国际国内形势_当前国内国际形势
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一、世界水资源现状
1.水的重要性：水是生命的源泉，是生命存在与经济发展的必要条件，同样是构成人体组织的重要部分。水在人体内的含量达70%，其余30%左右为固体营养物（蛋白质、碳水化合物、脂质、矿物质、维生素等）。人体60%的水在细胞内，40%在流体内（血、消化液、唾液、胆液、泪水、汗液、肠液、胃液）。成年人每天需水2.5-3升，其中直接饮用1升左右，食物中补充1升，人体新陈代谢形成0.5升。明代李时珍在本草纲目中著到：“药补不如食补，食补不如水补”，水不愧为百药之王。
2.世界水资源的构成：地球上水占70%的面积，其中海水占97.3%，可用淡水只有2.7%。在近3%淡水中77.2%存在雪山冰川中，22.4%为土壤中和地下水（降水与地表水渗入）。只有0.4%为地表水，地表水指河流、湖泊、冰川等水体。
3.我国水资源状况：我国大小河川总长42万公里，湖泊7.56万平方公里，占国土总面积的0.8%，水资源总量28000亿立方米，人均2300立方米，只占世界人均拥有量的1/4，居121位，为13个贫水国之一。目前中国640个城市有300多个缺水，2.32亿人年均用水量严重不足。
据联合国预测，二十一世纪水危机将成为全球危机的首位。
二、水污染状况
1.水资源的污染：人口数量的几何增长、现代工业废水的乱排乱放、城市垃圾、农村农药喷洒等等，造成本来已是极少的淡水资源加剧短缺，无法为人所用。据统计，目前水中污染物已达2千多种（2221）主要为有机化学物、碳化物、金属物，其中自来水里有765种（190种对人体有害，20种致癌，23种疑癌，18种促癌，56种致突变：肿瘤）。在我国，只有不到11%的人饮用符合我国卫生标准的水，而高达65%的人饮用浑浊、苦碱、含氟、含砷、工业污染、传染病的水。2亿人饮用自来水，7000万人饮用高氟水，3000万人饮用高硝酸盐水，5000万人饮用高氟化物水，1.1亿人饮用高硬度水。
2.水污染的严重性：污染水的70%——80%直接排放，我国污水的处理能力只占20%左右。全国每年排污量约300亿吨。全国各大城市地下水不同程度受到污染。全国78条主要河流有54条遭污染.我国七大水系:长江，珠江，松花江，黄河，淮河，海河，辽河。七大水系中有一半河段受到污染，86%城市河段污染超标，比较严重的有：黄河，淮河，辽河，太湖，巢湖，滇池等河流湖泊。
摘要：水环境污染和水资源短缺是全球淡水资源正面临的两大问题。随着我国经济的迅速发展，人口的增加，人民生活水平的逐步提高，工业化和城市化步伐的加快，用水量急剧增加，污水排放量也相应增加，加剧了淡水资源的短缺和水环境的污染。我国污水处理设施落后，污水处理率低，是造成我国水环境污染的主要原因之一。为了更快地改善我国的水环境，保护水资源，在学习国外成功和先进经验的同时，应汲取国内外的失败教训并结合我国的实际情况，对我国水污染防治和水资源保护采取综合治理措施。要研究、开发和应用基建费低、能耗低和运行费低的革新技术。因地制宜，采用处理与利用相结合的措施，利用生态处理系统，在污水处理的同时实现污水的无害化和资源化，实现水的良性循环和水资源的可持续利用。
关键词：水资源 水污染 技术策略 可持续利用
0 概述
随着经济的发展，人口的增加，生活水平的不断提高，世界范围的淡水资源的需求和消耗 不断增多，相应的城市污水和工业废水的排放量也在不断增多。由于污水处理设施的滞后和 非点源污染控制不够得力，使全球淡水资源正面临两大问题：水环境污染和水资源短缺。这 在一些国家和地区，尤其是发展中国家和地区，愈益严重并有加剧的趋势［１～３］.。
在本世纪60、70年代曾发生过石油和能源危机，这种危机愈演愈烈，并最终引发了一些局 部战争。通过新能源，如核能、太阳能和风能的开发和利用，一定程度上缓解了这一危机。同样地，淡水资源危机的日益加剧，不仅影响了人们的正常生活，甚至威胁了人们的生存，这也同样孕育着国家和地区之间的冲突和战争的威胁［２～３］.。
在1998年8月份召开的“水与可持续发展”的会议上法国总统希拉克对代表们警告说“如 果不尽快行动起来，下个世纪可能因水而引起战争［４］.”。在他的重点发言中说“ 水是生命的源泉，但也常常是冲突的起源”。联合国确定了70处与水有关的冲突地区，从近 东到西非，从拉丁美洲的干旱地带到印度次大陆；主要的闪燃点包括以色列与阿拉伯国家之 间的争执；埃塞俄比亚与埃及对尼罗河的争执；印度与孟加拉国对恒河的争执；土耳其、叙 利亚和伊拉克对幼发拉底斯河的争执等。
当水不是潜在的冲突起因时，它也可能引起大的外交问题，例如墨西哥抗议美国对科罗拉 多河上游的污染，有时水甚至成为政客们的交易工具。
