水污染和水资源短缺的防治
水污染和水资源短缺的防治
水是生命之源。长久以来，我们都以为水是取之不尽、用之不竭的，直到今天，我们才知道要珍惜水资源。针对世界水资源的污染和短缺，我们要做到防治结合，既要治理、回用废水，将其资源化，又要防止水的进一步污染和浪费。
建立节水型社会
如果鱼儿没有了水
水资源的安全，大有文章可做，好的水资源保护和政策利用，可以督促人们保护和合理利用水资源，有利于缓解水资源的供求矛盾，确保水资源的安全。相反，水资源就会遭到破坏和浪费，水资源的安全程度就会遭到威胁。
以色列因为缺水，实行了管道调水工程，水价高到14美元／立方米，折合人民币116元／立方米，是中国水价的28倍。以色列围绕获取水源采取扩张军事手段，占领大片阿拉伯领土，阿以冲突更为复杂，20世纪60年代以色列实施国家引水工程，阿拉伯国家为了与之抗争，实施了自己的河水改道工程，最后成了中东第三次战争的重要起因。此外，叙利亚、伊拉克同土耳其之间争夺水资源的斗争也十分激烈，这种斗争将会引起国际冲突。这些例子屡见不鲜。
我国是人口大国，缺水问题特别严重，进行节水革命刻不容缓，节水革命就是要建设节水城市、节水工业、节水农业，建立节水生活方式和建设节水型社会。
第一，培养全民的节水意识，狠抓节水宣传，要革命就要制造革命的舆论，进行节水革命就必须从节水意识抓起，要让全国人民都知道我国水资源匮乏的实际，重视紧迫感，通过各种媒体大力宣传国情和水情，讲透节约用水的重要性，把节约用水、保护水体作为一种社会公德，增强公民节水的使命感、责任感，让大家都为节水型社会建设作贡献。为实现人水和谐相处的最终目标，在日常生产和生活全过程中，人人必须树立节水意识和观念，排斥那些毫不吝啬地浪费水资源、满不在乎地污染水资源的行为。
第二，重视水资源的保护和管理。搞好水资源的保护和管理是进行节水革命的重要一环，为此，要打破现在多龙治水的局面，改变部门地区分隔管理的现状，要强化水源的开发保护、监督和管理，水资源管理部门要制定国内河流、水库和地下水的开采办法，落实保护措施，研究和出台用水规定、节水政策和节水法规。
第三，加强节水技术的研究和开发。节水革命一定要狠抓研究和技术创新。近年来，德国经过研究使棉纺厂用水节省80%，在居民用水方面美国水务局对7．4万居民安装节水型水池，澳大利亚和瑞典专门研究厕所用水，降低用水分别达到80%和84%，此外中水、雨水也在世界许多地方得到推广和使用。在农田用水方面，用滴灌、机灌代替漫灌水，提高利用率，减少淡水用量，提高农作物产量，这些例子充分说明节水方面有很多可以创新的地方，节水的研究可以大有作为。
请节约每一滴水
第四，制定水价政策，推动水价改革。要推动节约用水就要充分发挥水价的经济杠杆作用，要改变低水价造成的错误导向，要促进人们节水意识的增强，也有利于节水科技产品的开发和推广。浙江最近出现的东洋向义乌卖水的现象，必将利于水资源的节约。
第五，扶持清洁产业。在新世纪，清洁产业的新概念是：从原料选择到产品设计，从产品设计到工艺设计，从产品销售到产品维修，从产品使用到产品废弃，都要考虑到选择适宜原材料，尽量节约原材料，减少废弃物，不增加污染，不断促进废弃物的利用和资源循环。国家通过征税来扶持清洁产业，对于企业减少排污有很大的作用。
第六，严格治理污水和垃圾，防治污染水体。为了减少污染和垃圾对水体的污染，必须加强管理，除了严禁不达标污水排入江河湖海外，还要加强垃圾处理的管理。当前全国各地垃圾围城十分严重，对地下水的污染极其严重，对此必须引起高度重视，以保护江河与地下水资源的卫生。
第七，开发利用污水资源，发展中水处理、污水回用技术。城市中部分工业生产和生活产生的优质杂排水经处理净化后，可以达到一定的水质标准，作为非饮用水使用在绿化、卫生用水等方面。
