试析市政污水的再生利用处理技术与应用.docx

试析市政污水的再生利用处理技术及其应用摘要：本文介绍了国内外市政污水再生利用的技术现状和国内污水再生利用的水质标准；阐述了国内污水再生利用的技术与应用；探究了低成本污水的再生利用技术的开发和应用；最后，讨论了选择市政污水再利用处理技术时的风险控制。关键词：市政污水；再生利用；技术应用水资源短缺是我国的基本国情之一，年平均降水总量6万亿m3，除通过土壤水直接利用与天然生态系统与人工生态系统外，可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量约为3万亿m31。除了人均水资源总量偏少外，我国水资源分布在时间和空间上也是不均衡的，例如：长江流域以北大部分地区受到资源型缺水的困扰，人口占三成，GDP占三成，而水资源量不到一成2。水资源的再开发是迫在眉睫的重要社会问题，而市政污水再生利用以城镇污水处理厂出水为再生水源，经过再生工艺净化处理后达到可用的水质标准后，可用于工业、绿化、农业、景观以及地下水回灌、地表水补充等3，既减少了污染物的排放，又缓解了水资源短缺的矛盾，是一个可以从根本上解决问题的有效途径。（一）国内外污水再生利用的技术现状美国是全世界最早进行污水再生利用的国家，其科学研究、实践能力、技术水平都处于该领域的领先地位，其污水再利用的主要用途在于城市杂用、工业回用、农业回用、地下水回灌等4,5。不同的用途，采用的处理技术也不同。以城市绿化、一般工业回用、城市杂用为目的的污水再生处理技术一般采用在二级处理（生化处理）后增加三级处理（过滤、消毒）的处理技术，而作为饮用水水源补充的应用，如地下水回灌和地表水补充，则需在三级处理后再增加深度处理，目前较为成熟的工艺是MF+RO。 根据统计6, 2005年美国污水再利用量约为1000万m3/d，并以每年约15%的增长率增加。以色列是一个水资源匮乏的国家，也是污水再生利用率最高的几个国家之一。 该国已建有200余个市政污水再生利用工程， 最大规模超过20万m3/d，100%生活污水和超过72%的市政污水已经得到了再生利用。由于在以色列农业灌溉用水量超过总用水量的70%，因此，污水再生利用优先考虑应用于农业灌溉。由于处理要求不高，该国最普遍的做法是将通过氧化塘处理后的污水直接用于农业灌溉。对于其他用途，如工业冷却水，则在二级处理后，通过投加石灰和絮凝剂，使水质进一步提高，以达到应用标准5。日本也是开展污水再生利用较早的国家，至1996年，其污水再生利用量已达32.4万m3/d，其主要应用于工业，其次为环境用水和灌溉用水7。日本在污水深度处理技术方面取得了长足的发展，开发了新型脱氮除磷技术、MBR技术以及地下毛细管渗滤系统等多种工艺、另外澳大利亚、新加坡等国家对污水再生利用方面也取得了一定的进展，将通过膜处理工艺处理后的优质再生水大规模应用于工业和作为水源补充水，已经获得了相当的成功3, 5。我国的污水再生利用的发展经历了四个时期：起步阶段技术储备、示范工程引导阶段启动阶段稳定发展阶段。1. 起步阶段：1985年以前，随着城市工业的发展，城市污水中工业废水比重越演越烈，直接用于农田灌溉导致土壤板结，农作物和土壤残留积累，农产品质量下降，影响食用人群的健康。而在青岛、大连、天津等地进行的实验结果表明，污水可以通过处理进行回用。该阶段采用的技术工艺一般为普通曝气活性污泥法。2. 技术储备、示范工程引导阶段：从1986年开始污水资源化相继列入国家重点科技计划当中，当时约有40个单位的攻关大军投入到其中的研制开发当中，为随后的技术发展奠定了基础。