污水資源化新途徑 膜過濾用于農業(yè)灌溉
現(xiàn)代膜分離技術幾乎能100%地篩濾污水中的病原菌和病毒，而其它溶解性營養(yǎng)成分則被大部分保留。因此，污水直接經膜過濾后的出水實際上就是一種植物生長所需的"營養(yǎng)液"。作為一種新的污水資源化方式，介紹了膜分離技術直接過濾污水后農灌的思路、國際研究動態(tài)，并闡述這一途徑對有效解決我國水環(huán)境問題所帶來的啟示。
由于全球性水資源短缺問題，污水城市資源化與雨水城市利用等問題已引起人們的廣泛關注。污水城市資源化與雨水城市利用雖目標為非飲用水，諸如沖洗廁所、澆灑道路、灌溉綠地、沖洗車輛、補充水景、建筑用水等場合，但滿足水質要求一般需要二級以上的處理程度。為滿足水質要求而被去除的污染物通常為懸浮物、濁度、有機物、病原菌/病毒，甚至還包括氮、磷等植物性營養(yǎng)元素。
在污水資源化問題上，過去人們雖然也提倡過污水農灌，但現(xiàn)在似乎很少有人對此再感興趣，其中不少理由顯得有些牽強。無論怎樣，農業(yè)是人類活動中最大的耗水用戶，對水質需求在全部用戶中也最低。如此說來，與其將污水中所謂污染物質去除后再直接或間接配合施肥灌溉農田，倒不如將污水中對農作物生長有益的有機物、氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分保留下來，讓它們與水一道作為"營養(yǎng)液"灌溉農田。實際上，生活污水（或城市污水）中只有病原菌和病毒才稱得上是對人體健康構成危害的成分。只要以適當處理方式將污水中的病原菌和病毒去除殆盡，污水便能直接灌溉農作物。這樣一來，不僅實現(xiàn)了水、肥資源的雙重生態(tài)循環(huán)，還能省去為去除有機物與氮、磷而必需的二三級處理工藝？梢姡鬯谌コ≡筒《竞笾苯庸喔呸r田不失為一種經濟、有效且接近生態(tài)的資源化方式。
1 適合農灌的污水與病原菌去除方法
與傳統(tǒng)的土地處理法不同，此處污水灌溉農田限定為生活污水（或嚴格控制的城市污水），并限定僅在農作物生長期實施灌溉，以確保營養(yǎng)物（即污水中的污染物）主要通過作物吸收而轉化。為此，象硝酸鹽氮污染地下水這樣的環(huán)境問題便不易出現(xiàn)。對農作物生長而言，污水含鹽量是需要特別注意的有害成分，因為各種農作物對水中鹽分的耐受程度是不一樣的。
因此，被選擇用于污水灌溉農田的適當技術除要求有完全的病原菌和病毒去除能力外，也應具有一定的脫鹽效果。在此方面，膜分離技術具有明顯優(yōu)勢，只要所選擇的膜孔徑恰當，不但病原菌/病毒能夠被較為完全的篩濾，一部鹽分也能被脫除。研究發(fā)現(xiàn)，即使是微濾膜也能對細菌和病毒起到良好的分離效果。例如，一體式中空纖維膜（膜孔徑0.1 μm）處理生活污水，其膜過濾出水中大腸菌群數(shù)小于1 個/mL。研究人員把孔徑為0.03 μm（超濾）和0.1 μm（微濾）的膜過濾出水進行比較發(fā)現(xiàn)，膜孔徑的大小對病毒的去除影響不大，二者出水中的病毒濃度在同一個數(shù)量級上，運行穩(wěn)定時病毒含量都在10 PFU/mL。由此可見，直接用超濾或微濾膜過濾污水，完全可能達到去除細菌和病毒的目的。隨著制造工藝的提高和市場發(fā)展的趨勢，膜分離技術的性能已變得越來越好，膜的價格也越來越低。為此，有人已將膜分離技術喻之為"21世紀的水處理技術"。污水直接膜過濾用于農業(yè)灌溉的原理見圖1。
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2 膜分離技術在污水處理中的應用范圍
繼膜分離技術自20世紀60年代被引入污水處理領域以來，它們的應用范圍基本上分三種類型，且均與生物處理配合使用，屬于兩種技術的有機結合:
