城市污水回用技術(shù)

第22卷第4期重慶建筑大學(xué)學(xué)報Vol 22 No 42000年8月Journal of Chongging Jianzhu UniversityAug.2000》分綜述文章編號:1006-73292000)4-0103-05城市污水回用技術(shù)張智,陽(yáng)春重慶建筑大學(xué)城建學(xué)院,重慶400045)摘要污水的回用既可有效地減輕環(huán)境污染,又可解決當前的水資源短缺問(wèn)題城市污水回用技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已取得了很大的進(jìn)展。本文討論了城市污水回用的意義、前景和常見(jiàn)的技術(shù)。關(guān)鍵詞冰環(huán)境污染;城市污水;水回用技術(shù);水資源中圖分類(lèi)號X703.1文獻標識碼:A本世紀以來(lái)人類(lèi)社會(huì )的高速發(fā)展造成了水體污染的加劇和水資源的短缺嚴重地制約了社會(huì )的進(jìn)一步發(fā)展在一些地方甚至威脅了人類(lèi)的生存。污水回用既能彌補現有水資源的不足又能有效地抑制水環(huán)境污染因而越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注。本文對污水回用的意義、處理技術(shù)和發(fā)展前景加以分析和討論。1城市污水回用是解決水資源短缺減輕水環(huán)境污染的有效途徑水是十分重要又很特殊的自然資源它是人類(lèi)賴(lài)以生存的基本物質(zhì)是人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展的制約因素。人口的劇增和社會(huì )經(jīng)濟的飛速發(fā)展造成需水量的增長(cháng)速度驚人加上水的浪費和水資源的污染水資源的短缺已經(jīng)成為當今人類(lèi)面臨的最嚴峻的挑戰之一。地球上可利用的水資源是有限的但隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的不斷發(fā)展全世界對水的需求幾乎每21年就要翻一翻達到目前的4.13萬(wàn)億m3。全世界只有1/4的人群飲用到合乎標準的水,/3的人得不到安全用水并且缺水的形勢日益嚴重。據統計目前中國和印度的耗水量已達到可利用量的60%而埃及和以色列幾乎使用了可資利用的全部水資源量爭奪水資源可能會(huì )成為下一輪國家間爆發(fā)戰爭的緣由。中國是一個(gè)貧水國家淡水資源非常短缺河川多年平均徑流量為2.62×103m3人均占有量2000m3/a左右,為世界人均占有量的1/5居世界第110位被聯(lián)合國列為13個(gè)貧水國之一。近20年來(lái)中國經(jīng)濟以每年10%的高速度連續增長(cháng)人口集中污水排放量増加。許多河流、湖泊遭受?chē)乐匚廴緩木植拷伟l(fā)展到流域污染。據統計我國80%的水域和45%的地下水已被污染9%以上的城市水域嚴重污染。水域污染的結果使得本來(lái)就短缺的水資源更加匱乏許多中心城市取水水源水質(zhì)下降甚至報廢。除此之外在一些南方山地城市由于水的提升高度過(guò)大造成取水費用高昂而缺水。這都對生產(chǎn)和生活造成了極大的影響通過(guò)改進(jìn)技術(shù)降低水的消耗和污水排放量從水資源充沛的地區調水引入水資源匱乏104重慶建筑大學(xué)學(xué)報第22卷地區固然可以從一定程度上緩解水資源的緊張狀況但城市污水的再生回用比開(kāi)發(fā)建設新水源更為重要且具有現實(shí)意義。美國曾經(jīng)拿城市污水和海水作比較前者含有0.1%的污染物而后者則含有3.5%的溶解鹽還有大量的有機物質(zhì)為污水二級處理出水所含雜質(zhì)的35倍以上因而采用海水淡化獲取水源的基建費和單位成本都超過(guò)污水回用的費用。