早在1977年各国就已经预感到这种全球性水危机的威胁，为此召开了联合国水会议，在会 议上和会后，对这一问题的性质和危害程度，防止这一危机爆发应采取的措施有了越来越多 的共识。1992年在都柏林召开的“水与环境”的会议上，重申了上次会议提出的一 些原则，更加明确了共同面临的问题。同年在巴西里约热内卢召开的联合国“环境与发展 ［５］.”会议上也重点讨论了水的问题。1997年在联合国可持续发展委员会和联合国大 会第十九次特别会议上，进一步强调紧急行动起来合理开发利用水资源；利用生态系统等途 径保护好现有的水资源；和将水资源纳入总的经济框架中的一系列的措施和计划。如利用市 场机制采用价格和交易许可等方式控制水资源有效合理的分配。在联合国水资源管理战略措 施专家组会议上指出：“水是一种有限的脆弱的环境资源，是一种社会和经济物品。在竞争 的使用者之间对有限的水资源的分配，对生态系统和国家经济的发展，包括就业收入的产生 和分配有着重大的影响；对土地规划利用和人口在城市和乡村之间的迁移也有着深刻的影响。为此，应将保障人民基本水量的需要，与水资源的开发和分配的经济政策的制订和实施相 结合［６］.”。1998年在巴黎召开了国际水与可持续发展会议，明确指出：水资 源是今后世界经济和社会可持续发展的关键因素之一，必须对水资源进行合理的开发和利用 ［３］.。尽管联合国为了合理开发和利用水资源，召开了多次国际性会议，通过了有关的决议和声 明，颁布了一系列的原则和措施，但收效不大，尤其是国际河流水资源的合理开发、利用和 保护困难重重，举步维艰。为了改变这种局面，联合国可持续发展委员会定期调查世界水资 源的状况，并在第15届会议上审查了“世界淡水资源的全面综合评价”，为世界水资源的合 理开发和利用迈出了第一步。世界上共有215条国际河流，占世界主要流域面积的2/3，虽然大多数发达国家已建立了管 理体系，但是水资源的分配仍然是主要的潜在冲突的起源。水资源越缺乏，冲突的可能性越 大。潜在的问题往往是个观念问题，每个国家都把其水资源看成是可以在自己领土内自由开 发的资源，当不考虑上下游国家的利益和团结时，就会引发紧张的关系。
因此国际流域组织网(International Network of Basin Organisation,INBO)在巴黎会议 的研讨会的建议中提出，几个相邻国家共享的水资源的管理，应该认识到这一点，即水没有 国家和行政管理的界限，而且应当按相应的流域规模组织管理体系，如国际管理委员会，可 成为国际河流流域可持续管理的途径和增强该流域各国家之间的合作［４］.。
和水资源管理密切相关的给水和排水设施的建设，在发达国家和发展中国家和地区存在着 巨大的差距，情况截然不同。在发达国家和地区，如北美、西欧，给水普及率为100%，拥有 先进的给水处理和配水设施，可靠的饮用水水质，达到了安全生饮的程度；污水管道和处理 系统普及率都在90%以上，以二级处理为主，为了防止受纳水体的富营养化，许多污水处理 厂采用了去除磷、氮等营养物的处理工艺；积极开展污水回收与再用，根据回用的目标，采 用相应的处理措施和进一步的净化工艺，如：农田灌溉、浇洒绿地、高尔夫球场等；甚至在 一些缺水地区，如美国的加州南部，二级处理出水经活性炭吸附过滤，反渗透等工艺回流入 地下或地表水饮用水源中［５］.。
在发展中国家和地区，由于缺少必要的资金，不能建成完善的给水和排水设施；已建成的 给水和排水设施，由于缺少必要的管理和运行费用，缺乏训练有素的管理和运行人员，无法 正常运行，一些采用先进技术和设备的给水和污水处理设施更是如此。有关资料表明，在 发展中国家，约有10亿人没有给水设施，约20亿人没有排水和污水处理设施。只有很少一部 分城市污水得到了处理，大部分未经任何处理的污水直接排入附近的受纳水体，严重污染了 水源水，破坏了水环境［６］.。
饮用水源的污染和给水处理设施的落后，使发展中国家人民的饮用水合格率低，并引发了 多种疾病，包括癌症。即使在最发达的国家美国，也不能完全消除水传染性疾病的发生，在 1920.～1992.年这70多年间，共爆发水传染性疾病1768.次，共有472228.人得 病，1091.人死亡。1993.年在维斯康星州，蜜尔沃基市(Milwaukee, Wisconsin)爆发 了有文件记载以来最严重的由阴胞子虫引发的饮用水传染病，共有40多万人患病，4000.余人住院，122.人死亡［６～７］.。
在发展中国家情况更加严重，每年因饮用污染水引起上亿人得腹泻病，约200万儿童死亡；有约2 亿人感染肠道病毒，有2010.人死亡。1973年首次发现旋转病毒(Rotavirus)，它是由供水受粪便污染或饮用水处理不好造成的，主要引起病毒性感冒和肠炎。在美 国的1～4岁年龄组中，估计有100多万人由旋转病毒引发严重腹泻，其中150人死亡。在世界上每年有4.5万人因此死亡。在发展中国家，由此引发的儿童胃肠炎每年超过1.25亿 人，其中1800.万人为中等严重和严重病例。此外危害很大的病原菌--霍乱也一直困 扰给水界，自从18世纪霍乱蔓延肆虐欧洲和北美以来，由于缺乏必要的卫生设施(下水道系 统)，人口增长，净化水技术有限等，导致多次大规模爆发。1995年6月泛美卫生杂志报道，在美 国1076372.个霍乱病例中，有10098.人死亡［６］.。1 中国水资源与水环境基本状况
1.1 我国水资源基本情况
随着我国经济的迅速发展，人口的增加，人民生活水平逐步提高，工业化和城市化步伐 的加快，用水量急剧增加，污水排放量也相应增加，加剧了淡水资源的短缺和水环境的污染。
我国水资源的总储量平均每年达28000.亿m3，但人均水资源拥有量仅为2340.m 3/a，为世界平均值的1/4。并且水资源时空分布不均，造成南多北少，东多 西少的局面。在北部降水大部分集中在6～9月份，此期间的降水量占全年降水量的70%～80%。缺乏生态保护意识，一些急功近利的做法严重破坏了森林和植被，破坏了生态系统平衡，导致洪涝和干旱频繁发生。