水资源的短缺和污染已成为我国可持续发展的瓶颈，成为未来20年我国实现全面建设小康社会目标所面临的重大挑战之一。建设节水型社会是解决我国干旱缺水问题最根本、最有效的战略举措。
地埋式中水处理设施
废水处理的科学方法
废水中污染物多种多样，废水处理就是利用各种技术措施将各种形态的污染物从废水中分离出来，或将其分解、转化为无害和稳定的物质，从而使废水得以净化的过程。
根据所采用的技术措施的作用原理和去除对象，废水处理方法可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三大类。
废水的物理处理法
目前，各国对水污染大多采取净化处理的办法，最便宜的是滤去砂砾，除去浮渣，使其他杂质沉入淀池底，形成污泥。也就是物理处理法。废水的物理处理法是利用物理作用来进行废水处理的方法，主要用于分离去除废水中不溶性的悬浮污染物。
1．沉淀法
沉淀法在当今的废水处理中应用广泛，是一种重要的处理构筑物。沉淀法的基本原理是利用重力作用使废水中重于水的固体物质下沉，从而达到使之与废水分离的目的。这种工艺处理效果好，并且简单易行。
沉淀法一般需要多道工序、逐渐净化：
①在沉砂池去除无机砂粒；
②在初次沉淀池中去除重于水的悬浮状有机物；
③在二次沉淀池去除生物处理出水中的生物污泥；
④在混凝工艺之后去除混凝形成的絮凝体；
⑤在污泥浓缩池中分离污泥中的水分，浓缩污泥。
2．气浮法
用于分离比重与水接近或比水小，靠自重难以沉淀的细微颗粒污染物。其基本原理是在废水中通入空气，产生大量的细小气泡，并使其附着于细微颗粒污染物上，形成比重小于水的浮体，上浮至水面，从而达到使细微颗粒与废水分离的目的。
3．离心分离
使含有悬浮物的废水在设备中高速旋转，由于悬浮物和废水质量不同，所受的离心的不同，从而可使悬浮物和废水分离。根据离心力的产生方式，离心分离设备可分为旋流分离器和离心机两种类型。
造纸废水生物处理回用
废水的生物处理法
物理处理法的缺点是留有至少50%的耗氧杂质在水中，而且留下大量污泥。因此，最受欢迎的是利用微生物、细菌、霉菌、酵母菌和一些原生物，使污水中的有机物分解为二氧化碳、水、硫酸盐等简单的无机物，达到污水净化的目的。
在自然界中，栖息着巨量的微生物。这些微生物具有氧化分解有机物并将其转化成稳定无机物的能力。废水的生物处理法就是利用微生物的这一功能，并采用一定的人工措施，营造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高微生物氧化、分解有机物的能力，从而使废水中的有机污染物得以净化的方法。
生物膜处理材料——悬浮球
不同的微生物可以净化不同的污水。芽孢杆菌能消除污水中的酚，耐汞杆菌能吸收污水中的汞。有一种细菌能把滴滴涕转变成溶于水的物质，消除毒性。真菌可以吃掉浮在水面上的油类。枯草杆菌、马铃薯杆菌能消除己丙酰胺。溶胶假单孢杆菌可以氧化剧毒的氰化物。红色酵母菌和蛇皮癣菌对聚氯联苯有分解能力。
根据采用的微生物的呼吸特性，生物处理可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。根据微生物的生长状态，废水生物处理法又可分为悬浮生长型（如活性污泥法）和附着生长型（生物膜法）。
1．好氧生物处理法
好氧生物处理是利用好氧微生物，在有氧环境下，将废水中的有机物分解成二氧化碳和水。好氧生物处理处理效率高，使用广泛，是废水生物处理中的主要方法。好氧生物处理的工艺很多，包括活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等工艺。
2．厌氧生物处理法