而城市污水經(jīng)二級處理之后回用自然就減少了向水域的排放量帶來(lái)了可觀(guān)的環(huán)境效益并且這些環(huán)境效益和經(jīng)濟效益是統一的。2常見(jiàn)的污水回用技術(shù)早期的城市污水回用主要用于農業(yè)灌溉由于對水質(zhì)要求不高一般就直接將污水廠(chǎng)二級出水加以利用。隨著(zhù)城市污水回用領(lǐng)域的擴大對回用水的水質(zhì)也有了不同的要求并針對不同的用途和要求制定了水質(zhì)標準但是這些標準的要求都高于污水處理廠(chǎng)二級出水水質(zhì)因此污水回用技術(shù)多對二級岀水進(jìn)行深度處理。常用的城市污水回用技術(shù)包括傳統處理混凝、沉淀、常規過(guò)濾λ生物過(guò)濾、生物處理、活性炭吸附、膜分離、消毒、土地處理等。采用傳統處理方法對二級出水進(jìn)行處理,可去除濁度73%88%,SS60%70%色度40%60%BOD31%77%,COD25%40%總磷29%90%。研究表明混凝一過(guò)濾法去除可生物降解物質(zhì)比去除難以生物降解物質(zhì)更多,可使二級出水的濁度由614NTU降至0.12NTU總磷由1.32.6mg/L降至小于0.1mg/LBOD;由713mg/L降至12.5mg/LTOC由1011mg/L降至4.24.5mg/L但對氨氮去除效果較差最佳的pH是65。傳統處理法對含有重金屬的污水處理效果較好但在投加過(guò)量的石灰之后出水要進(jìn)行再碳酸化,以調整pH值防止出水在條件變化之后出現結垢影響水質(zhì)活性炭含有大量的微孔具有巨大的比表面積在回用水處理中應用得較為廣泛?；钚蕴磕苋コ写蠖鄶档挠袡C物和某些無(wú)機物,包括可能有毒的痕量金屬?；钚蕴窟€可以有效地吸附單寧、木質(zhì)素、醚、蛋白質(zhì)類(lèi)物質(zhì)、氯代烴、有機磷和氨基甲酸脂類(lèi)殺蟲(chóng)劑還能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、DDT及許多脂類(lèi)和芳烴化合物。對于氯消毒產(chǎn)生的THMs去除能力較低僅達23%60%。在對活性炭的利用中除傳統的吸附柱外目前采用較多的有與生物濾池相結合的GAC濾池和活性炭粉碳系統(PAC)GAC濾池在國外采用較多它除了利用GAC的強大吸附功能之外還利用大量GAC組成的濾料層攔截一些較大的雜質(zhì)顆粒起到了傳統濾池和活性炭吸附的雙重作用而且由于活性炭中大量的微孔便于微生物的生長(cháng)其效果要好于一般的無(wú)煙煤濾料濾池。PAC應用于實(shí)際工程已有了較長(cháng)的歷史,它投加于曝氣池中可以大大改善活性污泥法曝氣池的運行狀況使得岀水均勻固體沉降性好還能有效地吸附表面活性劑從而抑制泡沫。但隨著(zhù)水污染的加劇和污水回用量的日益增大對于PAC人們又有了新的認識。粉末活性炭懸浮床過(guò)濾技術(shù)又稱(chēng)為 Haberer工藝它是一種集吸附和過(guò)濾為一體的PAC方法。粉末活性炭—硅藻土過(guò)濾聯(lián)用技術(shù)可以同時(shí)取得精濾和吸附雙重作用簡(jiǎn)稱(chēng)PDF肢術(shù)該技術(shù)處理CHCl和C2Cl4效果十分明顯,UV235去除率達到85%,說(shuō)明 NPTOC和 TTHMFP兩類(lèi)物質(zhì)去除率較高因而PDF技術(shù)特別適合于回用作直接的飲用水或高質(zhì)量的工業(yè)用水生物處理技術(shù)在回用處理中主要是用來(lái)進(jìn)行生物脫氮除磷,分為懸浮生長(cháng)工藝和附著(zhù)生長(cháng)工藝。