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约旦废水回收利用新进展

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约旦是世界上最缺水的国家之一

作为世界上最缺水的国家之一,面对水资源短缺和用水需求的迅速增加,约旦正在寻找其他来源的水资源,以满足农业和其他部门的用水。为解决约旦的水资源紧缺危机,确保水资源获得的可持续性和适宜性,他们采取了一些综合措施,其中最重要的方式就是使用处理后的污水,以最大可能增加水源的供应,从而缩小淡水供应和需求之间的差距。为满足持续增长的粮食需求,约旦现在的农业灌溉面积在不断扩大,所以使用经过处理后的污水进行灌溉具有重要意义。

约旦国的经济呈现出一种典型的受水资源约束的特点,随着约旦人口的增加和农业部门用水需求的扩大,寻找新鲜淡水的可替代资源迫在眉睫。另外,气候变化导致气温上升,使该国的降水更加稀少,加重了旱情。约旦政府满足农业部门用水的一个重要策略,就是加大污水处理量、提高处理效率。

减少约旦的农业用水并不容易,但通过非传统水源的引入可减少农业用水在总用水量中的比例。污水或者废水是重要的额外水资源,经过处理后,不仅可以满足农业灌溉,还能用于景观浇灌、地下水补给或者用于娱乐事业。

约旦废水利用的探索

水资源短缺使污水利用在技术和政策方面处于重要地位,约旦经常召开污水利用方面的会议,很多专家对污水利用发表观点。污水利用有很多指标,传统的污水回收利用指标会因高估了废水回用的程序而造成误解。现在更科学的方法是采用污水回收利用指数(WRI)作为参考指标。WRI考虑了可能产生的所有污水,包括收集到的和没有收集到的,便于分析污水进一步回收利用的潜力。

准确表达所回收利用的污水占总污水产生量的比例,测量完整的污水产生量很重要,包括污水产生现场的污水和没有完全处理被直接利用的污水。约旦目前对污水产生量的测量主要基于城市,尤其是那些不能通过传统的方式进行收集和处理的污水。这种情况限制了对污水回收利用潜能评估的能力,并且也很难进行国际间污水再利用方面的比较。因此,研究者提出污水回收利用指数(WRI),代表了实际的污水使用和污水可获得总量之间的关系。

污水回收利用指数(WRI)之所以比传统方式有所改进,是因为WRI为水资源管理者和政策制定者提供了一个标准。有了这个标准,一些节水措施比较方便,比如限制水的消费和减少浪费等。假设约旦所产生的污水是分配到城市水资源总量的一部分,而所收集到的污水又只是所产生污水总量的一部分,经过处理的污水又是所收集到污水的一部分,那么经过处理的污水和分配到城市的水资源总量之间就存在着一个比例关系。约旦全国2006年的污水回收利用指数(WRI)是34.8%,而约旦河谷当年的WRI是45%,表明约旦的污水回收利用整体水平仍然较低。即使在污水回收利用最有效的情况下,所收集到的污水也只能是污水产生总量的50%左右,其中还有25%的废水在处理的过程中损失了。

目前可以提高污水回收利用效率的主要措施是将更多的居民住户连接到污水处理系统中。目前,约旦只有约61%的居民住户连接了污水公共管网系统,而其他一些居民住户则暴露于污水坑所包围的环境中。另外分散式的污水处理方式(WWT)有助于增加污水回收利用,因为很多农村地区和一些城市并没有污水处理系统,原因是该地区的山地地形和缺乏投资。最后,要有效地减少水塘或者湖的水量蒸发。

污水、废水回收利用由来已久。在中东地区,人们在污水回收利用方面进行了很多努力,最终目的是要实现所回收利用的污水占污水产生总量的50%~70%。在以色列1990~1991年发生旱情时,分配到农业的用水量严重减少,污水回收利用的比例是所分配水量的24%左右。在正常年份,以色列回收利用的家庭污水占总污水产生量的65%以上。发达国家往往通过比较总用水量和污水回收利用潜力来评估废水回收利用效率。在美国,2000年城市污水回收利用量大约占淡水总量的1.5%。在突尼斯,1996年污水的回收利用量占可获得淡水总量的4.3%。在以色列,2000年的污水回收利用量占所获得水资源总量的15%。用处理后的污水进行灌溉占总灌溉用水量的比例为:突尼斯7%、约旦8%、以色列24%、科威特32%。城市居民所排出的污水回收利用部分占所处理污水的比例为:科威特10%、突尼斯20%~30%、约旦85%、以色列92%。