城市严重缺水制约了经济的发展，影响了人民的正常生活。在80年代，全国缺水城市236 座，缺水总量1200.万m3/d；90年代初，缺水城市增加到300座，总缺水量为1600.万m3/d；预计2000年将有450座城市缺水，总缺水量将达2000.万m3/d。我国水环境污染状况也相当严重，根据1998年中国环境状况公报［８］.，全国废水 排放总量为395亿m3，化学耗氧量排放总量为1499.万t，分别比上年(1997年)下降了5 %和14.7%。生活污水占废水排放总量的49.1%，生活污水COD排放量占COD排放总量的46.2 %，均比上年有所增加。
我国主要水系长江、黄河、松花江、珠江、辽河、海河、淮河和太湖、巢湖及滇池的断 面 监测结果表明，36.9%的河段达到或优于地面水环境质量Ⅲ级标准，其中Ⅰ类水质占8.5%，Ⅱ类水质占21.7%，Ⅲ类水质占6.7%；63.1%河段的水质为Ⅳ、Ⅴ或劣Ⅴ类，失去了作 为饮用水源的功能，其中Ⅳ类水质河段占18.3%，Ⅴ类水质占7.1%，劣Ⅴ类水质占37.7%。其中长江、珠江水质较好，监测河段中70%以上达到或优于地面水环境质量Ⅲ级标准；黄 河、淮河、海河有28%～29%达到或优于地面水Ⅲ级标准；松花江、辽河污染严重，分别只有4% 和11.3%达到或优于地面水Ⅲ级标准。
我国一些湖泊的污染比河流更加严重，如滇池、巢湖都严重富营养化，全湖水质为Ⅴ～劣 Ⅴ类；太湖中等富营养化，湖水为Ⅳ～劣Ⅴ类。1998年我国海域监测到赤潮22起，其中南海10起，东海5起，渤海和黄海7起，对我国近海 生态系统和水产资源造成严重的破坏［８］.(如表1)。
1.2 污水处理设施
我国污水处理设施落后，污水处理率低，是造成我国水环境污染的主要原因之一。
我国城市供水设施的建设要比排水设施先进得多，例如1996年我国城市供水设施服务人口的普及率达到了94.5%，而同年城市污水处理率仅13.1%，而且城市污水的日处理能力的 增加幅度远低于城市日供水能力增长的幅度；1990～1998年城市市政公共污水处理厂平均年 增加日处理能力110万m3左右，而城市供水年增加日供水能力850万m3左右。如照此模式 发展，城市水环境恶化的状况将难以缓解或好转［９］.。
表1 1998年中国七大水系污染情况［８］ 项 目 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 劣Ⅴ类 主要污染物 长江(%)4 67 4 11 10 4 悬浮物、高锰酸钾指数、氨氮 黄河(%)0 24 5 47 12 12 悬浮物、挥发酚 珠江(%)29 36 7 22 2 4 石油类、悬浮物、氨氮 淮河(%)0 11 17 18 6 48 高锰酸钾指数 海河(%)5 19 4 10 9 53 石油类、高锰酸钾指数、挥发酚、氨氮 辽河(%)4.5 2.3 4.5 22.7 4.5 61.4 氨氮、高锰酸钾指数、挥发酚 松花江(%)0 0 4 67 21 8 挥发酚、石油类
由于目前仅有部分城市征收“排水设施有偿使用费”或“污水处理费”，而且收费额低于 污水处理成本，城市污水处理厂所需费用主要靠政府财政支持，由于资金不足，使一些已建 成的污水处理厂难以维持正常运行。
此外，我国的非点源污染也相当严重，主要有农田径流，许多农田施用大量的化肥、农药 包括有机磷、有机氯农药，其中有些是高毒性、难降解、高残留的农药，在食物链中有富集 作用，对水环境的污染和对人体的危害较大。 2 我国水污染控制的改进措施
我国水污染的状况是严重的，我们有限的淡水资源数量不足，质量下降。我国各级政府已 认识到水污染治理和水资源保护的重要性，认识到经济和社会的持续发展有赖于环境的保护 和资源的合理开发利用，包括水环境的保护和水资源的合理开发利用，重视和加速了水污染 治理设施的建设，争取在20世纪末使我国城市污水处理率达20%(归口于城市市政设施的 污 水处理厂)［９］.，如果把工矿企业修建的污水处理设施的处理能力统计在内，估计 城市污水处理率达30%以上，如果把池塘、人工湿地、土地处理(农田灌溉)等自然法处理 设施处 理的污水量考虑在内，污水处理率可达40%(国外统计污水处理率都把塘系统、土地、湿地处 理系统等考虑在内)。
据统计我国工业废水处理设施的总处理率已达到87%(1998)［８］.，但实际上处理 的工业废水量远达不到该值，因为一些调查统计表明，我国工业废水处理设施只有1/3是运 行正常的，1/3运行不正常，而另1/3停产不运行。
不少城市污水处理厂有钱建得起，却无钱维持正常运行，一些中小城市建成的常规活性 污泥法处理厂尤其如此，除资金缺乏之外，操作运行和管理人员技术和管理水平低，难以掌 握和操作技术复杂的处理过程和设备。
经过几十年的努力，尤其是近十年的努力，我国的水污染治理工作已有很大的发展，城市 污水处理率从80年代末的5%发展到90年代末的近20%，局部水环境已有所改善，但总体上全 国的水环境并未有明显改善，有些水系如东北的松花江和辽河，污染反而加剧［８］.。为了更快地改善我国的水环境，保护水资源，在学习国外成功和先进经验的基础上，汲取 国外和自己的失败教训并结合我国的实际情况，对我国水污染防治和水资源保护应采取综合 治理措施。
2.1 推广应用清洁生产工艺和清洁产品，将污染消除在生产过程中
这种清洁生产工艺(Cleaner Production Proce)［２］.，在国际上最近也称为“ 环境友好”(Environment Friendly)的生产工艺，因为他们应用的原料，中间产品 和产品对环境不会造成严重污染，即使有也是轻微的。例如，合成洗涤剂的生产中用不 含磷洗涤剂取代含磷洗涤剂，从而在生产过程中消除了磷的最大污染源；在农药生产中取消 了六六六，DDT等高毒性，高残留的有机氯农药，代之以高效、低毒、低残留农药的生产； 一些化工产品生产中使用汞催化剂的生产工艺被无汞新工艺取代等，都是将污染物消除在生 产过程中，消除了它们对水环境的污染和在水生态系统中的富集及对人的潜在危害。2.2 因地制宜，多种方法并举解决污水处理问题