目前用的較多的懸浮生物脫氮工藝為AO法工藝, Badenpho工藝,U.C.T.工藝改進(jìn)U.C.T工藝和 Johanesburg工茨簡(jiǎn)稱(chēng)JHB),上述工藝的發(fā)展趨勢是在提高脫氮效率的同時(shí)盡量縮短水力停留時(shí)間。其HRT從20h縮小到幾小時(shí)甚至在一個(gè)池子內進(jìn)第4期張智等城市污水回用技術(shù)105Salzburg污水廠(chǎng)將B段運行方式改為:A2/0,U.C.T.厭氧一缺氧一好氧—缺氧NH4+一N去除率可以達90%以上。除磷工藝主要有A2/0,An-0和A-A—A工藝其中A-A_A工藝還可以達到同步脫氮除磷的目的可變容積的SBR法也是較為流行的一種生物脫氮除磷法它通過(guò)連續進(jìn)水閫歇岀水調節反應的環(huán)境條件從而對氮和磷加以去除。附著(zhù)生長(cháng)工藝生物量大污泥齡長(cháng)操作穩定性好可以有效地抵抗多數毒物的沖擊影響。附著(zhù)生長(cháng)工藝用于脫氮在歐洲應用較廣主要是生物濾池和生物轉盤(pán)當進(jìn)水不含溶解氧時(shí)反硝化負荷可達1kgN/m3d當進(jìn)水含溶解氧5.0mg/L時(shí)反硝化負荷為0.7mg/L。日本把生物轉盤(pán)與活性污泥法或生物濾池結合可組成一種新型的脫氮流程?？偟膩?lái)說(shuō)生物脫氮除磷主要是朝著(zhù)提高效率、縮短水力停留時(shí)間、懸浮與附著(zhù)相結合裝置設備化小型化方向發(fā)展生物過(guò)濾技術(shù)在污水地回用領(lǐng)域應用是越來(lái)越廣泛。該技術(shù)充分地利用了濾池中濾料的攔截作用和濾料上附著(zhù)生物膜的降解作用將二沉池岀水中未能去除的大多數物質(zhì)能夠有效的加以去除并減少后繼消毒費用極大限度地降低濁度產(chǎn)生晶瑩誘人的出水。為了更好地利用濾池的深度和減小堵賽的可能性有的研究者還通過(guò)改變進(jìn)出水的方向和濾池進(jìn)岀水過(guò)水斷面的大小研制成玏了上向流變速生物濾池采用該型濾池處理生物處理二沉池岀水處理水水質(zhì)可以達到國家頒布的回用水水質(zhì)標準。濾池的濾料對于處理效果的好壞影響很大,目前比較新的濾料有酶促陶粒濾料,它利用多空陶粒的微孔增加了生物的附著(zhù)量同時(shí)酶的催化作用也加強了處理的效果。膜處理技術(shù)由于高效、實(shí)用、可調、節能和工藝簡(jiǎn)便已經(jīng)被廣泛地應用于污水回用領(lǐng)域隨著(zhù)制造工藝的提高曾被認為是十分昂貴的膜處理技術(shù)如今變得越來(lái)越經(jīng)濟了具有很強得競爭力?，F在應用得較多得膜處理技術(shù)有微濾、納米過(guò)濾、超濾、滲析、反滲透、電滲析、氣體分離等。微濾可以沉淀不能去除的包括細菌、病毒在內的懸浮物還可以除磷。超濾已被用于去除腐質(zhì)酸等大分子反滲透已被用于降低礦化度和去除總溶解性固體(TDS使用反滲透對于二級出水的脫鹽率達90%以上水的回收率75%左右COD和BOD的去除率85%左右超濾大于50%)細菌去除率90%以上。對于含氮化合物、氯化物、和磷也有較為優(yōu)良的脫除性能。納米過(guò)濾介于反滲透和超濾之間工作壓力在0.51MPa,可以截流200400道爾頓以上的分子產(chǎn)水量也較大如在827kPa時(shí)達1020L/m2d。納米過(guò)濾可以直接去除一切病毒細菌和寄生蟲(chóng),同時(shí)大幅度地降低溶解有機物〔消毒副產(chǎn)物的前體),它可將THMs和HAAs前驅物去除90%,硬度去除85%95%,-價(jià)離子去除率大于70%操作壓力為482689kPa時(shí))在軟化水的同時(shí)減少減少溶解固體。