城市污水資源再生利用技術(shù)

鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院 史遠通 靳云鶴

城市污水資源再生利用技術(shù)

鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院 史遠通 靳云鶴

目前我國已制定了污水再生利用系列標準，為再生水利用于不同的對象提供了技術(shù)選擇依據(jù)。實際工程中應(yīng)根據(jù)國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況和國內(nèi)污水再生利用工程經(jīng)驗，針對再生水使用對象和國家再生水水質(zhì)標準，選擇相應(yīng)的處理技術(shù)和工藝。但由于我國污水再生產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，國家建設(shè)資金極端缺乏、價格體系不健全、缺乏鼓勵污水再生利用的政策，嚴重影響了城市污水再生利用的產(chǎn)業(yè)化進程。因此，研究污水再生利用的運營機制、管理體制和激勵機制，是加快城市污水再生利用產(chǎn)業(yè)化進程的重要問題。

一、再生水用于城市雜用

根據(jù)《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》標準（GB/ T18920－2002），城市雜用水包括城市綠化、建筑施工、洗車、道路灑水、廁所沖洗用水等。

根據(jù)《城市污水再生利用 生活雜用水水質(zhì)》標準，每升再生水中總大腸菌群數(shù)不應(yīng)超過3個，因此需要足夠的投氯量并延長消毒時間，以保證病毒或寄生蟲卵滅活或死亡。亦可采用其他消毒方法，但一定要保證輸水布水系統(tǒng)管網(wǎng)末端的余氯不小于0.2mg/L。因此，再生水作為城市雜用水時，技術(shù)選擇上首先應(yīng)提高二級生物處理在低溫條件下的硝化效果，然后在深度處理技術(shù)選擇時采用過濾技術(shù)（包括砂濾、機械過濾、快濾等）。過濾前一般應(yīng)投加混凝劑或助凝劑，如采用混凝沉淀過濾、微絮凝過濾、磁共沉等技術(shù)，最后對出水進行消毒技術(shù)處理。

二、再生水用于景觀環(huán)境用水

根據(jù)《城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水水質(zhì)》標準（GB/ T18921－2002），景觀環(huán)境用水包括觀賞性景觀環(huán)境用水和娛樂性景觀環(huán)境用水，水體分為河道、湖泊和水景三類。景觀環(huán)境用水的關(guān)鍵是控制富營養(yǎng)化，因此，需盡可能降低再生水中的氮、磷含量，同時必須保持水體的流動。景觀環(huán)境用水標準中要求，對于完全使用再生水作為景觀河道類水體水停留時間宜在5天之內(nèi)，湖泊類水體水溫高于25℃時水體靜止停留時間不宜超過3天。但再生水用于景觀環(huán)境水體一般都是在地表水供用不足地區(qū)，同時河道和湖泊一次換水量較大，使得從控制水體富營養(yǎng)化角度考慮提出的上述水體流動要求難以實現(xiàn)，因此，目前部分地區(qū)（如北京）提出高品質(zhì)再生水的要求，即將再生水質(zhì)提高到類似地表水Ⅳ標準。

綜上分析，二級處理出水難以滿足景觀環(huán)境用水水質(zhì)要求，再生水處理需進一步去除BOD和SS，盡可能地降低氮和磷，并進行相應(yīng)的消毒處理。因此，在再生水處理技術(shù)選擇中，應(yīng)首先提高二級處理過程的生物脫氮和硝化效果，如采用多級A/O技術(shù)、增加缺氧段停留時間、提高內(nèi)回流比、在好氧池中增加填料等，再生水處理采用反硝化濾池技術(shù)。對于BOD、SS和TP的去除，再生水處理可選擇混凝沉淀過濾、微絮凝過濾、磁共沉等技術(shù)，以滿足景觀環(huán)境用水水質(zhì)標準要求；在北方城鎮(zhèn)水體地表水供用不足地區(qū)，應(yīng)提高再生水的水質(zhì)，可選擇膜技術(shù)，包括MF、UF、RO和MBR技術(shù)。對于濁度的改善可選擇活性炭吸附和臭氧氧化技術(shù)。消毒可選擇臭氧消毒、紫外線消毒或氯消毒。工程中應(yīng)對上述技術(shù)進行優(yōu)化組合，從控制水體富營養(yǎng)化角度可選擇“強化二級處理+臭氧氧化+曝氣生物濾池+反硝化濾池+消毒”的技術(shù)路線，或“強化二級處理+膜技術(shù)+消毒”的技術(shù)路線。

