污水海洋处置的讨论

何 耘 1 刘 成 1,2 韦鹤平 3

（ 1. 中国水利水电科学研究院，北京， 100044 ； 2 、安徽建筑工业学院，合肥， 230022 ； 3. 同济大学，上海， 200092 ）

摘要： 本文介绍了污水海洋处置工程发展的历史，对污水海洋处置工程与陆上二级处理的效果进行了比较，说明污水海洋处置工程是沿海城市控制污染、防止赤潮的经济有效的措施；同时以国内外一些实例说明设计合理的排海工程不会对环境产生不利影响，从经济承受力考虑上具有优越性。在目前国情条件下，走人工治理与天然处置相结合之路，利用海洋的这种自净能力，实施污水海洋处置工程，是解决沿海城市环境问题和污水出路的优选方案，或可以说是必由之路。

关键词： 污水海洋处置，排放口，污染，二级处理

1. 引言

中国拥有 18,000 多公里的陆岸线， 4 亿多人口生活在沿海地区；沿海地区跨跃十一个省、市、自治区，是目前国内经济最发达的地区，沿海工农业总产值占全国总产值的 60% 左右。由于沿海地区城市工业密集、人口集中，未经处理的污水和落后生产工艺所生产的“三废”带来的环境问题日益严重。据统计，目前沿海地区城市排放污水量差不多为全国日排放污水量的 1/5 。这些污水绝大部分未经处理直接排入大海，而且多为岸边、无组织的乱排，致使近岸海域环境受到污染，有机物和石油类污染普遍严重，并存在富营养化导致的赤潮危害。 2000 年全国近岸和近海海域水质 II 类、 III 类、 IV 类和劣 IV 类水质区面积分别为 10.2 万、 5.4 万、 2.1 万和 2.9 万平方公里； 1998~2000 年连续三年，在渤海、东海发生了面积达到几千平方公里的特大赤潮，世界罕见。目前海洋、河口水环境日趋恶化，尤其是港口、河口、半封闭海湾，以及大中城市毗临的海域，污染严重。可以讲，沿海城市污水的出路问题已成为沿海城市经济发展的重要制约因素。

近三十年来，发达国家相继以大量建设二级（以至三级）污水处理厂，并以污水集中处理作为水体污染控制的主要手段。这种措施的确收到了成效，改善了水域环境的质量。但是，污水处理厂需要巨额的基建投资和高昂的运行管理费用，由于经济能力的限制，目前我国尚无力对如此大量的污水进行深度处理。如深圳 4 座大型污水处理厂从 1998 年运行至 2002 年，已负债 1 亿元人民币。为了降低污水处理的成本，我国沿海城市利用滨临海洋的优势，实施污水海洋处置的工程项目越来越多，为解决沿海城市污水出路问题提供了又一项选择。

2. 污水海洋处置概况

污水海洋处置工程是禁止或限制污水岸边排放和自由乱排的有效措施，污水经过工程系统集中预处理后，经管道输送到海洋中一定的水下深度，由扩散器进行排放，使之在尽可能小的范围内高度稀释，以减小对环境的冲击。这种污水海洋处置工程，同常规的污水二级处理相比，可节约 1/2 ~ 1/3 的基建投资和运行管理费用，占地减少 30 ~ 40% ，效益是巨大的。

污水海洋、江河处置在国外已有较长的历史，可以追溯到 19 世纪末，例如建于 1898 年英国的 Harwich 污水排海工程。至 20 世纪 30 年代，开始建造一些带有多孔扩散器的污水排海工程，并且污水在排海前也开始进行一些处理，形成了科学的工程体系。例如，建于 1925 年的英国 Hengistbury 污水排海工程，安装了一个有 6 个喷孔的扩散器，并进行了污水预处理 。之后人们的研究不断深入，从近海排放延伸到深海排放，这种满足一级处理要求的远距离深海排放的海洋处置技术，在 20 世纪中期以来得到迅速的发展，如美国 1960 年仅在南加里佛尼亚湾内就有 7 处一级处理排海工程，到了 1985 年，美国西海岸排海管道达到 250 处，美国排海管排放的污水大部分经过一级处理，少部分经二级处理，排放口处水深大多为 20-40m ，最深达 120m ；英国至今已有近百个污水海洋处置工程，加拿大不列颠哥伦比亚省，一省的滨海岸就有 20 多个污水海洋处置工程。目前，世界上在建的最大污水海洋处置工程莫过于美国的波士顿 (Boston) 排海工程 ，其放流管远达 15km ，扩散器长 2000m ，共设 55 根上升管，每根上升管上装设 8 只喷口的喷头，污水排放量为 120-480 万 m 3 /d 。