目前我国在污水处理技术方面有一种倾向，认为活性污泥法是最有效的，忽视和排斥了其 它的处理方法和技术。其实在任何国家，都不是任何一种单一的处理方法能 完全解决污水处理和水环境污染问题的，即使在发达国家，例如美国，也是采用多种处理方 法来处理城市污水和工业废水的。例如，美国共有稳定塘上万座，占处理污水总量的25%，它与土地处理，人工湿地等系统成为中小社区(城镇)的主要处理设施［１，１２］.。美国在应用塘系统、土地处理系统的过程中研究开发和推广应用了多种多样的先进、科学、高效、节能、工程化和美化的新型塘系统(如先进组合塘系统、双曝气功率水平多塘系统、水力调节贮存塘、完全封闭蒸发塘、水生植物塘等)。德国、法国、加拿大、澳大利亚、巴西、东南亚、非洲也有大量的塘系统在应用。近十年来英国、德国、法国、荷兰等人工湿 地发展迅速，它与塘系统不仅成为中小城镇的主要污水处理设施，而且也成为雨水处理的主 要设施，以及工业废水重要的处理技术［１３～１５］.。
作为发展中国家，中国更应该重视研究开发和推广经济、节能和有效的处理技术，具 体设想如下。
2.2.1 在大城市中宜以活性污泥法处理设施为主
要研究、开发和应用基建费低、能耗低和运行费低的革新的活性污泥法技术。污水处理流 程的主要改进措施有：
2.2.1.1 取消初沉池
我国大多数城市因多种原因(如设置化粪池，污水管道内渗严重，给水浪费等)污水有机物 浓度低，BOD≤100mg/L，设置初沉池，一般能削减BOD负荷30%左右，难以使其后的 曝气 池维持正常运行。由于有机碳源的亏缺，更难于进行生物去除氮、磷的处理。目前国外一些 污水处理厂，为了有效地去除氮、磷和改善活性污泥沉淀性能，采用了取消初沉池的工艺。对于我国处理低浓度污水的处理厂，取消初沉池能更加充分利用有限的碳源，提高出水水质，同时简化了处理流程，节省了基建投资和运行管理费用，我国广州大坦沙、佛山镇安污水 处理厂等在这方面已有成功的经验［１７～１９］.。
2.2.1.2 曝气池宜采用节能的工艺
如A/O或A/A/O工艺在节省部分能耗的同时，还能 达到部分去除氮、磷和改善活性污泥沉淀效果。在原生污水有机物浓度低(BOD≤100mg /L)的情况下，采用：
a.不同形式的强化一级处理，以不采用化学沉淀的工艺为宜。采用化学沉淀的强化一 级处理，不仅能将BOD和COD的去除率从普通一级处理的30%左右提高到50%～60%，而且能 将磷减少至1mg/L以下，其缺点是化学沉淀污泥脱水性能不好，体积大，难以处理和处置。最好采用不加化学沉淀的强化一级处理技术。例如：在曝气沉砂池之后(合建或分建)加设短 水力停留时间(HRT≤30min)曝气池，沉淀池污泥回流至曝气池。回流到曝气池中的沉淀池污 泥 在好氧条件下进行活化，对污水中的有机物具有较强的降解和同化能力并具有良好的沉淀性 能，混合液进入沉淀池后能达到较高的固液分离效率，可使BOD的去除率达到50%～60%，SS去除率达到80%以上。
这种短HRT曝气池也可只接受沉淀池污泥作为污泥活化再生池，而沉砂池出水经旁路直接 进入沉淀池的进水口，在此与再生污泥混合一并进入沉淀池，在此情况下BOD和COD的去 除主要靠生物吸附来完成的。
b.短HRT(0.5～1h)的接触氧化处理工艺。山西省一些采用二级串联接触氧化法的 污水处理厂的设计与运行成功经验值得推广，太原有两个处理规模相同的污水处理厂，一个 采用常规活性污泥法，一个采用二级接触氧化法(也可称为“曝气生物滤池”)，前者厂区占 的面积为后者的2倍，且曝气池的体积比后者接触氧化池大十几倍。采用这种污水处理工艺 的污水处理厂，其基建费要比相同规模的活性污泥法节省1倍以上，运行费也仅为活性污泥 法的30%～40%，这种处理工艺值得在中小型规模的污水处理厂中推广应用。
c.采用AB法中的A段处理工艺。在预处理之后设置短HRT的曝气池(HRT30～40min)，在适 宜的高负荷(F/M＝0.5～2.0kgBOD/kgMLSS)下工作，后接沉淀池，其去除BOD的 效率可达50%～60%，SS去除率达80%～85%［２０～２１］.。
d.采用HRT短的淹没式生物膜法工艺。淹没式生物膜法，包括固定式载体生物膜和悬浮载 体生物膜，如：Linpor,Biostyr等，在80年代中期随着新型填料和载体的出现，被广泛用于 污水处理中。用淹没式生物膜工艺处理生活污水，垃圾渗滤液和工业废水表现出了优越的性 能，与常规的活性污泥法相比，淹没式生物膜曝气池的水力停留时间短，二沉池出水水质好，SS、BOD、COD和NH3－N的去除效率高，剩余污泥量相当少，这就大大降低了处理、处置及运行维护费用。祈福新村位于广东省番禺市郊，作者与同事设计和指导建成的祈福新村污水处理厂采用淹 没式生物膜法新工艺，第一年全年运行效果良好，去除率BOD平均为97.2%，COD为84.6 %，NH3－N为98.1%，TP为36%，在正常运行条件下溶解氧为3～5mg/L，气水比为2.5∶1，曝气池出水中BOD平均为1.1mg/L，COD为13mg/L，TSS为25mg/L，NH3－N为0.2mg/L 和TP为1.1mg/L。