低壓大水量使得納米過(guò)濾的運行費用大大減少(工作壓力為反滲透的1/41/3出水量為反滲透的23倍目前法國巴黎市郊的一座2800m3d生產(chǎn)性納濾膜水「已成功地運轉了1年多其出水完全能滿(mǎn)足歐共體新近頒布的有關(guān)消毒副產(chǎn)物的指標要求。出水TOC低于0.20.3mg/L生物穩定性很好能有效地防止輸水管網(wǎng)中細菌的繁殖。在美國納米過(guò)濾水廠(chǎng)的總投資低于220漲/m3d運行費用約0.080.14/m3。為減少消毒副產(chǎn)物和溶解有機碳用納米過(guò)濾比用傳統的處理和用臭氧加活性炭更便宜。研究表明當小規模處理廠(chǎng)(小于2萬(wàn)t/d)所有的膜處理技術(shù)的單位體積水處理費用均和傳統處理工藝相當或更便宜。有資料表明采用膜處理技術(shù)的污水廠(chǎng)其總投資和運行費用還將會(huì )繼續下降?？梢?jiàn)膜處理技術(shù)將對污水回用的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。消毒是污水回用處理中必不可少的尤其回用水將要和人直接接觸或用于食用農作物灌溉時(shí)就更顯得重要了。常用的消毒工藝有氯消毒、紫外紱(Uν消毒和臭氧O3)消毒重慶建筑大學(xué)學(xué)報第22卷已脫氮或部分脫氮的二沉岀水中的大腸菌、糞性大腸菌群、腸道球菌、糞性腸道球菌、異氧菌、脊髓灰質(zhì)炎病毒的去除效果與加氯消毒相同但減少了致癌性消毒副產(chǎn)物。值得一提的臭氧,它除了可以利用其強臭氧化作用殺滅細菌和病毒之外還可以氧化分解水中的各種雜質(zhì)包括顯色有機檄如有機酸、有機染料等)因而能有效地去除水中的色、臭、味且脫色效果由于氯和活性炭。臭氧化作用可以使芳族化合物全部或部分消失不飽和脂肪酸減少或消失可以明顯地提高污水地可生化降解性。同時(shí)臭氧化還可以降低ξ電位提高混凝和過(guò)濾的去除率。所以在回用水處理中臭氧不光用于消毒而且用于混凝沉淀和生物過(guò)濾之前對加強水處理的效果。大量研究結果表明預臭氧加傳統處理可去除45%的THMs前體55%的UV消光值55%的色度還可去除二級出水中80%的ABS和80%的COD。土地滲濾也叫土地含水層處理,它使水源水通過(guò)堤岸過(guò)濾或沙丘滲透以利用土壤中生長(cháng)的大量微生物對水中污染物進(jìn)行降解去除以?xún)艋|(zhì)的方法。它是近二十年才發(fā)展起來(lái)的。由于污染物經(jīng)過(guò)地下土層和地下包氣帶產(chǎn)生一系列的物理、化學(xué)和生物作用許多微生物和化學(xué)物質(zhì)通過(guò)各種反應被去除這些過(guò)程延遲了某些化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入地下水的速率使些污染物質(zhì)降解為無(wú)毒無(wú)害的組分,—一些物質(zhì)則被植物所吸收從而使污染物濃度得以降低。土地滲濾使用壽命很長(cháng)費用相當低在美國為2.525美分1000·m°該法投資省處理效果好尤其是對有機氯化物和氨氮但它有占地大不易管理的缺點(diǎn)。3城市污水回用的現狀及展望當前各國都在開(kāi)展污水回用技術(shù)的研究和實(shí)施美國和日本等一些發(fā)達國家走在了前列。比較有名的是美國洛杉磯地區奧倫治縣的21水廠(chǎng)它的成品水由56775m3/d的回收水,18925m3/d的反滲透脫鹽水和22710m3/d的深井水混合而成通過(guò)23口多點(diǎn)回灌井注入四層含水層形成防止海水入侵的水力擋水墻同時(shí)補給了奧倫治縣供水量70%的地下水庫。該工程基建費用1972年)為1200萬(wàn)美元運行費0.1美元/t。為了最大限度的利用有限的水資源美國加州的法律甚至規定如果有可獲得的回用水時(shí)不能用飲用水進(jìn)行澆灑灌溉。