再生之水涵養(yǎng)奧運(yùn)“龍湖”
-- 清華大學(xué)胡洪營(yíng)教授專訪
水不在深，有龍則靈。
奧林匹克森林公園，北京城的城市中軸線與自然山水融為一體。龍形的蜿蜒水系，沿著城市的軸線向北盤臥。陽(yáng)光下，銀色的波光如同銀龍的鱗甲在綠色的山林間熠熠生輝。
眾所周知，比起許多國(guó)際大都市，北京是個(gè)缺水的城市。在一年的大部分時(shí)間里處于降水少、氣候干燥的環(huán)境中。在這樣一個(gè)水資源匱乏的地區(qū)，建設(shè)一個(gè)如此大規(guī)模的人工水體，水源從哪兒來？并且通過什么方法讓它自己可以運(yùn)轉(zhuǎn)起來？
在北京奧運(yùn)會(huì)召開之際，記者走訪了清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系教授胡洪營(yíng)。從奧林匹克森林公園水系水質(zhì)凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)到水質(zhì)檢測(cè)等相關(guān)工作，他都參與了。“為了節(jié)約水資源，體現(xiàn)綠色奧運(yùn)和科技奧運(yùn)的理念，奧林匹克森林公園主湖及其相關(guān)水系主要以清河和北小河再生水廠的高品質(zhì)再生水作為補(bǔ)充水源。”胡洪營(yíng)說。
再生水景觀利用需防范健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)
所謂再生水，即污水經(jīng)深度處理后，達(dá)到一定水質(zhì)指標(biāo)，滿足某種使用要求，可以進(jìn)行有益使用的水。
為了解決我國(guó)水資源短缺問題，目前，再生水已經(jīng)逐漸開始用于灌溉、景觀用水（水體補(bǔ)給）、沖廁、車輛沖洗、消防和工業(yè)冷卻水等非直接飲用途徑。但是，普通百姓對(duì)再生水還是心有余悸，畢竟再生水不同于自來水。
胡洪營(yíng)表示：“未經(jīng)處理的城市污水具有病原微生物種類多、數(shù)量大，化學(xué)污染物種類復(fù)雜、濃度高以及水質(zhì)、水量變化大等特點(diǎn)，如何優(yōu)化污水再生處理工藝、提高污染物去除效率、保障再生水的水質(zhì)安全，就成為了污水再生利用的核心和關(guān)鍵問題。”
再生水中的污染物可分為化學(xué)污染物和病原微生物兩大類。因此，公園內(nèi)景觀用水的再生水存在兩種潛在風(fēng)險(xiǎn)：一是病原微生物引起的健康風(fēng)險(xiǎn)，二是氮磷引起的富營(yíng)養(yǎng)化和水華暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，即生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
優(yōu)化消毒工藝確保再生水水質(zhì)安全
生活污水受到人畜糞便污染，由其中的病原體引起的微生物風(fēng)險(xiǎn)通常是再生水利用的主要問題。胡洪營(yíng)指出：“有效檢測(cè)和預(yù)防病原微生物污染、保障水質(zhì)安全，是污水再生利用的前提。”
消毒可以殺滅病原微生物、防止流行疾病的傳播，是污水再生處理過程中必不可少的環(huán)節(jié)，也是保證再生水水質(zhì)安全的關(guān)鍵措施。但胡洪營(yíng)說：“在消毒過程中，消毒劑有時(shí)會(huì)與水中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生有毒有害的消毒副產(chǎn)物，從而增加由化學(xué)物質(zhì)引起的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。”
如何處理好病原微生物滅活與水質(zhì)安全的矛盾，成為污水再生處理中面臨的重要科學(xué)問題。
氯是再生水消毒中最常用的消毒劑，但在氯消毒過程中產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物會(huì)帶來一定的水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)。