曝气池出水TSS≤30mg/L，二沉池无剩余污泥产生，也无剩余污泥排放，自投产以来浓缩 池及带式压滤机从未使用过，这样使污水厂运行简便、能耗低和运行费用低。再经2～3年 的运行和试验研究，如仍能保持目前的运行效能，并无剩余污泥产生，通过明确其无剩余污 泥的机理和相应的运行参数，可将其推广应用于气候条件和水质条件相似的城市和地区，如 地处亚热带或热带，处理低浓度生活污水(BOD≤100mg/L)，在设计时处理流程可大大简 化，取消污泥浓缩池、消化池和污泥脱水等设备。或经适当地调整应用于其他不同条件的城 市和地区。
2.2.1.3 取消氯化消毒
二级出水仍含有较多的SS和BOD、COD，投氯并不能有效杀灭病原菌，更不能杀灭病毒 和病原原生动物，反而会形成大量的有机氯化物，排入水体后会造成污染。因此德国许多污 水处理厂，如鲁尔河协会的100余座污水处理厂多采用 最后净化塘进行杀菌，多级串联塘的细菌总数去除率高达99.99%～99.999 9%［ １０～１１］.。加拿大、瑞士等一些污水处理厂采用紫 外线灭菌技术。
2.2.1.4 采用新技术和新工艺
膜生物反应器是生物反应器(如活性污泥法曝气池)与膜分离设备的组合，形成一元化设备，同时对污水进行生物处理和固液分离［２２～２３］.。在这些膜生物反应器中一 般使用微滤膜(MF)和超滤膜(UF)来阻留生物反应器中的生物体(污泥)取代二沉池，实现固 液分离。这一处理系统的主要运行优点是，出水质量不依靠混合液的沉淀性能，也不会因任 何运行失误而使出水中含有悬浮固体。由于活性污泥不必沉淀，使得这种生物反应器可在高 的生物体浓度(MLSS 20 000.～30 000.mg/L)和长的污泥停留时间(SRT 50～360d)等 特定条件下运行，而常规活性污泥法是无法在这样的条件下运行的。
在长SRT下运行，可使污泥中增殖硝化细菌对污水进行硝化和部分反硝化处理，可使污 泥本身发生好氧消化，而使剩余污泥产量比常规活性污泥法减少50%～80%。与常规活性污泥 法相比，装有中空纤维微滤膜装置的生物反应器，可取代二次沉淀池和污泥消化池。多功能的膜生物反应器仅为相同处理规模的常规活性污泥法曝气池的1/5。提高处理能力4～ 7倍，而不必增加基建投资［２３］.。
膜生物反应器是一种三级处理设施，其出水水质相当于甚至优于常规三级处理系统的出水。因此，膜生物反应器后接纳滤(NF)或反渗透可生产出优质水而回流地下。而常规污水处理 达到优质水需要经历许多个处理步骤。因此，膜生物反应器特别适用于缺水城市用作污水回 收与再用设施，其出水可用作工业用水如冷却水，生活杂用水，景观用水等，其出水后加 纳滤或反渗透处理，出水达到饮用水水源标准，注入地下和地表水源，或经矿化处理和消 毒处理，再作饮用水。
2.2.1.5 适宜的污泥处理技术［２４～２７］.我国一些污水处理厂已建成的污泥消化池大都运行不够令人满意；有些运行不起来或者一 直未曾运行；有些虽然能运行，但生物气产量少且甲烷含量少，低于维持消化池正常运行所 需的能耗。为此宜采用A/O或A/A/O处理工艺，其剩余污泥脱水性能良好，可以不用消化池或 采用适宜的其它工艺进行污泥的处理与处置。
a.将污泥转化为燃料［２４］.。污泥变成油工艺在德、加、澳已经研究开发了15 年，污泥转化过程是在一个双料反应器(dual reactor)中，在常温和450℃无氧的条件下 进行 的，污泥中含有的铝硅酸盐和重金属催化了汽相的转化反应。生产的油其性质近似于中馏分 燃料，可作为内燃机和外燃机的燃料。该工艺的优点是：实现污泥的完全循环，回收能 量和可利用的副产品，重金属被固定；病原菌、病毒、寄生虫卵和有机氯化物被破坏；温室 气体的产量最小。
b.将污泥制成建筑材料［２５］.。日本年生产污泥300万吨，过去多采用焚烧和污 泥灰填埋技术，但存在二次污染问题，因此近年来，日本采用高温熔融技术，将污泥制成玻 璃和陶瓷块，其重金属熔出率几乎为零，现正进一步研制建筑陶瓷材料等。
c.污泥及其它废物的回收再用-生产燃气和甲醇［２６］.。德国柏林的Schwange Pumpe煤气厂，始建于60年代，因为在德国东部发现大量的泥煤储量，故用于生产 煤气和发电，为此建立了许多煤化工厂、炼焦厂、发电厂和煤气厂。1995年该煤气厂改为次 生原料回用中心(SVZ-Sekundarrohstoff Verwertungs Zentrum)。这是世界上第一座废物 回用厂，将旧汽车的塑料部件、木质废料，污水污泥和家庭垃圾进行气化以生产合成煤气，然后将其转化成甲醇和用于发电。现该中心已处理了50万t废物，每年生产10万t 甲醇，最近刚投产运行一座新的气化系统，使该中心的生产能力增加了12万t/a。
d.Cambi工艺：同时实现污泥减量和生物气产生［２７］.。由Purac开发的Cambi工 艺中，通过高温水解过程使污泥中的有机成分从不溶解状态转化为溶解状态，使有机物可用 于生物降解，即厌氧消化。经高温水解后固体中有机物大为减少，再进行厌氧处理，促进了 生物气产量的增加，也可将释放出的碳作为生物脱氮的碳源。经Cambi工艺产生的脱水污泥 的总固体含量达30%～40%，可以直接进行污泥焚烧。根据污泥的来源和组分，这一工艺可以 间歇地和连续地运行。
在挪威奥斯陆(Oslo)以北的Hamar建立了一座污泥处理厂，该厂由Cambi工艺(水 解和厌氧消化)，化学回收和烘干等过程组成。送入该厂的污泥量为1 000.t/月(20%总固 体TS)，经脱水后污泥量降至290t/月，经烘干和萃取后减少至66t/月，即污泥量减少93%。在烘 干和萃取之后TS减少70%。该系统采用全封闭工作，污泥加热时无嗅味释出。