国内从“六五”期间开始研究污水海洋、江河处置，目前，上海、深圳、海南、宁波、杭州、大连、青岛、烟台、武汉、天津、威海和嘉兴等地已规划或实施了海洋 ( 江河 ) 处置工程，我国的台湾和香港地区亦建有污水排海工程。

不同地区、不同时期的排放口型式具有不同的特征，如美国太平洋海岸的大型排放口，其特征为水深大、扩散器长度长，喷头间距相对于水深较密，并具有相对大的射流密度 Foude 数 。我国台湾省的排放口工程水深一般也在 20m 左右，扩散器长为 300-600m 。相反的，在其他一些位于较浅水域的排放口，喷口间距较大，更有甚者，如英国有很多单孔排放口，密度 Foude 数较小 ，淹没水深较小。在近年设计的一些排放口中，如上海竹园、白龙港排放口和悉尼排放口，上升管间距更大，每个上升管上布置有 2~16 个喷口的喷头。不可否认，水深大、扩散器长度大、喷口间距密更有利于污水的稀释扩散，可使污水排放对环境水体的影响更小；但是，在特定的地理条件、环境水体条件和一定的经济实力限制下，通过一系列工程措施，使污水排放满足环境容量的要求，我国目前排海工程上的一些实践也是成功的。

3. 污水海洋处置与陆上二级处理的比较

随着污水海洋处置工程的建设，对污水海洋处置工程与陆上污水处理的选择存有较大的争议。有些人认为污水离岸输送到一定深度的水下，通过与海水迅速混合，只要能达到受纳海域生态环境质量的要求，陆上处理程度可适当降低，其最终目的是为了控制岸边自由排放，改善与人们息息相关的近岸水环境，同时又确保不破坏受纳海域功能，是经济有效的处置方式；也有人认为不经过二级以上处理的污水通过排放口排放是“污染搬家” 。一方面，有些地方因城市基础设施建设与环境保护急需，在没有统一的论证程序和排放标准的约束下，即匆忙上马，致使排海工程环境影响评价与审批、工程参数的设计及建成后的运行管理均无据可依；另一方面，有些地方盲目认为排海工程就是污染工程，在国家没有颁布相应的排放标准和技术规范和管理法规的情况下，极力阻止排海工程的使用。

陆上二级处理与污水海洋处置的比较常常被看成处理与完全不处理之间的争议，这种比较是误导的、不合理的，因为两种系统的主要区别不在于是否处理，而是在于处理的地点。对于二级处理厂，污水中的污物在封闭的池体内被微生物作用而降解；对于海洋处置，在开阔的海域通过同样的过程得到同样的结果，但是处理区域的范围变大了，而污染物的浓度降低了 。两者的主要区别之一是作用于两种类型处理的控制程度，处理厂里的净化被严格控制，而仅能对海洋处置中的自然净化进行控制的就是排放口的位置和设计，其它的过程随排放而自然发生。

在讨论环境变化时也出现同样的不合理现象。二级处理可以使最终出水符合严格的排放标准，然而，忽略与二级处理有关的其它环境问题也是很不合理的：占地、瞻观、恶臭、以及大量污泥的处置。处理后的硝化出水会促进富营养化及赤潮的发生；富营养化引起的藻类腐烂产生的恶臭和影响瞻观的程度同未处理的污水一样。

这里用两种极端的情况进行比较，将陆上二级处理岸边排放与不处理的污水通过典型的排放口排放入海分别讨论。

（ 1） 陆上二级处理

生活污水是城市污水的主要组成部分之一，一般条件下，城市污水都具有生活污水的特征。但由于污水处理厂所接纳工业废水的水量、水质的差异，所以各地的城市污水水质各不相同。处理水的水质是由污水处理工艺流程的选定及污水的处理程度确定的，一般多以二级处理技术所能达到的处理程度作为依据，如美国环保局对二级处理水规定的所谓 30-30 水质标准（即 BOD 5 及 SS 都应达到 30mg/L ）。表 1 列举的是典型的污水处理厂去除 BOD 5 、 SS 和大肠杆菌数的情况 。污水经常规二级处理后， BOD 5 和 SS 值高于环境水体背景值（我国地表水 V 类 BOD 5 值为 10mg/L 以下），仍需要稀释作用以降低。然而，即使稀释后，仍可能因高营养物含量而产生问题。二级处理后，营养物在其处理后的存在的形式下，能很快被海洋生物所同化，因此，必须从排放区域尽快稀释和扩散。 Wilson 引用一个例子解释了这个问题： 1 万人的小城镇，生活污水排放量为 200L/ 人 .d ，氨氮含量为 15mg/L ，磷含量为 5mg/L ，这种排放量足以产生 475-1145 kg 藻类 /d 。如果不进行消毒，二级处理后的大肠菌群数仍远远高于我国地表水 III 类要求 (10000 个 /L) 。