所收集到的污水根据不同的使用目的进行不同程度的处理,以满足灌溉、人工地下水交换、饮用水供应、冲厕所和工业使用。污水的回收使用已经在世界上的很多地方存在了上千年,处理后的污水用于农业灌溉已经在很多发达国家和发展中国家广泛使用,例如澳大利亚、德国、印度、突尼斯、中国和美国等。

约旦废水回收利用的成效

提高废水回收效率对约旦至关重要。在约旦,农业部门每年消耗的水量大约占可获得水资源总量的64%(约旦河谷约占1/3),其中约50%是再生水(处理后的污水);在约旦河谷,农业用水量不超过淡水总量的20%;在22个污水处理厂中只有3个不是通过公共污水管网收集污水。2006年约旦城市排污总量为870万立方米,这些水经过处理后再与新鲜淡水混合,其中91.9%被用于约旦河谷农业灌溉。约旦政府希望通过改进污水管网来增加污水处理的数量。因为,污水处理对于平衡用水至关重要,可以将原本分配给农业的水量重新分配给居民使用。

约旦22个污水处理厂处理后的污水,除用于农业生产外,剩余部分沿着干旱的河谷流淌,可能被蒸发掉,或者是被水坝、水塘拦截。据报道,有农民非法引用旱谷里流淌着的处理后污水进行农业灌溉,干扰了处理后污水原先设定的回收利用模式。然而,非法引水量却是一个未知数。很多污水并没有进入回收再利用的渠道,大多数没有连接到污水管网系统的居民住户使用土坑或者化粪池来存放污水,容易造成对地下水的污染。

约旦高地灌溉平均每年大约使用3亿立方米的新鲜淡水,而每年约旦河谷的灌溉用水大约为2.2亿立方米,其中处理后的污水大约是1.2亿立方米。这意味着约旦河谷用于灌溉的新鲜淡水只占总水量的42%,而58%的可获得新鲜淡水都被高地消耗了。约旦河谷居民用水大约每年消耗0.9亿立方米的新鲜淡水和0.9亿立方米的处理后污水,约旦河谷的中部除了有混合了新鲜淡水和处理后污水的水源外,没有其他水源。

通常,约旦存在着两种污水处理厂(WWTP)。一种是集中型的,主要是一些政府机构设置的污水处理厂;另外一些则是分散型的污水处理厂,例如安装机场、大学和私人公司的污水处理设施等。约旦有22个政府集中型污水处理厂和23个分散私人污水处理厂。约旦政府设置的集中型污水处理厂,接收公共污水管网系统所输送来的污水和废水,其运作方式受约旦水利部(WAJ)管辖。而私人的污水处理厂则收集当地建筑物产生的污水和废水,与公共污水管网系统没有连接,也不在约旦水利部的掌控范围之内。

在约旦的居民住户中,有39%使用私人土坑来存储污水、废水。这意味着,约旦在不同的省份连接到公共污水处理系统的居民住户的数量是不同的,接入公共污水处理系统最多的地区是首都安曼,而卡拉克省连接污水管网最少,比例仅为13%;首都安曼地区获得最多的可饮用水分配定额(超过40%),同时有大约78%的居民住户接入了公共污水处理网络系统。

根据约旦水利和灌溉部的数据,2006年,分配给城市家庭用水的定额是28.63亿立方米,首都安曼地区的污水处理规模在约旦甚至在整个中东都是最大的,所处理的污水大约占整个水分配的74%,处理后的污水又流入塔尔勒水库(KTR),用于约旦河谷的农业灌溉。