2.2.2 中小城市以实用处理技术为主
在县级市的城镇，污水量为数千至数万，一般小于5万m3/d。由于资金有限，技术力量 薄弱等原因，宜于采用经济、简易、节能和有效的处理技术，即实用技术，主要是塘系统、人工湿地和土地处理与利用系统，与当地的生态农业相结合，成为生态农业的一个组成部分，即污水回收与再用的生态农业。
2.2.2.1 高效新型塘
废水稳定塘不仅在发展中国家广泛应用，而且在发达国家应用得也很普遍，在美国用于处 理城市污水和工业废水的塘共有上万座，在德国有3000.多座，法国有2 000.多座，它们或单独应用，或与其它处理设施组合应用。
这些塘系统大都由兼性塘、曝气塘、好氧塘和厌氧塘等4种普通型式的塘以多种不同的组 合方式组成，因而称为普通塘系统，或称为常规塘系统。
但是，这些普通塘系统有一些缺点和局限性而影响了其推广应用。从70年代末开始，美国 着手研究和开发了一些新型的单元塘和塘系统。由美国加州大学W.J.Oswald教授研究开发的，由高级兼性塘、高负荷藻塘、藻沉淀塘和熟化塘等4种塘串联组成(如图1所示)，它们与普 通单元塘和塘系统相比，具有如下一些优点和缺点：
水力负荷率和有机负荷率较大，而水力停留时间较短，甚至很短，如只有数天之久；节 省能耗；基建和运行费用较低；能实现水的回收和再用以及其它资源的回收；其代表性的BOD 去除率为98%，COD为93%，TN为70%，NH3－N为95%，TP为90%，细菌为99.999 9%。
废水处理和氧、水、营养物回收和再用的高级组合塘系统［２３］
1 格栅和沉砂池 2 配水池 3 发酵坑 4 兼性塘
5 充氧水回流 6 低水位出水 7 浆板混合器 8 高负荷藻塘
9 高水位出水 10 藻储存衰减坑 11 藻沉淀塘
12 沉淀藻回流 13 藻回收 14 低水位出水 15 熟化塘
16 高水位出水 17 水再用 18 补充曝气
由美国克莱姆逊大学里奇(L.G.Lich)教授研究开发的双功率曝气水平多塘串联系统(DDMC)，是在美国通用的曝气塘→最后净化塘系统的基础上改进而成，由首端的高曝气功率塘(或称 完全混合塘)与其后的三个串联的低功率曝气塘(部分混合塘)组成，按活性污泥法的原理工 作的。这种塘系统的优点是通过曝气供氧以及由此形成的活性污泥大大提高了塘的处理效率 和负荷，相应的总水力停留时间仅为：4～6d(南方～北方)，这比普通塘系统至少需20～30d，最长达半年之久要少得多。另通过曝气系统的优化设计与运行，可使新增的活 性污泥与衰亡的活性污泥量相等，实现剩余污泥的零排放。
2.2.2.2 人工湿地 人工湿地主要用于小城镇、村镇的污水处理。人工湿地为工程筑造的湿地，筑有围堤，为 保证污水有良好的水力流态和较大体积的利用率，采用适宜的形状和尺寸，及进 水、出水和布水系统。其中种植生长芦苇等沼生植物。人工湿地运行简单，处理效果良好，不仅能去除COD、BOD等有机物，而且能除磷脱氮和去除重金属等［１５］.；因此近年 来发展迅速。例如英国Severn Trent水公司所服务的区域内，人工湿地污水处理系统从80年 代以来的一座迅速发展到90年代末的一百余座，并迅速推广应用于雨水处理，成为雨水处 理的主要方法之一。［１３］
人工湿地也成为许多种工业废水(化工、石油化工、纸浆、纺织印染、重金属废水、化 学试剂等)的有效处理方法［１５］.。英国已建成了处理能力为3000m3/d，占 地面积为5hm2的芦苇湿地，用于处理化工废水，其去除率为酚95%，甲醇＞99%，甲基苯胺 95%～97%，COD 80%；德国一养猪厂用芦苇床人工湿地(0.25hm2)，处理约100m3/d高浓 度养猪废水，其总氮，NH4+，NO3-，PO4+，K+，Cu2+的去除率 分别为88.9%，93.2%，95.2%，99.6%，86.8%和95%［１５］.。
我国有大面积的分布广泛的自然湿地，如：黑龙江省有自然湿地2000万亩；在我国 沿海地区从北到南分布有大量的自然湿地；仅天津就有湿地面积200余万亩，在山东省如 ：寿光、胶南、胶州和荣城等都有大面积的天然的湿地或半人工的湿地，在处理城市污水或 工 业废水中，表现出明显的净化效果。这些自然的或半人工的湿地处理系统，与国外人工湿地 相 比是原始的，通过借鉴和学习国外的先进和成功的经验，许多城市可建成处理生活污 水和工业废水的比较完善的人工湿地处理系统。
2.2.2.3 污水处理与利用［１８，２８，２９］.在我国的中小城镇和农村，在污水处理上应因地制宜的处理与利用相结合，利 用生态处理系统，在污水处理的同时实现污水的无害化和资源化，从而实现水的良性循环和 水资源的可持续发展。
污水处理与利用生态系统是以太阳能为初始能源，通过在污水生态系统中种植水生作物，进行水产和水禽养殖，形成人工生态系统。在太阳能(日光辐射提供能量)的推动下，通过生 态系统中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入该系统污水中的有 机污染物进行降解和转化，最后不仅去除了污染物，而且以水生作物，水产(如鱼、虾、蟹、蚌等)和水禽(如鸭、鹅等)的形式作为资源回收，净化的污水也作为再生水资源予以回收 再用，使污水处理与利用结合起来，实现了污水处理资源化。
作者在总结以往负责设计和指导的黑龙江省安达，九三农场，内蒙古集宁市，山东省胶州 市等城市污水或高浓度有机废水的处理与利用生态工程的基础上，1998年又完成了山东省东 营市污水净化与回收再用生态处理系统的设计，其污水处理量为10万m3/d，处理流程如下 ：
