污水回用中的循環(huán)濃縮水質(zhì)模型與污水回用率

第24卷第6期環(huán)境科學(xué)學(xué)報Vol 24. No 62004年1月ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAENov.,2004文章編號:02532468(2004)06099908中圖分類(lèi)號:X703文獻標識碼:A污水回用中的循環(huán)濃縮水質(zhì)模型與污水回用率樊耀波,楊問(wèn)波,李剛,吳琳琳(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京1005摘要;污水回用中因循環(huán)濃縮,存在著(zhù)水質(zhì)變差問(wèn)題探索其變化規律,定量確定運行參數,做到既節水又保證回用水質(zhì)合格、穩定,具有重要理論和實(shí)用意義通過(guò)數學(xué)歸納法推導出一個(gè)循環(huán)濃縮水質(zhì)數學(xué)模型和計算雜用水質(zhì)和污水回用率的公式應用該模型,以廁所污水回用為例,就污水水質(zhì)污染物去除率處理水質(zhì)和雜用水質(zhì)標準對雜用水質(zhì)、污水回用率的影響進(jìn)行討論結果表明,在符合城市雜用水水質(zhì)標準的前提條件下,分別按生化需氧量、濁度、氨氮及色度等水質(zhì)指標計算得出的污水回用率是653%,829%,575%和37%,在廁所污水回用中,色度為水回用率的限制指標由于色度指標的限制,經(jīng)計算水循環(huán)廁所的污水回用率一般不宜超過(guò)40%關(guān)鍵詞:水質(zhì)模型;水回用率;污水處理;水回用a water quality model for water reuse and the reusing rate of the treatedwastewaterFAN Yaobo, YANG Wenbo, LI Gang, WU Linlin Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy ofSciences, Beijing 100085)Abstract: A water quality model for water reuse was derived with mathematical induction. Based on the model, two formulas were derived tolculate Cs and r, the concentration of pollutants in the reused water and the reusing rate of the treated wastewater. The relationships amongCs,E(the removal efficiency of pollutants of wastew ater)and Co( the concentration of pollutants in influent), and also relationship betweenand the standards of reused water were discussed. The reusing rates of the treated wastewater were different for the different water quality pa-rameters, The r for the"black water"reuse were 65.3% 82.9%, 57.5%, and 37%, of BOD,, turbidity, ammonia and color, respectively. According to the study, the reusing rate of the reused waterfrom a toilet will be less than 40%, where every parameter can be up to the reKeywords: water quality model; reusing rate; wastewater treatment; water reuse隨著(zhù)水污染和水短缺形勢的日益嚴峻,污水作為一種可再生資源越來(lái)越被人們所認識,許多污水處理技術(shù)應用于污水處理中,凈化水回用于沖廁、洗車(chē)、循環(huán)冷卻補水、綠化或景觀(guān)用水1-6).但目前所知的污水處理技術(shù)對水中的污染物均很難完全去除,即大多數污染物的去除率小于100%特別是要求在技術(shù)經(jīng)濟均可行的條件下更是如此目前污水回用技術(shù)多以生化處理技術(shù)為主,不可生化降解和水處理系統不能除去的污染物會(huì )殘留在處理水中如糞便污水或生活污水中的糞膽紅素、毛紡印染廢水中的染料、微生物自身的代謝產(chǎn)物及污水中的溶解性總固體等水回用的一個(gè)基本特征是水在回用系統中進(jìn)行多次循環(huán)如果水循環(huán)次數過(guò)多或污水回用率過(guò)高,回用水中難以由該技術(shù)去除的物質(zhì)就會(huì )積累起來(lái)直至回用水中一項或多項污染物指標超過(guò)回用水的標準,使水質(zhì)失去回用價(jià)值這是導致沖廁和洗車(chē)水回用工程中色度逐收稿日期:2003-11-26;修訂日期:20040205基金項目:國家高級技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)(課題編號:2002AA201220A)作者簡(jiǎn)介:樊耀波(1954-),男,副研究員, yian@mil,rees,ac,cn,01062849109環(huán)境科學(xué)學(xué)報24卷漸加重和有機物濃度逐漸升高的一個(gè)重要原因46.