污水经过处理后,从处理厂流出。“净出流”是指污水处理厂所处理污水的总量减去附近地区农业灌溉所消耗的水量。从约旦北部流出的处理后污水的“净出流”并不一定都用于农业灌溉,据估计,每年大约有600万立方米的“净出流”没有得到利用。约旦北部的一些污水处理厂,例如伊尔比德,所处理的污水水质仍然很差,约旦河谷的很多地方拒绝使用这种处理后的污水。

在约旦的安曼地区,有三座水坝能够拦截从污水处理厂流出的“净出流”,有些“净出流”与新鲜的地表水混合形成混合水,这些水坝所存储的水都是用于约旦河谷的灌溉的。每年进入这些水坝的“净出流”大约有5800万立方米,其中5500万立方米被存储于塔尔勒水库(KTR)。该水库对确保约旦河谷中部的农业灌溉至关重要,进入该水坝的“净出流”主要来自于萨马诺、拜卡拉、杰拉什的污水处理厂(WWTP)。另外,塔尔勒水库(KTR)还存储一些暴雨洪水和附近泉水。约旦河谷中部的农民完全依赖于塔尔勒水库(KTR)进行灌溉,此外,一些新发展的项目也与农民分享该水库中的水源。

在一些农村和城郊地区,没有大型的污水收集和处理系统,通常依靠化粪池系统收集污水,污水被收集在水箱中,然后通过管道输送到需要灌溉的土壤,化粪池系统适合于比较分散的农业生产,在大规模、集中型的农业灌溉中如果使用化粪池系统,容易破坏地下水水质,造成污染。

技术革新将推动全球废水回收利用的全面发展。与传统的污水收集和处理系统相比,使用新技术后的处理系统并不昂贵,并且所需要的地面开挖工作也不多,减少对地面的开挖意味着进入河流污染性泥沙的减少。这种改进后的污水收集和处理系统,比传统依靠重力收集污水的系统在防止渗漏方面具有优越性。

约旦通过实施新技术,例如分散式的污水处理系统,可以增加处理后污水的使用率。这种分散式的污水处理系统一般位于小的社区或者服务区,用于污水的现场收集、处理和回收利用。约旦使用一种叫做“堆肥厕所”的节水新技术,该技术利用生物技术将人体排出的废物转变为腐殖质,这种厕所也被称为生态厕所、干厕或无水厕所。堆肥厕所存储和控制人类的排泄物、手纸、含碳物质甚至还有食物。与化粪池系统不同,堆肥系统使用非饱和条件进行发酵,意味着肥料物质并不需要完全溶解在水中,在这种条件下,需氧菌和真菌能够将废物降解,这种情况与在普通化粪池中发生的情况相同。如果操作得当,堆肥系统能够将污水和废水降解10%~30%,所形成的终产物是一种与土壤相类似的腐殖质。在美国,腐殖质通常由具有资质的搬运工定期清理并填埋。堆肥厕所的主要目的是对容易导致人类疾病的物质进行控制,使这些物质失去活性,或者是进行消毒,例如一些人体排泄物中的病原体等。这种被处理后的排泄物对附近环境没有污染性,因此降低了人们感染疾病的风险。堆肥厕所的另一个目的,是将人类排泄物中的营养物质转化为能够被完全氧化和被植物稳定吸收的土壤肥料,以促进农作物的生长。

对约旦进行实例研究发现,从2004年到2007年,约旦的污水回收利用指数(WRI)从30%稳步上升到38%,这表明,约旦还有扩大污水回收利用范围的潜力,分析约旦河谷不同的研究区域污水处理利用系统的各种制约因素,我们看到增加污水回收处理的程度取决于当地的情况和条件。在一些情况下,增加居民住户接入公共污水管网的比例,可以增加污水回收利用的程度。在另外一些情况,尤其是在山区和农村地区,一个更好的方法是使用像堆肥厕所这样的新技术,或者是建立分散式的污水处理厂。污水收集处理的分散方式,为污水管理提供了一个新的方法。这些现场污水处理的一个共同点就是处理系统造价不高,同时能够直接使用处理后的物质,例如水、堆肥或者是生物气(如沼气)等。