由于国家发展水平及经济的制约，该阶段建成的污水再生工程还是较少的。此阶段开始普及二级处理，即生物处理。3. 全面启动、实施污水再生回用阶段：90年代后期，污水处理法律法规及规范的不断完善，推动了再生利用工作的进行。该阶段，先进的除磷脱氮工艺，如A2O工艺已经开始应用于城市污水处理。4. 稳定发展阶段：进入本世纪，污水再生利用标准体系的建立标志着我国污水再生处理进入了一个新阶段。目前，我国城市污水排放量已超过400亿m3/a，处理率约为45%，其中二级处理率超过了20%，这部分处理出水水质相对稳定，这就为进一步深度处理以达到再生利用的目的创造了比较好的条件。目前，国内已建成的再生水处理工程绝大多数采用了二级处理+三级深度处理的工艺。（二） 污水再生利用的水质标准目前，我国已制定了城市污水再生利用的系列标准，共分为城市杂用水水质（GB/T 18920-2002）、景观环境用水水质（GB/T 18921-2002）、地下水回灌水质（GB/T 19772-2005）、工业用水水质（GB/T 19923-2005）、农田灌溉用水水质（GB 20922-2007）等几类。表1列举了我国城市污水再生利用的水质标准（节选）。表1 我国城市污水再生利用的水质标准（节选）项目名称城市绿化*娱乐性景观环境用水* 湖泊类工业用水水质*洗涤用水BOD5 (mg/L)20630浊度(NTU)105-SS(mg/L)-30氨氮(mg/L)205-色度303030总(粪)大肠菌群(个/L)35003000注：*城市杂用水水质（GB/T 18920-2002）；*景观环境用水水质（GB/T 18921-2002）；*工业用水水质（GB/T 19923-2005）由上表可以看出，根据用途的不同，再生水水质要求相差比较大，这就要求在设计、建设污水再生利用工程时就必须采用针对性的处理工艺，一方面，确保处理出水达到用水水质标准，另一方面，也可避免过度处理而产生浪费。（三） 市政污水再生利用处理技术市政污水处理技术按照处理程度可分为一级处理、二级处理和三级处理。一级处理即预处理，主要采用物理方法，如格栅、沉淀、气浮等处理单元去除污水中不溶性固体悬浮物（SS）。 二级处理指在一级处理的基础上采用生物方法，以进一步去除悬浮态和溶解态的污染物。主要技术有活性污泥法、接触氧化法、A/B法等。为强化除磷脱氮的功能，普通活性污泥法又演变出了A/O法、A2O法、氧化沟以及SBR等不同的工艺。三级处理也称深度处理，是在二级处理的基础上，在采用物理或化学的方法去除二级处理中尚未处理完全的污染物，以进一步提高水质，主要技术有混凝、消毒、过滤、膜处理技术等。根据市政污水的水质情况，要达到污水再生利用的水质标准，基本上都必须在二级处理的基础上进行三级处理，而在三级处理中也往往采用多种处理技术的组合，单一的单元处理技术是很难达到再生利用水质要求的。表2列举了我国部分城市污水处理厂采用的处理工艺和回用情况。表2 我国部分城市污水处理厂采用的处理工艺和回用情况10污水处理厂设计规模(万m3/d)处理工艺回用量(万m3/d)回用目的北京高碑店100A/O法+过滤消毒21.0电厂、市政天津纪庄子26活性污泥法+过滤消毒10工业、冲厕青岛海泊河8AB法+过滤消毒4工业、建筑小区淄博14AB法+过滤消毒9工业冷却水泰安5A2O+过滤消毒2工业、景观邯郸10氧化沟+过滤消毒6工业冷却水在选用污水再生处理技术时需要考虑以下因素：1、污水处理厂进出水水质及回水水质要求；2、技术的可靠性；3、处理技术在整个流程中的适应性；4、工程投资及运营成本。在综合考虑后，选用合适的处理技术，以达到最高的性价比。