日本的福岡地區由于沒(méi)有大旳河流而且沒(méi)有充足的地下水源因此水一直是影響當地經(jīng)濟和生活的一個(gè)重要因素從1980年開(kāi)始,些公共和私人的建筑開(kāi)始將污水深度處理之后加以回用主要用于沖洗和綠化到1995年污水的回用量已達到4500m3/d。東京還將污水廠(chǎng)的深度處理出水回用于恢復一條已經(jīng)干涸的小溪收到了良好的社會(huì )效益和環(huán)境效益。我國山東田橫島業(yè)已建成了污水回用設施,它利用中水裝置將生活污水處理之后一部分直接用于沖洗和澆灑另一部分則通過(guò)地下滲濾作為地下水的補充。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟比較發(fā)現使用各種水源制水成本不同采用地下水和雨水為4.2元/m3使用外調水為3.9元/m3用海水淡化為19.6元/m3使用中水為0.7元/m3使用滲濾水為1.7元/m3經(jīng)濟效益是非常明顯的。大連市污水廠(chǎng)回用示范工程每天產(chǎn)水10000m3/d售價(jià)0.3元/t而大連市的工業(yè)水價(jià)1993年為0.6元∧污水回用比直接從河里引水節省投資2/3。據統計我國目前每年排污量為365億m3處理率不到10%預計到2000年城市污水處理率達20%30%回用量占處理量的10%那么一年可以提供回用水7.3億m3相當于20座規模為10萬(wàn)m3/d的給水廠(chǎng)供水量按照大連市的費用結果投資僅為給水廠(chǎng)的1/3若每個(gè)10萬(wàn)m3/d水廠(chǎng)的造價(jià)為1.5億元使用回用水可節省投資20億元經(jīng)濟效益是十分明顯的每年減少的污水排放量7.3億m3帶來(lái)的社會(huì )和環(huán)境效益也是非常顯著(zhù)的。第4期張智等城市污水回用技術(shù)107機統一。在我國今后的發(fā)展中應當大力推廣污水的回用切實(shí)利用和保護好水資源保證我國社會(huì )經(jīng)濟的持續發(fā)展參考文獻[1]張中和譯.城市污水高級處理手刪〔M〕.北京中國建筑工業(yè)出版社,1987[2]邱中峙錢(qián)榮孫譯.水的再凈與再生〔M〕.北京中國建筑工業(yè)出版社1987[3]張杰水資源、水環(huán)境與城市污水再生回用〔J.給水排水,1998248)1-14〕黃曉東王占生微污染水源水凈化新技術(shù)J〕環(huán)境污染與防治,19982(3)35~38[5]范瑾初飲用水處理中粉末活性炭應用研究J.中國給排水』997,3(2)了-9[6〕蹇興超城市污水回用技術(shù)現狀和發(fā)展趨勢J.環(huán)境保護1996(2)15~17[⑦]江世竹等.貧水地區用水對策與污水回用J]環(huán)境保護,1996(4):13~16[8]顧平李方方膜技術(shù)在水處理中的應用現狀極其發(fā)展J)中國給排水,1998|45)25~27[9]高從塏膜科學(xué)——可持續發(fā)展技術(shù)的基礎.水處理技術(shù)199824(1):14~19[10]龍騰銳陳中博,等.利用活性污泥—缺氧變速生物濾池系統進(jìn)行城市污水深度處理的試驗硏究〔J〕.給水排水,19972(2)13-17[∏1]鄒利安劉燦二級城市污水處理廠(chǎng)岀水直接過(guò)濾回用的研究與實(shí)踐〔J〕.給水排水,1997238):112]錢(qián)易米祥友現代廢水處理新技術(shù)〔M〕.中國科學(xué)技術(shù)出版社1992[13]蘭淑澄籌環(huán)境保護科學(xué)新進(jìn)展〔M〕.北京沖國建筑工業(yè)出版社,993[14 Ekama G. 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