雖然病原微生物被控制住了，但是又生成了有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，這是我們不想看到的。”
目前，通過生物毒性評(píng)價(jià)來評(píng)判消毒安全性的研究還很不系統(tǒng)深入，不能滿足指導(dǎo)污水消毒實(shí)踐的需要。針對(duì)這種情況，胡洪營(yíng)帶領(lǐng)他的課題組，在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持下，研究了氯和二氧化氯消毒對(duì)再生水生物毒性的影響及其控制方法，通過優(yōu)化氯消毒工藝，在控制病原微生物的基礎(chǔ)上，減少有毒有害化學(xué)物質(zhì)的生成。
紫外線消毒是一種新型的消毒技術(shù)，但消毒后，病原微生物容易出現(xiàn)死后復(fù)活的現(xiàn)象。如何控制紫外線消毒后病原微生物的復(fù)活，成為紫外線消毒實(shí)踐中面臨的難題。為破解這一難題，胡洪營(yíng)領(lǐng)導(dǎo)的課題組又開始了控制紫外消毒后被殺死的病原微生物復(fù)活的技術(shù)研究。
“氯消毒和紫外消毒是用得較多的兩種方法，不過平時(shí)考慮其安全性的并不太多。”胡洪營(yíng)說：“再生水的利用存在一定的健康和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，但是，只要通過現(xiàn)有技術(shù)工藝處理得當(dāng)，加強(qiáng)管理和水質(zhì)監(jiān)控，就能夠保證水質(zhì)安全。”
利用水生植物凈水功能，保障景觀水系水質(zhì)安全
城市污水經(jīng)過一級(jí)處理（沉淀、過濾），到二級(jí)生物處理，再到深度處理（包括混凝——沉淀——過濾、臭氧氧化、生物活性碳、膜過濾等不同工藝），最后經(jīng)過消毒，成為可用于景觀用水的再生水。
就這樣，從污水處理廠出來的再生水，通過管網(wǎng)的運(yùn)輸，最終到達(dá)奧林匹克森林公園。
“到了公園后，景觀水體中由氮磷引起的水華是最讓人擔(dān)心的。”胡洪營(yíng)課題組的工作也跟著再生水從污水處理廠延伸到了奧林匹克森林公園。
為了確保水系水質(zhì)，奧林匹克森林公園建設(shè)了完善的水質(zhì)凈化系統(tǒng)，包括再生水補(bǔ)水凈化人工濕地、氧化塘處理系統(tǒng)、湖水循環(huán)處理人工濕地及湖體滯水區(qū)助流系統(tǒng)等。“值得關(guān)注的是，水生和濕生植物具有的凈化功能，在整個(gè)奧林匹克森林公園的水質(zhì)凈化系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。”
再生水進(jìn)入主湖之前首先經(jīng)過潛流濕地進(jìn)行第一次凈化。潛流濕地的作用就是過濾再生水中無法通過土壤的有害物質(zhì)，并利用土壤中的某些物質(zhì)與水中的部分化學(xué)元素結(jié)合，將有害元素從水中分離出來。
經(jīng)過濕地處理的再生水進(jìn)入生態(tài)塘進(jìn)行二次處理。生態(tài)塘中大量種植有凈化水體功能的水生植物與濕地植物，通過植物的根系或植物分泌的液體對(duì)水體進(jìn)行凈化，同時(shí)還可以美化水體環(huán)境，營(yíng)造特殊的濕地景觀。經(jīng)過幾次處理，再生水就能作為奧林匹克森林公園水系統(tǒng)的主要補(bǔ)水水源。
胡洪營(yíng)興奮地告訴記者：“通過濕地和水生植物的水質(zhì)凈化作用和抑藻作用，奧林匹克森林公園的水系將成為北京最大的再生水凈化自然水系。這一水系的形成，一定程度上解決了北京干旱無水補(bǔ)、下雨留不住的局面。”
光靠濕地系統(tǒng)處理再生水補(bǔ)水，有些情況下還不能完全達(dá)到水質(zhì)保持的目標(biāo)，暴雨徑流帶來的氮磷很難阻擋，也會(huì)匯入湖中。“這還需要通過水體的循環(huán)處理來保障水質(zhì)。”胡洪營(yíng)介紹：“通過水泵將湖水提升到人工濕地和生態(tài)塘系統(tǒng)進(jìn)行處理，一來凈化了湖水，二來促使湖水的流動(dòng)，增加了水體復(fù)氧速率，提高了湖水的自凈能力，從而有效預(yù)防水質(zhì)惡化。”
