前行。但是,围绕污水处理的争论始终不断,标准上限值从高到低、指标从少到多、变化从缓到慢;技术上灰色技术到绿色技术、资源能源消耗型处理到回收利用型处理;以及污水的资源属性、再生水的生态融合、排放的风险控制等,污水行业在争论中前行。

 

1环保倒逼排放提标

1988年以来,我国从水环境污染到水环境治理,排放标准逐步提升。在国家标准的基础上,部分有条件的省市结合各自受纳水体的自净能力、所规划的水体水质目标、水环境的生态安全水平,并结合因地制宜、量力而行、按需定标等原则,进一步制订了更为严格的地方标准,不断探索标准“宽与严、高与低”的困惑。

 

2科技支撑工艺进步

与供水行业相似,污水技术的支撑也与标准的发展同步。上世纪70年代A/O工艺作为污水处理主流工艺,80~90年代,A/A/O工艺、AB法等逐渐成为主流,21世纪初,改良A/A/O、回流污泥反硝化生物除硝工艺逐渐得到应用,近十年,膜工艺、高级氧化、厌氧氨氧化技术逐步兴起,工艺能力不断得到提升。

 

3创新提升综合水平

随着各方面能力的提升,污水处理行业逐渐依靠创新提升综合水平,具有代表性的做法即通过高级厌氧消化产沼自给能源,同时产生有机营养土服务周边农林土地利用等具体措施,实现厂网一体,使能与量高度融合。

 

4理念引领先进方向

前沿的理念,必然将进一步引导行业的进步。近年来,业界普遍认可了污水处理行业应当从达标排放与水污染控制,转向污水再生利用与水生态恢复的处理目标。并就污水的资源属性达成了一致,即N(营养物、资源Nutrient)、E(能源Energy)、W(水资源Water)和I(智慧Intelligent)。在此基础上,进一步明确了污水的排放需要保障生态系统安全,并可使再生水具有生态融合的可能,用于生态蓄水补给、水体生态修复、水环境生态美化等。

 

水环境:水质与生态

40年中国城市河流和水环境的演变,经历了从惑到求的转变,先后承受了粗放式发展带来的任性之果、黑臭之殇,在治理之惑中不断求实,期望生态之合,重回鱼游之境。总体而言,我国的城市水环境生态修复实在污染胁迫下进行应对,历经曲折,从蒙昧到觉醒,如今初入理性之门。

 

1从清洁到黑臭

记忆中的家乡溪流,水质清澈、鱼虾成群,但如今很多河流却水体黑臭、功能丧失。经排查,我国城市黑臭河流总认定数高达2100条,污染现状不容小觑,黑臭合体治理刻不容缓。

 

2从分治到综合

2015年4月,随着“水十条”的发布,明确到2020年,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内,到2030年,城市建成区黑臭水体总体消除。2017年6月新修改的《水污染防治法》首次纳入“河长制”,从法律层面明确各级政府的水环境治理责任。

此后,全国各地的综合解决方案纷纷出图,从截污纳管、新建污水处理厂和现有污水厂的提标改造,再配合海绵城市的建设,城市水环境系统治理与生态修复如火如荼展开,目前共完成治理的河道已占全部黑臭水体总量的83.1%。但客观而言,“完成治理”中有一部分仅是阶段性初步治理,不能确定其长效保持,生态系统是否可以重构、黑臭会否复发等问题也尚不明确。

近两年来,随着不断的实践和总结,水环境治理逐渐由截污治污为先,转变为生态修复为主。关注水安全、水生态、水资源、水文化,成为了综合治理案例的主旋律。

 

3从控污到循环

黑臭河道的整治,并不单纯是一条河道的治理,我们逐渐意识到,水环境是一个循环系统,水环境的有效整治,不仅仅是控污的结果,更将对饮用水水源和生活饮用水水质带来积极影响,同时,在污水处理厂提标改造的过程中,应用资源回收技术,可有效回收污水中的纤维、碳源、沼气、磷等资源,实现更为绿色的生态治理。

 

4从环境到生态

必须认识到的是,我国水环境治理的目标必然是将生态破坏的现状扭转为生态文明的建设。

必须保持水生态系统的完整性,从恢复水生态功能、控制水生态风险、保障水生态安全三方面进行着手,力争早日恢复水清岸绿、鱼翔浅底的美好水环境。

 

挑战与展望

从认识到实践,从理论到方法,从人的意识到行为,历经四十年的发展,我国水环境和水行业发展状况发生了翻天覆地的变化。我们治水的理念也从环境上升到生态,我们对水环境的最大进步是从生态破坏走向生态文明。四十年来,我们完成了诸多壮举,破解了诸多难题,为世界水行业发展贡献了“中国力量”。

但是,由于我国仍处于经济社会发展的高速期,依然将在较长时间内面对水资源短缺、水环境污染、水空间萎缩、水生态破坏等问题。面对复杂并充满不确定性的未来,我们还要面对如何解决环境问题、如何回应民众关切、如何化繁为简并应对不确定性的环境风险等挑战。

但正是在挑战鞭策下,才能实现跨越。我们必须意识到,城市流水与我们血脉相通,深入共识生态优先的理念,全社会为城市水环境保护与修复形成强大合力,鱼游之境才能是我们不再遥不可及的梦想。

迎接未来,未来已来,让我们共同开创中国水环境水生态更加美好的未来!