(1)固液膜分離-生物處理方法采用超濾（UF）或微濾（MF）膜組件截留生物污泥并使之回流生物反應池；
(2)氣體滲透膜用于生物處理反應池，實現(xiàn)無氣泡氧轉移給細菌利用。同時，膜也用作生物膜生長的支撐介質，使氧透過介質膜從一側轉移至生物膜，而營養(yǎng)物從另一（液體）側向生物膜轉移；
(3)提取膜（非多孔性硅樹脂膜）工藝被設計用于從有毒工業(yè)廢水中提。ㄞD移）可降解的有機污染物，供后續(xù)的生物處理單元降解。
膜分離技術直接用于過濾原污水的研究與應用還不多見，目前僅在韓國、澳大利亞和荷蘭等地進行過相關的試驗。其中，只有荷蘭正在進行的試驗以膜直接過濾原污水用于農業(yè)再循環(huán)利用為目的。
3 污水膜過濾效果與應用前景分析
荷蘭研究人員使用孔徑為0.03 μm管狀膜，進行了直接過濾城市污水的試驗；試驗用原水水質為：SS 142～235 mg/L, 濁度 98～192 NTU, COD 430～740 mg/L, BOD 155～280 mg/L, 總氮 43～93 mg/L, 總磷 4.4～10.5 mg/L。試驗結果表明，在膜的污水通量達100 L/(m2·h·bar)(1 bar=105 Pa）的情況下，對懸浮物、濁度、有機物、營養(yǎng)元素、細菌、病毒等的去除率分別為：懸浮物99.99%，濁度99.99%，COD 60%，BOD 50%，總氮20%，總磷40%，K+ 20%，Cl-10%，細菌99.99%，病毒99.99%。從試驗結果看，經膜直接過濾后的污水是僅含溶解性植物營養(yǎng)物質的無（病原）菌無（。┒尽⑼该鞫群芨叩囊后w，是一種名副其實的植物"營養(yǎng)液"。
荷蘭研究人員在他們試驗研究結果的基礎上，結合農作物生長對水分與肥分的特定需求參數(shù)，進行了污水灌溉農田時作物生長期間水分與肥分的物料平衡計算。以半干旱地區(qū)種植小麥、大豆、玉米三種旱作作物為例，來自一個5000當量人口城鎮(zhèn)污水經膜直接過濾后可灌溉10 hm2面積的土地，并提供充足的作物養(yǎng)分。
參照我國生活污水（或城市污水）水質特征，對比現(xiàn)行《農田灌溉水質標準》（GB5084-92 ），膜直接過濾后的污水完全可以滿足旱作作物灌溉水質需要，甚至有可能用于水作作物和蔬菜種植。中國是一個農業(yè)大國，農業(yè)用水量占全國總用水量的80%以上，同時，農作物生長對肥料的需求也非常大，因此，污水農業(yè)資源化潛力巨大。綜合中國水資源短缺與水污染并存的水環(huán)境現(xiàn)狀以及資源匱乏與財力有限的現(xiàn)實，污水直接膜濾后灌溉農田不失為一種經濟有效的污水處理與利用方式，特別適合小城鎮(zhèn)分散式處理。
在強調可持續(xù)發(fā)展的今天，生態(tài)經濟（或循環(huán)經濟）將逐漸在全球成為主要經濟發(fā)展模式，它是21世紀世界各國環(huán)境保護必然的戰(zhàn)略選擇，因為它能有效地化解環(huán)境與發(fā)展之間的尖銳矛盾。經過工業(yè)革命近300年的消耗之后，可供人類利用的自然資源已經所剩無幾，人類必須尋求新的發(fā)展道路，生態(tài)經濟正是最重要的選擇之一。新的文明時代必然伴隨著新產業(yè)的出現(xiàn)，廢物/水再利用產業(yè)的興起就是人類社會步入環(huán)境文明時代的重要標志，是歷史發(fā)展的必然趨勢。污水直接膜過濾能達到"去除糟粕，保留精華"的目的，它的研發(fā)創(chuàng)意便直接源于生態(tài)經濟的思想，它能最大程度地促使水分與養(yǎng)分的循環(huán)和持久利用。
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