厌氧生物处理是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物的处理技术，最终产物为甲烷、二氧化碳等。多用于有机污泥、高浓度有机工业废水，如啤酒废水、屠宰厂废水等的处理，也可用于低浓度城市污水的处理。污泥厌氧处理构筑物多采用消化池，最近20多年来，开发出了一系列新型高效的厌氧处理构筑物，如升流式厌氧污泥床、厌氧流化床、厌氧滤池等。
3．自然生物处理法
自然生物处理法即利用在自然条件下生长、繁殖的微生物处理废水的技术。主要特征是工艺简单，建设与运行费用都较低，但净化功能易受到自然条件的制约。
用微生物处理废水一般采用活性污泥法、塔式生物过滤法、生物转盘法、氧化塘法等。尽管微生物的本领奇妙，但它们对通气性、酸碱度、营养物、温差等都有一定的要求。因此，使用时一定要掌握好它们的生长规律。
废水的化学处理法
经过微生物处理后，水中仍留下比较复杂的化学污染物，而且还不能除掉不断增加的氮和磷，因此，人们经常通过化学方法继续净化污水。
所谓化学处理法，是利用化学原理消除污染物，或者将其转化为有用的物质。经常使用的办法是中和、氧化还原、混凝、电解等。例如，美国加利福尼亚州的大和湖是一个非常深而景色秀丽的湖，但它受到兴旺旅游业的威胁。政府为此在那里兴建了一个处理工厂，每天吸取750万吨湖水，除去普通的污染和污泥后，用石灰除去磷，并在解吸塔中吹出氮（它在污水中通常是以氨的形式出现），然后使水首先通过分离床除去残余的磷，最后通过活性炭吸附掉大部分留下来的化学物质。
1．中和法
中和法是利用化学方法使酸性废水或碱性废水中和达到中性的方法。在中和处理中，应尽量遵循“以废治废”的原则，优先考虑废酸或废碱的使用，或酸性废水与碱性废水直接中和的可能性；其次才考虑采用药剂（中和剂）进行中和处理。
2．混凝法
混凝法是通过向废水中投入一定量的混凝剂，使废水中难以自然沉淀的胶体状污染物和一部分细小悬浮物经脱稳、凝聚、架桥等反应过程，形成具有一定大小的絮凝体，在后续沉淀池中沉淀分离，从而使胶体状污染物得以与废水分离的方法。通过混凝，能够降低废水的浊度、色度，去除高分子物质——呈悬浮状或胶体状的有机污染物和某些重金属物质。
3．化学沉淀法
化学沉淀法是通过向废水中投入某种化学药剂，使之与废水中的某些溶解性污染物质发生反应，形成使难溶盐沉淀下来，从而降低水中溶解性污染物浓度的方法。化学沉淀法一般用于含重金属工业废水的处理。根据使用的沉淀剂的不同和生成的难溶盐的种类，化学沉淀法可分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和钡盐沉淀法。
4．氧化还原法
氧化还原法是利用溶解在废水中的有毒有害物质，在氧化还原反应中能被氧化或还原的性质，把它们转变为无毒无害物质的方法。废水处理使用的氧化剂有臭氧、氯气、次氯酸钠等，还原剂有铁、锌、亚硫酸氢钠等。
5．吸附法
活性炭具有很强的吸附性
吸附法是采用多孔性的固体吸附剂，利用国一液相界面上的物质传递，使废水中的污染物转移到固体吸附剂上，从而使之从废水中分离去除的方法。具有吸附能力的多孔固体物质称为吸附剂。根据吸附剂表面吸附力的不同，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换性吸附。在废水处理中所发生的吸附过程往往是几种吸附作用的综合表现。废水中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、沸石等。
6．离子交换法
离子交换是指在固体颗粒和液体的界面上发生的离子交换过程。离子交换水处理法即是利用离子交换剂对物质的选择性交换能力去除水和废水中的杂质和有害物质的方法。
7．膜分离
可使溶液中一种或几种成分不能透过，而其他成分能透过的膜，称为半透膜。膜分离是利用特殊的半透膜的选择性透过作用，将废水中的颗粒、分子或离子与水分离的方法，包括电渗析、扩散渗析、微过滤、超过滤和反渗透。主要的处理技术有稳定塘和土地处理法。