奧運(yùn)期間，一天測(cè)一次
采訪時(shí)，記者參觀了胡洪營(yíng)課題組的實(shí)驗(yàn)室，看到兩個(gè)學(xué)生正在測(cè)水樣，一問才知道，那些樣品就是采自?shī)W林匹克森林公園龍型水系的主湖。
“奧運(yùn)會(huì)之前，一周檢測(cè)一次；奧運(yùn)會(huì)期間，一天檢測(cè)一次。”他們說。
胡洪營(yíng)說：“這樣高的頻率，是為了能夠隨時(shí)掌握水質(zhì)的變化。水質(zhì)一有劣化的跡象，就可以盡早采取措施，防患于未然。”
他進(jìn)一步補(bǔ)充：“奧林匹克森林公園景觀水系達(dá)到的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是水環(huán)境質(zhì)量的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。但是Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的水體中也存在水華暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。為了及時(shí)預(yù)測(cè)水華，有必要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。”
他們?yōu)榇酥贫艘幌盗蓄A(yù)案，例如，氮磷的濃度如果有升高的跡象，可以采取直接凈化的方式，投加磷的吸附劑或置換水體；當(dāng)?shù)走_(dá)到一定的濃度，有水華出現(xiàn)的跡象時(shí)，可以投加抑藻劑來控制藻類的生長(zhǎng)。
再生水利用是值得的
污水再生利用是胡洪營(yíng)的主要研究方向之一，他的課題組一半以上的人員從事這方面的研究。
其實(shí)，我國(guó)開始再生水的研究較早，“八五”、“九五”都有相關(guān)的研究課題和示范項(xiàng)目。而大家意識(shí)到再生水的重要性，是最近幾年的事。
胡洪營(yíng)說：“我們并不僅僅圍繞奧運(yùn)會(huì)開展再生水水質(zhì)安全與保障技術(shù)研究。應(yīng)該說，早在2000年我們已經(jīng)開始做了相關(guān)工作。前期研究成果正好在奧運(yùn)會(huì)期間得到了實(shí)際應(yīng)用。”
生活污水是一類重要的非傳統(tǒng)水源，目前已有許多小區(qū)建立了污水再生處理系統(tǒng)，今后小區(qū)生活污水再生利用將會(huì)有更強(qiáng)的發(fā)展勢(shì)頭。再生水可用于小區(qū)綠化、沖廁、洗車等，起到緩解水資源短缺壓力的重要作用。他指出，尤其是我國(guó)北方地區(qū)缺水嚴(yán)重，污水再生利用是解決這一問題的一個(gè)重要方向，政府應(yīng)該加大力度推行和實(shí)施。
在再生水的研究中，他最關(guān)心的就是安全和水量?jī)蓚€(gè)問題，如何有針對(duì)性地采用合適的技術(shù)工藝來處理污水，以保障再生水的水質(zhì)安全；如何提高處理能力，以保證再生水的供水量。
“再生水的利用，不論是從經(jīng)濟(jì)上，還是從技術(shù)上，都是值得的。首先不用新的水源，隨著技術(shù)的逐漸進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)可行性也會(huì)越來越明顯。”胡洪營(yíng)說：“我國(guó)推廣再生水技術(shù)，面臨的比較大的問題有幾個(gè)：一是如何保障水質(zhì)，技術(shù)上還有些問題沒有解決；二是如何保證每一個(gè)工藝環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行；三是管網(wǎng)系統(tǒng)，現(xiàn)在建設(shè)得還不夠；四是水價(jià)，經(jīng)濟(jì)上可行了，大家自然都愿意用了。”
來源：《科學(xué)時(shí)報(bào)》2008-08-12