本文將這種因循環(huán)利用,回用水中殘留污染物濃度逐漸升高的現象稱(chēng)為循環(huán)濃縮現象目前,水質(zhì)模型的研究多集中在水處理技術(shù)對污染物去除效果、工藝參數的確定與優(yōu)化等方面在水回用中,有一些關(guān)于微生物學(xué)指標安全和風(fēng)險評價(jià)方面的數學(xué)模型研究,而有關(guān)水回用循環(huán)濃縮問(wèn)題的水質(zhì)模型研究未見(jiàn)報道在水回用技術(shù)的應用中,水回用的循環(huán)濃縮問(wèn)題常常被忽視.人們在開(kāi)發(fā)推廣和選用項水回用技術(shù)時(shí),常常注意到其污染物去除率的高低和出水水質(zhì)的優(yōu)劣,甚至過(guò)分宣傳某項技術(shù)的性能,而對某項技術(shù)在水回用工程應用中存在的循環(huán)濃縮問(wèn)題認識不足,對因循環(huán)濃縮導致的水質(zhì)下降問(wèn)題沒(méi)有思想準備,更沒(méi)相應的防范措施.因此,一旦水回用循環(huán)濃縮問(wèn)題嚴重,一些水回用工程要么不能正常運行,要么被迫關(guān)閉,不僅造成嚴重的資源浪費,還常常引起法律糾紛為此,本文擬就水回用中的循環(huán)濃縮問(wèn)題進(jìn)行探討,試推導出一個(gè)回用水循環(huán)濃縮水質(zhì)數學(xué)模型;并以膜生物反應器污水處理工程實(shí)例數據和《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GBT189202002)標準為依據,應用該循環(huán)濃縮水質(zhì)模型,計算出各水質(zhì)指標的污水回用率;并對污水回用率、污水水質(zhì)污染物去除率、回用水水質(zhì)及標準等之間的相互關(guān)系和影響進(jìn)行討論;為提高和改進(jìn)污水處理與回用工藝的性能和效率、合理選擇污水回用率、保證回用水符合回用水質(zhì)標準、保證水回用工程的長(cháng)期穩定運行、最大限度地發(fā)揮其節水和水污染控制的效能提供科學(xué)依據1水回用系統及物料平衡圖1給出了水回用系統的流程和物料平衡示意圖圖中包括水處理器清水池和用水點(diǎn)水處理器為膜生物反應器或其它生化水處理系統,用水點(diǎn)或水回用用途可以是沖廁或洗車(chē)水回用系統具有如下循環(huán)工藝過(guò)程:新鮮補充水進(jìn)入清水池,由水泵輸出用于沖廁或洗車(chē),經(jīng)使用后的污水進(jìn)入水處理器,污水經(jīng)處理后回流到清水池,為了防止殘留污染物的濃縮,需要排放一定的處理水,排放的水量由新鮮水補充圖1中的符號說(shuō)明如下:Q為新鮮水水處理器膜生物反應器或|ca補充量(m3h1);C1為新鮮水中某污染指其它水處理系統a水池標濃度(mL);Q為雜用水量(m3h);C.為雜用水中某污染指標濃度沖廁成洗車(chē)(mg:L1);Q.為糞便水或其它污水原液量m3h);Q。為污水量(m3h1);C為圖1水回用系統及物料平衡示意圖污水中某污染指標濃度(mgL1);Cn為Fig. 1 Flow diagram of a wastewater reuse system處理水中某污染指標濃度(mgL1);Q,為處理水回用水量(m3h1);Q,為外排污水量(m3h-");以上各量均為平均值2循環(huán)濃縮水質(zhì)模型的推導為進(jìn)行循環(huán)濃縮水質(zhì)模型的推導,首先提出以下假設條件.(1)污水處理器處于穩定運行狀態(tài),具有穩定的水中污染物去除率E(E=(C。-C》C0,E<100%).(2)設W為每次水循6期樊耀波等污水回用中的循環(huán)濃縮水質(zhì)模型與污水回用率環(huán)由糞便水或其它污水原液Q.(m3·h-1)帶進(jìn)雜用水Q(m3h1)中的某污染物指標的量;在Q.與Q混合后,形成了污水量Q(m3h"),污水中該污染指標的混合濃度設為C0(mgL);且設每次水的循環(huán)帶入的污染物總量W不變,形成的污水量Q。也不變,所以W可以由污水量Qo與混合濃度Co的乘積來(lái)表示,即:W=C0Q.(3)水力停留時(shí)間HRT,HRT=VQ,V為水回用系統除了清水池之外各水池、水槽的總容積;Q為雜用水量,為處理水回用量Q混入新鮮補量Q水后,形成循環(huán)雜用水量(4)N為循還次數,即雜用水量Q以HRT為周期在水循環(huán)系統中完成循環(huán)的次數推導通過(guò)數學(xué)歸納法進(jìn)行,在以上假設條件下,處理水污染指標濃度值Cn與污水中某污染指標濃度C、污染物去除率E及循環(huán)次數N=0~n(n為正整數)的關(guān)系推導如下N=0,設為水回用系統水啟動(dòng)狀態(tài),系統中需要全部注入新鮮水,Q=Q,即處理水回用量Q,=0,此時(shí)Qo =Q+Q(1)Qo= Qp +q(2)Co wlQC=C0(1-E)(4)式中:Q為系統起動(dòng)時(shí)新鮮水量(m3h1);Cm為系統起動(dòng)時(shí)處理水中某污染指標濃度(mgL")若令d=1-E,d為污染指標殘存率,0