城市废水资源化
城市废水的大量排放不但是水资源的浪费，同时也会造成污染。世界上不少缺水国家把城市废水的资源化作为解决水资源短缺的重要对策之一。
废水净化后的人工湖
城市废水资源化的意义
近20年来经济的持续快速发展和人口的膨胀加剧了对水的需求，造成世界范围水资源短缺。水资源短缺威胁着人类的生存和发展，已成为全球人类共同面临的最严峻的挑战之一。为解决困扰人类发展的水资源短缺问题，开发新的可利用水源是世界各国普遍关注的课题。城市废水水质、水量稳定，经处理和净化以后可以作为新的再生水源加以利用。
城市废水如不加以净化，随意排放，将造成严重的水环境污染。如将城市废水的净化和再生利用结合起来，去除污染物，改善水质后加以回用，不仅可以消除城市废水对水环境的污染，而且可以减少新鲜水的使用，缓解需水和供水之间的矛盾，为工农业的发展提供新的水源，取得多种效益。许多国家和地区把城市废水再生水作为一种水资源的重要组成，对城市废水的资源化进行了系统规划。例如美国佛罗里达州的南部地区、加利福尼亚州的南拉谷那、科罗拉多州的奥罗拉、沙特阿拉伯、意大利及地中海诸国等。实践表明，城市废水经处理后可以满意地用于农业、城市和工业等领域。作为缓解水资源短缺的重要战略之一，城市废水资源化显示了光明的应用前景。
世界上许多国家围绕城市废水的资源化与再生利用开展了大量的研究，包括废水回用途径的分析与开拓，废水资源化工艺与技术研究，回用水水质标准的建立，回用水对人体健康的影响，促进废水资源化的政策与管理体系等。
废水资源化途径与再生水水质标准
1．废水资源化途径
污水处理厂
根据城市废水处理程度和出水水质，经净化后的城市废水可以有多种回用途径。大体可分为城市回用、工业回用、农业回用（包括牧渔业）和地下水回灌。在工业回用中，主要可用作冷却水；城市回用中有城市生活杂用水、市政与建筑用水等；农业用水则主要是灌溉用水。
2．再生水水质标准
对于城市废水的回用工程，最重要的是再生水的水质要满足一定的水质标准。回用对象不一样，所规定的标准也不一样。以下介绍几种废水回用途径及相应的水质标准。
（1）回灌地下水：再生水回灌地下蓄水层作饮用水源时，其水质必须满足或高于国家生活饮用水卫生标准（GB5749－85）。美国加利福尼亚州卫生署于1976年制订了再生水回灌地下水的建议水质标准，1977年进一步对水质标准进行了修订。考虑到难生物降解有机物对地下水质影响以及对人体健康的危害，除一般常规监测指标外，还要求对苯、四氯化碳等20种有机物和6种农药有机物进行监测。
（2）工业回用：再生水的工业回用主要有3个方面：回用作冷却水、工艺用水以及锅炉补给水。回用作冷却水的再生水水质应满足冷却水循环系统补给水的水质标准；回用作工艺用水时，由于工艺的不同，水质也千差万别，应根据不同工业的不同工艺，满足其相应的水质标准；用作蒸汽锅炉补给水的水质与锅炉压力有直接关系。再生水往往需要经过补充处理后才能适用于锅炉补给水。
（3）农业回用：再生水的农业回用主要用于灌溉。通常对灌溉用水的水质要求为：①应不传染疾病，确保使用者和公众的卫生健康；②不破坏土壤的结构与性能，不使土壤退化或盐碱化；③不使土壤中的重金属和有害物质的积累超过有害水平；④不得危害作物的生长；⑤不得污染地下水。
为了使再生水回用农业的水质符合以上要求，以保障人民身体健康，促进农业持续发展，世界卫生组织以及各国均制订了污水灌溉农田的水质标准。
城市废水资源化实例
作为解决水资源短缺的重要对策之一，国内外对城市废水的资源化与回用都十分重视，并取得了许多成功的经验。以下列举一些废水资源化的成功实例，以供我国广大缺水地区在探索、研究和推广废水资源化中借鉴和参考。
1．美国的废水再生与回用