原生污水-预处理-高效厌氧塘-曝气塘-曝气养鱼塘-养鱼塘-藕塘-苇塘(人工湿地)-出水至农用水库或广利河
污水在高效厌氧塘、曝气塘和曝气养鱼塘中处理后，进入到养鱼塘、藕塘和苇塘进行多级 利用和进一步净化。在这一处理与利用工程中，污水中的有机物和营养物通过食物链的物质 转移和能量转化，实现了污水的净化和资源化。该工程已于2000年10月建成并投产运行。生 活污水作为稳定可靠的水源，将极大地缓解当地的水资源短缺问题。 参考文献
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4.水中的有害物质：有机物：三氯甲烷、四氯化碳、农药、氨氮等；重金属：铅、汞、锰、镉等；微生物：细菌、致病菌。
联合国指出，每年全世界约500万人死于同水有关的疾病。世界卫生组织于该年10月公布了威协人类健康的十大杀手，不洁饮水位列其中。
1.全球水污染现状
目前，全世界每年约有4200多亿m3的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿m3的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。
第四届世界水论坛提供的联合国水资源世界评估报告显示，全世界每天约有数百万吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8L淡水;所有流经亚洲城市的河流均被污染;美国40%的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染;欧洲55条河流中仅有5条水质勉强能用。
水污染对人类健康造成很大危害。发展中国家约有10亿人喝不清洁水，每年约有2500多万人死于饮用不洁水，全世界平均每天5000名儿童死于饮用不洁水，约1.7亿人饮用被有机物污染的水，3亿城市居民面临水污染。在肝癌高发区流行病的调查表明，饮用藻茵类毒素污染的水是肝癌的主要原因。
世界各地水污染的严重程度主要取决于人口密度、工业和农业发展的类型和数量以及所使用的三废处理系统的数量和效率。近年3月21日的世界水日，联合国发布的资料表明：目前全球有11亿人缺乏安全饮用水，每年有500多万人死于同水有关的疾病。据联合国环境规划署预计，今天世界上将有1200万人死于水污染和水资源短缺。如果人类改变目前的消费方式，到2025年全球将有50亿人生活在用水难以完全满足的地区，其中25亿人将面临用水短缺。由于人们饮用了被污染的水，这正是人得病，甚至传染的主要起因之一。据有关报道，发展中国家中估计有半数人，不是由于饮用被污染的水或食物直接受感染，就是由于带菌生物(带病煤)如水中孳生的蚊子间接感染，而罹患与水和食品关联的疾病。这些疾病中最普遍且对人类健康状况造成影响最大的疾病是腹泻病、疟疾、血吸虫病、登革热、肠内寄生虫感染和河盲病(盘尾丝虫病)。联合国教科文组织发布的数据显示，大约80%的类疾病是由质量低劣的饮用水造成的。今天“世界环境日”联合国秘书长安南宣读的声明说，全球每6人中有1人在生活中无法固定获得干净的水源。世界卫生组织估计，仅仅饮用了不安全的水以及缺乏卫生用水而得的疾病，每年死亡的总人数在500万人以上亚洲开发银行认为，亚洲人口的寿命缩短的年数约有42%是由于水源污染和卫生条件差引起的。
由于在水资源保护方面投入不足，印度每天有200多万吨工业废水直接排入河流、湖泊及地下，造成地下水大面积污染，所含各项化学物质指标严重超标，其中，铅含量比废水处理较好的工业化国家高20倍。此外，未经处理的生活污水的直接排放也加剧了水污染程度。流经印度北方的主要河流——恒河已被列入世界污染最严重的河流之列。当地居民饮用和在烹饪时使用受污染的地下水已经导致了许多健康问题，例如腹泻、肝炎、伤害和霍乱等。在印度首都新德里，有条件的家庭都给自家的自来水设施安装了净水器，桶装纯净水也日益受到人们的青睐。由于地下水污染严重，目前在印度市场上销售的12种软饮料，有害残留物含量超标。有些软饮料中杀虫剂残留物含量超过欧洲标准10倍至70倍。
世界卫生组织统计，世界上许多国家正面临水污染和资源危机：每年有300万～400万人死于和水污染有关的疾病。在发展中国家，各类疾病有80%是因为饮用了不卫生的水而传播的。初步调查表明，我国农村有3亿多人饮水不安全，其中约有6300多万人饮用高氟水，200万人饮用高砷水，3800多万人饮用苦咸水，1.9亿人饮用水有害物质含量超标，血吸虫病地区约1100多万人饮水不安全。
统计显示，每年全世界有12亿人因饮用污染水而患病，1500万5岁以下儿童死于不洁水引发的疾病，而每年死于霍乱、痢疾和疟疾等因水污染引发的疾病的人数超过500万。
全球每天有多达6000名少年儿童因饮用水卫生状况恶劣而死亡。在发展中国家，每年约有6000万人死于腹泻，其中大部分是儿童。
在19世纪20世纪曾发生好多起严重事件。如1832～1886年英国太晤士河因水质为病菌污染，使伦敦流行过4次大霍乱，1849年一次死亡在14000人以上，1892年德国汉堡饮水受传染病菌污染，使16000人生病，7500人死亡。1965年春天，美国加利福尼亚的一个小镇，因饮水受病菌污染，发生18000多人患病，5人死亡的流行病。2.中国水污染现状