污水处理厂占地面积，与处理水量和所采用的处理工艺有关。如 10 万人的二级处理厂占地一般约为 5000 － 8000m 2 ，三级处理厂是二级处理厂的 3-4 倍。海边城市一般发展程度较高，土地资源紧缺，地价昂贵。污水处理厂的气味可能也是个问题，一般在下风向 0.25km 内气味不能接受， 0.5-2.0km 范围内气味使人感觉不快。

污泥是污水处理过程的副产品，也是必然的产物。如从初次沉淀池排出的沉淀污泥，从生物处理系统排出的生物污泥等。这些污泥应加以妥善处置，否则会造成二次污染。每天处理 100m 3 的污水一般能产生 2.14m 3 或 132kg 干重的污泥，这些污泥必须处理至各种等级然后处置。据估计污水处理厂 25% 的运行费用用在污泥处理和处置上。如果进行脱磷，污泥量和处理、处置费用就更高。

表 1 污水处理厂处理效果

（ 2 ）污水海洋处置

设计合理的排放口利用多孔扩散器使排放污水与受纳水体迅速混合，保证在不减低溶解氧浓度至不可接受的水平前提下，进行自然降解。通常在排放口附近的高流速区，稀释度在 10-20 ，污水到达水面时稀释度达数百；污水远离排放口的扩散过程中，进一步稀释，一个潮周内污水稀释了 1000 倍是很平常的。

不同阶段海洋处置的效果如表 2 所示。表中可见，排放口附近的 BOD 5 和 SS 明显降低，污水到达水面时，污染物浓度远远低于三级处理。水面处的大肠杆菌数仅为三级处理的 1/4 ， 6 小时后的大肠杆菌数极低，达到我国地表水 II 类要求。

表 2 污水海洋处置效果

与污水处理厂相比，排放口的占地很小，海滩或岸边只需能容纳下泵房、隔栅和高位井的面积就足亦。气味也不是问题，因为排放口前多为密封系统。污泥量与二级处理相比极少，仅为隔栅处的固体物质。

4. 污水海洋处置工程实例

它山之石，可以攻玉，这里通过国外几个污水海洋处置工程的例子看此问题。美国于 1972 年就实施了“净水法” (Clean Water Act) ，要求污水必须经二级以上处理后才能排放。但是，很多科研人员认为沿海的大城市全部要求二级处理是不现实的。研究和科学证据表明，保护海洋环境不是在所有条件下都是必须经二级处理。七十年代增加的环境数据和随后的政策压力使联邦政府在 1977 年修正了“净水法”，允许 EPA 对污水排放不会造成环境损害的海岸地区可接受二级处理豁免权。到 1988 年，美国 EPA 就批准了 38 项豁免申请。另外，因为在阿拉斯加小村镇二级处理厂的运行费很高，建于 70 年代的 7 座二级处理厂批准改为一级处理后排海 。

1994 年 3 月 31 日，美国联邦法官 M.B Rudi. 否决了要求圣地亚哥对 65 万 m 3 /d 排水量的 Point Loma 排海工程建设二级处理厂。为此，美国著名水环境刊物 Water Environment Research 专门发表了题为“什么样的清洁是清洁？ Point Loma 争论”的社论，称此为一里程碑，不仅节省了 50 多亿美元，而且支持了 100 多名太平洋海洋科学家二十年来争议的研究结论，他们认为陆上污水处理应当与实际情况相匹配，要求过高是浪费。 Point Loma 排海工程污水排放前进行了一级处理，违反了美国“净水法”。数十名来自 Scripps 海洋学研究院和其它大学的科研人员用了二十年时间，进行的耗资数百万美元的监测、研究，记录和研究了海草的生长、海底生物的丰富性和多样性、泥沙和水生生物的污染水平以及水质的变化趋势。科学证据毫无异议地表明其污水处理水平没有危害海洋环境，事实上，看起来海洋环境有所提高。美国国家研究委员会检查了相似的工程，波士顿港污水海洋处置工程经 8 年的运行，具有良好的生态系统，然而也没有遵守“完全的二级”处理要求，根据监测结果，授予了对二级处理的豁免权，并数次延期 。