美国城市废水的再生与回用起步较早。目前全美回用城市废水量达9．37×108 m／d，其中灌溉回用占62%，工业回用占31．6%。全美有再生水回用点536个，其中加州有238个。美国废水再生与回用的实例为全球的废水回用提供了很好的参考。
（l）加利福尼亚州橘子县21世纪水厂再生水回灌地下。该城市由于超量开采地下水，造成地下水位低于海平面，促使海水不断流向内陆，致使地下淡水退化不宜饮用。为防止地下水位下降造成海水入侵，美国加州橘子县早在1965年就开始研究将三级处理出水回灌地下，以阻止海水入侵。橘子县为此兴建了“21世纪水厂”，该厂设计能力为5678m3／d。原水为城市污水二级处理出水，进一步经沉淀、过滤和活性炭处理后回灌地下水。由于回灌地下总溶解性固体的限制为500毫克／升，因此一部分再生水在回灌地下水之前还采用反渗透法进行了脱盐。21世纪水厂的净化水通过23座多点注入管井分别注入四个蓄水层，与深层蓄水层井水以2∶1的比例混合以阻止海水的入侵。该项工程表明：人工控制海水入侵是可行的；城市废水经深度处理后能够达到饮用水水质标准。工程经长期运行证明稳定、可靠。
中水喷灌
（2）佛罗里达州圣彼得斯堡的废水再生与回用。该市是城市废水回用的先驱之一。1978年实施了双配水系统，供给用户两种质量的水（饮用水和非饮用水），再生水开始用于非饮用水目的的使用。1991年该市向7000多户家庭及办公楼提供再生水8×104 m3／d，并用作公园、操场、高尔夫球场灌溉用水以及空调系统冷却水和消防用水。
该市共有4座废水处理厂，总处理能力达270×103 m3／d，采用活性污泥生物处理工艺，并附加有铝盐混凝、过滤及消毒处理，双管输水系统管道共长420千米。通过10口深井将多余的再生水注入盐水蓄水层，一年间平均约有60%的再生水注入深井。
由于使用再生水，节约了优质水，因此尽管该市人口增加了10%，但饮用水仍能满足供应。
（3）亚利桑那州派洛浮弟核电站回用再生水作冷却水。该核电站是美国最大的核电站。第一期的3个反应堆，每个发电能力为1270兆瓦。此外拟再建2个反应堆。核电站地处沙漠，严重干旱，因此采用再生水作为冷却水。再生水来自2座城市废水处理的二级生物处理出水，输至核电站再经补充处理，使之达到所需水质。该核电站采用冷却水系统，补给水约200×103 m3／d。
2．日本的废水再生与回用
日本近20多年来在废水再生和利用方面进行了大量研究开发和工程建设。1986年城市废水回用量达6300×104 m3／d，占全部城市废水处理量的0．8%。再生水主要回用于中水道、工业用水、农田灌溉、河道补给水等。各种用途及其所占的比例为：中水道系统为40%、工业用水29%、农业用水15%、景观与除雪16%。中水道系统是日本污水回用的典型代表。1988年日本共建有中水道844套，其中办公楼、学校为大户：学校占18．1%、办公楼占17．3%、公共楼房占9．2%、工厂占8．4%。中水道再生水主要用于冲洗厕所（占37%）、冲洗马路（占16%）、浇灌城市绿地（占15%）、冷却水（占9%）、冲洗汽车（占7%）、其他（景观、消防等）为16%。
至1996年，全国有2100套中水设施投入使用，用水量达32．4万m3／d，占全国生活用水量的0．8%。再生水中41%被用于工业用水，32%被用于环境用水，8%用于农业灌溉。
3．其他国家的废水再生与回用
世界上第一座将城市废水再生水直接用作饮用水源的回收厂设在纳米比亚的首都温德和克市。该回收厂将城市废水经过深度生物处理之后作为饮用水。深度处理水的水质经严格的水质监测，证明符合世界卫生组织及美国环保局发布的标准。