经过多年的建设，我国水污染防治工作取得了显著的成绩，但水污染形势仍然十分严峻。2005年，全国废水排放总量为524.5亿t(吨)，工业废水排放达标率为，城市污水处理率仅为149.8万t。其中工业废水占39%~35%，城市污水占61%~65%，城市污水已经成为主要的污染源。
根据国家环保局发布的中国环境质量公告，全国七大水系中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严重。411个地表水检测断面中，Ⅰ~Ⅲ类的断面仅占41%，Ⅳ~Ⅴ类的断面占32%，劣Ⅴ类水质的断面达27%，说明已有59%的河段不适宜作为饮用水水源。与河流相比，湖泊、水库的污染更加严重。2005年，28个国控重点湖泊及水库中，满足Ⅱ类水质的仅有2个，满足Ⅲ类水质的只有6个;Ⅳ~Ⅴ水质的8个，劣Ⅴ类的竟达12个，即72%的湖泊和水库已不宜作为饮用水水源，43%的湖泊和水库失去了使用功能。目前全国有25%的地下水体遭到污染，35%的地下水源不合格;平原地区约有54%的地下水不符合生活用水水质标准。据全国118个城市浅层地下水调查，的城市地下水受到不同程度污染。一半以上的城市市区地下水严重污染。2005年，全国主要城市地下水污染存在加重趋势的城市有21个，污染趋势减轻的城市14个，地下水水质基本稳定的城市123个，说明地下水的污染应当引起重视。
河流、湖泊及地下水所遭受的污染直接影响到饮用水源，来自国家环保总局的一组最新数据显示，我们的饮用水，50%以上是不安全的。目前我国农村约有1.9亿人的饮用水有害物质含量超标，城市中污水的集中排放，严重超出水体自净能力，许多城市存在水质型缺水问题。从2001年到2004年，全国共发生水污染事故3988起，平均每年近1000起。2005年发生了松花江水污染事件、珠江北江镉污染事件，沱江污染事件等重大污染事件，在全国乃至国际上造成十分严重的影响。
2005年，远海海域水质保持良好，局部近海域污染严重，Ⅳ类和劣Ⅳ类海水占。胶州湾和闽江口中度污染，劣Ⅳ类海水占50%;珠江口、辽东湾、渤海湾污染较重，Ⅳ类、劣Ⅳ类海水比例在60%~80%之间;长江口、杭州湾污染严重，以劣Ⅳ类海水为主。
2005年全海域共发现赤潮82次，累计发生面积约27070km2，其中有毒藻类引发的赤潮次数和面积大幅增加。大面积赤潮集中在浙江中部海域、长江口海域、渤海湾和海州湾等，东海仍为赤潮的重灾区。海洋的污染对海洋渔业、养殖业造成巨大损失，并间接危害人类健康。赤潮主要对沿岸鱼类和藻类养殖造成影响，因赤潮造成的直接经济损失逾6900万元。
中国预防医学科学院环境卫生监测所进行的饮用水监测显示，水质量问题已经非常严重。全国26个省、区的180个县市，有43.3%的人在喝着不安全的水。近来关于水污染的报道越来越多，愈来愈严重。
新闻报道1：江苏省疾病控制中心专家多年研究后绘制出江苏省癌症死亡病毒，高发区在苏中里下河地区和环太湖流域――全在水源附近。目前江苏省的癌症发病率及死亡率已处于全国前列。中科院南京土壤研究所也公布最新科研成果：贵为天下粮仓的长江三角洲地区土壤除了农药、重金属污染外，一些罕见的有机致癌物已经出现，毒性最高的当属多氯联苯和多环芳烃，重金属严重超标的是镉、铅、汞。土壤的污染已危及人体。
新闻报道2：太湖，我国第三大淡水湖，面积2400平方公里，流域面积36895平方公里，是上海和苏锡常、杭嘉湖地区最重要的水源———如果把太湖流域视为人体的话，无论从其地理位置、轮廓还是战略功能上看，太湖就是上海和苏锡常、杭嘉湖7城市的“心脏”，纵横交错的河网，就是维系该地区生存、发展的各类“血管”。“按现在的城乡排污量和达标排放的标准治理太湖，太湖流域的水永远达不到清洁地面水的要求。2015年要吃上干净水，任重道远。”水利部原副总工程师、中国工程院院士徐乾清在发言中毫不客气地指出。
新闻报道3：2003年公布的新一轮全国地下水资源评价与战略问题研究显示，全国约有一半城市市区的地下水污染比较严重，地下水水质呈下降趋势。评价显示，按照《地下水质量标准》进行区域评价，按分布面积统计，有六成三的地下水资源可供直接饮用、一成七需经适当处理后方可饮用，一成二不适宜饮用但可作工农业供水水源，约百分之八的地下水不能直接利用，需要经过专门处理后才能利用。全国约有一半城市市区的地下水污染比较严重，地下水水质呈下降趋势。全国约有七千多万人仍在饮用不符合饮用水水质标准的地下水。
新闻报道4：今年以来，淮河流域污染反弹加剧，环保部门对重点排污企业的监测结果显示，安徽淮河流域设置的19个国控监测断面有13个处于超标状态，淮河流域污染物排放总量呈上升势头。淮海两岸也流传着一首歌谣：50年代淘米洗菜，60年代洗衣灌溉，70年代水质变坏，80年代鱼虾绝代，90年代拉稀生癌!(央视04年8月10报道)
新闻报道5：从黄河水资源保护部门获悉，2004年以来，黄河水污染回潮，干流劣五类水质河段已占监测评价河段的百分之三十八。专家指出，劣五类水已基本失去水体功能，而按《中国水功能区划》规定，黄河干流水质应达到三类水标准。
新闻报道6：水环境恶化已成为海河流域经济社会可持续发展的一大隐忧，目前，整个海河流域1万公里的河长中，已经有75%受到污染，污染比例高居全国七大江河首位。海河流域包括北京、天津、河北、山东、山西、内蒙古等地区，这一流域自1997年以来，连续7年干旱，许多地区不得不靠超采地下水维持，目前全流域超采已达到1000多亿立方米，出现了9万多平方公里的地下开采漏斗区。
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