J.A. Novitsky 和 D.M. Karl(1985) 报道了美国曾对夏威夷群岛的瓦胡岛海岸的两处深水污水排放口附近进行的微生物活动影响的研究 ，在排放口附近约 4.5 × 104m 2 的范围内分别取水样和底沙样进行分析。虽然两处排放污水的异养微生物活动性 (heterotrophic activity) 高于控制点水样的 2 个数量级，但是，在排放口出口 1m 范围内所取的水样的异养微生物活动性仅高于控制点水样的 2 倍；在排放口处底沙样的微生物数与控制点处的底沙样相比仅有较小变化，略高于控制点处底沙，然而，经计算，排放口处的泥沙微生物数不是很高。 W.G. Nelson (1995) 报道了 1986 年到 1994 年对夏威夷檀香山海洋污水排放口扩散器附近的海底生物群进行取样分析的情况 ，分析了海底生物群的丰富程度、种类数目、种类组成表明其分布未受到扩散器出流的影响。生物和物理 ( 泥沙粒径、总有机碳、总凯氏氮 ) 参数表明在扩散器附近的站点底部没有有机物聚集现象。研究表明，甚至在紧靠沙岛排放口扩散器的站点水生生物几乎无变化。

我国对污水海洋处置工程也进行了大量的环境影响监测，上海市合流污水治理一期工程竹园排放口（ 170 万 m 3 /d ）建成后，从连续三年的水质监测结果来看，大部分水质指标在污水排放前后未见明显变化 。上海市星火开发区排海工程（ 10 万 m 3 /d ）于 1993 年投入运行，运行至今，每年均对附近海域进行水质监测，在排放口扩散器东西两侧 10km 范围内，设 9 个断面取样分析。多年的监测资料表明，排放口扩散器附近 2km 处的水质与 10km 处的水质无明显差异。从一定程度上反映了本工程没有对环境造成负面影响 。

由上述实例可见，污水海洋处置工程与陆上处理程度相适应，不仅可节省投资，而且可有效改善水环境，对海洋环境无明显不利影响。如果能证明降低处理水平，受纳水域的水质目标仍能满足目标要求，降低处理水平应是允许的。当然，我们也应看到，由于污水海洋处置工程在我国的起步较晚，同时由于经济实力所限，我国的海洋处置工程与国外发达国家相比还有一定的差距，因此，应加强对海洋处置工程的科研，建立完善污水海洋处置的规范，走适合我国国情的污水海洋处置道路。另外，排海工程是用来减少污染的环境工程，但如果使用管理不当，也可能成为影响环境的污染工程。这其中的关键就是需要有一套标准来规范，应尽快编制和颁布我国的污水海洋处置工程的标准和规范。

5. 结语

研究表明，海洋本身具有巨大的自净能力，陆源入海可溶性物质在海洋动力的作用下被迅速地稀释、输运，同时，各种物质成分伴随着水体自然循环的过程，在低浓度水平上随着不断进行的化学和生化反应而逐渐降低或同化，达到海洋水体的本底。为改变我国沿海目前污水漫排的实际状况，在现有国情条件下，走人工治理与天然处置相结合之路，利用海洋的这种自净能力，实施污水海洋处置工程，是解决沿海城市环境问题和污水出路的优选方案，或可以说是必由之路。

因此，在《中国海洋 21 世纪议程》提出“合理利用海洋自净能力。深水管道排污可以减少污水治理费用，利用海洋自净能力净化污水。沿海城市应逐步推广污水深水管道排海工程。”

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Discussion on the Sewage Marine Disposal

He Yun 1 Liu Cheng 1.2 Wei Heping 3

(1 China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing, 100044, 2 Anhui Institute of Architecture Industry, Hefei, 230022, 3 Tongji University, Shanghai, 200039)

Abstract: In this paper, the history of the sewage marine disposal is reviewed, and the effects of the sewage marine disposal and the land-based secondary treatment are compared, it is suggested that the sewage marine disposal is cheap and effective measure to control pollution and prevent red tide for the coastal cities. It is concluded that the good designed outfall has little impact on the coastal and marine environment and is the superiority choice considering the economical endurance from some examples. In the situation of our country at present, sewage marine disposal that makes use of the self-purification capacity of marine waters is the superiority choice or the necessary way to solve the environmental problem of coastal cities.

Key words: sewage marine disposal, outfall, pollution, secondary treatment

本文源于：

何耘、刘成、韦鹤平，污水海洋处置的讨论，海峡两岸水资源及环境保护上海论坛论文集，西安：陕西人民出版社， 2002 ： 364-369