（四） 低成本污水再生利用处理技术的应用低成本污水处理技术顾名思义即是比传统污水处理技术成本更低的技术。 采用低成本处理技术可以有效缓解污水再生成本过高与资金短缺的矛盾。德国、荷兰、美国等国家在开发简易、高效、低能耗、运行灵活稳定的低成本污水再利用处理技术方面具有较高的水平。我国目前对于研发低成本出水处理技术一般可以从工艺复合型、工艺简化型、人工处理和自然净化结合型的工艺形式入手。工艺简化型即将不同阶段的的几个工艺简化，用一个构筑物代替多个，在设计中将池体结构、曝气方式、污泥处理部分进行相应的调整，以保证整个系统的处理效果。例如，有些工艺取消初沉池，直接利用水解酸化池去除SS，并采用多级人工土块滤床，在滤床上种植植物，以此减少滤床中有机质的积累。这样的处理方式会比传统的二级处理工艺最高可节省一半的投资，处理成本可降低四分之三，土地资源也可节省6成以上。常规的工艺复合型则是应用多种工艺的相互作用实现高效率抗冲击负荷的目的。例如：有些工艺综合了生物接触氧化法及SBR的工艺特点，开发了组合工艺，新工艺具有处理效率高、运用灵活稳定的特点，从而降低了处理成本。人工处理和自然净化结合型的工艺形式是一种比较理想的形式，即可保证出水水质，又具有较低的处理成本。这三种形式是低成本污水处理技术的主要手段，也可以作为再生用水的技术加以应用。（五） 市政污水再生利用的风险控制市政污水处理再生利用虽然是缓解水资源减少的一种形式，但是由于技术水平的限制，再生水在应用的过程中还是存在一定的风险。若采用的工艺流程、单元技术或其参数不合理，会造成系统运行的不稳定、出水水质出现波动，如北方地区冬天由于生物处理硝化、反硝化处理速率慢造成氨氮超标等；原水质水量的变化引起系统超负荷运行从而造成出水水质恶化。以上情况将导致再生水中含有超标的病原体、微量有毒有害物质以及其他未知污染物，这些可能给人体健康带来一定的危害，也可能会造成生态环境的污染及用户设备及产品的损害。因此，准确的对风险进行评价也是选择污水再生利用处理技术的重要课题。结束语选择何种市政污水再生利用处理技术组合，主要取决于：1、潜在需求量的预测；2、现有再生水源的确认评估；3、出水指标预期值；4、如何平衡不同用水季所带来的水量波动及对系统运行的调控等方面。应全面、系统地进行研究，选择出简单、有效、出水稳定达标且经济上可行的处理技术。另外，污水再生利用处理项目较高的投资费用及运行成本影响了其进一步的推广和应用，而低成本污水再生技术的开发可有效弥补这一缺憾。市政污水再生利用处理技术的开发和合理利用还有很长的路要走，需要从业者展望未来，不断开拓新思路、创造新技术。参考文献：1联合国环境规划署（UNEP）. 全球环境展望M. 北京：中国环境科学出版社. 2002.22001年中国水环境公报. 中华人民共和国水利部. 2002.3林跃勤. 污水再生利用城市节约用水的关键J. 科学决策. 2005(11).4USEPA. 污水再生利用指南. 胡洪营. 北京：化学工业出版社. 2008.5汪秀丽. 国外城市污水的再生利用J. 水利电力科技. 2005(3).6Metcalf & Eddy. Water ReuseM. USA: McGraw-Hill. 2007.7王少君. 浅谈国内外污水再利用现状J. 价值工程. 2010(9).8王志文. 城市污水回用问题分析J. 水资源保护. 2004(5).9韩云清. 城市中水回用技术分析与发展D. 内蒙古：内蒙古大学. 2011.10单连斌. 沈阳市污水资源化与综合利用的技术研究D. 沈阳：东北大学. 2004.