以色列属半干旱国家，再生水已成为该国的重要水资源之一，100%的生活废水和72%的城市废水已经回用。据1987年资料，全国废水总量2．5×108立方米，处理量达2．18×108立方米，处理率接近90%。再生水用作灌溉达1．046×108立方米（占42%），回灌地下为0．7×108立方米（占29%左右），排海水量0．7×108立方米（占29%左右）。废水处理后贮存于废水库。全国共修建127座废水库，其中地面废水库123座，地下废水库4座。废水进行农业灌溉之前一般通过稳定塘系统处理。有些城市将城市二级生物处理出水，再经物化处理后回用于工业冷却水。此外，废水经深度处理后回灌地下水，再抽出至管网系统，或并入国家水资源调配系统，输送至南部地区，或用于一般供水系统，最南部地区甚至将它作为饮用水源。
由于采取了上述废水回用的措施，以色列大大提高了水资源的有效利用，从而缓和了水资源短缺对社会经济发展的制约作用。
科威特利用经三级处理后的城市废水进行农业灌溉。印度迄1985年，至少有200个农场利用城市废水进行灌溉，面积达23000公顷。沙特阿拉伯1975年利用再生水量90000m3／d，2000年计划用水量为190×104m3／d，将有10%取自经二级处理乃至三级处理后的城市废水再生水。
4．我国的废水再生与回用
我国长期以来有利用生活污水用于灌溉农田的经验。先后开辟了10多个大型污水灌溉区，灌溉面积达（130～140）×104公顷。在我国北方干旱地区，利用污水灌溉农田，可充分利用其水肥资源发展农业生产，确实收到了一定效果。但由于一些污灌区地址选择不当，设计不合理，废水预处理不够，又缺乏水质控制标准和及时的监测，出现了土壤、农作物及地下水的严重污染，威胁着人体健康和安全。若干年前，曾开展大规模的污灌区环境质量综合评价工作，研究与制订了污水灌溉与污泥用于农田的各项环境标准与规定，已将污水农业利用引向科学的道路。
由于我国不少地区，如北方地区水资源紧缺，迫切需要把城市废水作为第二水源加以回收利用，实现废水资源化。为此，国家组织了有关开发城市废水资源化工艺的科技攻关，研制成套技术设施，建立示范工程，并逐步推广应用。攻关内容包括工业回用、市政景观利用的水质预处理技术、水质标准、卫生安全评价、中小城镇和住宅小区污水回用技术的研究等。一些成果已在天津纪庄子污水处理厂改造工程中应用，并在天津、太原、大连等城市建设了污水回用工程。例如，大连春柳废水处理厂的二级生物处理出水经深度处理后用于冷却水，回用水量300m3／d；太原杨家堡废水处理厂采用生物填料接触氧化池处理城市污水用于冷却水，回用水量为200m3／d；北京高碑店热电厂亦将高碑店污水处理厂的出水作为冷却水水源。经过十多年来的努力，我国在城市废水资源化以及回用方面取得了一定的成绩，为今后更大范围的推广应用奠定了坚实的基础。随着我国城市废水处理厂的普及与兴建，废水再生利用规模和速度亦将迅速发展。
北京水立方
2008年北京奥运会标志性场馆之一的“水立方”采用了大量专门措施降低自来水消耗，减少废水排放。全年可收集雨水1万吨、洗浴废水7万吨、游泳池用水6万吨。建筑物所需的绿化、冷却塔补水、护城河补水、冲厕、冲洗地面等用水全部通过废水回用解决，每年可减少废水排放量14万吨。
水资源是经济社会赖以存在和发展的重要条件，水是生命之源，水不仅是世间一切生物和秀美山川赖以存在的保障，也是人类和经济社会赖以发展的条件，地球要是没有了水，它就会像火星一样绝不会有今日的生机盎然。水对任何一个国家都是重要的战略资源。水资源的保证供应和安全，是一个国家战略安全的重要方面。
随着世界人口的增长和工业化的推进，水的需求量在不断增加，相反自然界的水随着自然界变暖和人类活动的加剧而越来越少。当今水危机已经遍布全球，根据联合国的预测，2025年全球将有2／3的人面临水的危机，缺水问题不仅会制约21世纪的经济社会发展，而且可能会因缺水造成国家之间的矛盾冲突，甚至战争。
为了解决水资源短缺的矛盾，在开源、节流这2种战略中，节流比开源所需的资金一般要少，而且通过节流，可以减少污水排放量，减轻水污染，更可切实保护水资源，可谓一举多得，是符合可持续发展的战略方针的。