三、再生水用于工業(yè)用水水源

根據(jù)《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》標準（GB/ T19923－2005），工業(yè)用水包括冷卻用水、洗滌用水、鍋爐補給水和工藝與生產(chǎn)用水。比較工業(yè)用水水質(zhì)標準與排放標準，可以發(fā)現(xiàn)，主要水質(zhì)指標如COD、BOD、氨氮和總磷等一級A排放可滿足工業(yè)用水水質(zhì)要求，一級B排放尚需后續(xù)處理去除BOD約50%，去除氨氮≥20%。再生水用于冷卻用水和鍋爐補水時，若水質(zhì)不能滿足需要，將會影響系統(tǒng)的運行，導(dǎo)致結(jié)垢、腐蝕、生物增長等。結(jié)垢是由殘余的有機物、鈣及鎂鹽的沉積造成的。再生水中的高TDS、溶解性氣體及高氧化態(tài)金屬會導(dǎo)致鍋爐和冷卻系統(tǒng)腐蝕。同時，為防止結(jié)垢和腐蝕，還應(yīng)對鐵、錳、氯、二氧化硅含量，及硬度、堿度、硫酸鹽、TDS和糞大腸菌群數(shù)進行控制。根據(jù)上述分析，再生水作為工業(yè)用水水源可選擇強化二級處理技術(shù)（如在曝氣池添加填料，提高硝化效果），后續(xù)處理可采用“混凝沉淀過濾+消毒”的技術(shù)，也可采用膜技術(shù)來提高處理效果并同時去除二級處理出水中的重金屬，但“膜處理+消毒”技術(shù)工程投資和運行費用都較高。防止結(jié)垢、腐蝕一般采用化學(xué)法及沉淀法，如加酸酸化或加阻垢劑（如鉻酸鹽、多磷酸鹽）等。

四、再生水用于農(nóng)業(yè)

根據(jù)《城市污水再生利用 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》（GB/ T20922－2007），農(nóng)田灌溉用水包括纖維作物、旱地谷物、油料作物、水田作物和露地蔬菜等灌溉用水。將再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉，應(yīng)確保衛(wèi)生安全，并防止土壤退化或鹽堿化等。含鹽量是再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉最重要的水質(zhì)指標之一，標準中規(guī)定了非鹽堿土地區(qū)及鹽堿土地區(qū)的含鹽量標準。另外，還應(yīng)防止重金屬及有害物質(zhì)在土壤中富集，并通過食物鏈積累于農(nóng)作物中。如果再生水采用噴灌，尚需要控制懸浮物，以防堵塞噴頭。對于纖維作物、旱地谷物和油料作物用水，二級處理加消毒即可滿足要求；對于水田作物和露地蔬菜用水，需采用常規(guī)二級處理加混凝、沉淀、過濾等補充處理技術(shù)才能達標。

五、再生水用于地下水回灌

根據(jù)《城市污水再生利用 地下水回灌水質(zhì)》標準（GB/ T19772－2005），地下水回灌包括地表回灌和井灌兩種。井灌對水質(zhì)的要求比地表回灌要高。再生水回灌于地下含水層，補充地下水，用以防止因過量開采地下水而造成的地面沉降和海水侵入，而且回灌于地下的再生水可能將被重新提取用作農(nóng)業(yè)灌溉用水或生活飲用水水源。城鎮(zhèn)污水處理廠的二級出水仍可能含有有機微污染物、痕量重金屬、糞大腸菌、致病菌或病毒等有害物質(zhì)。為防止對地下含水層的污染，提供清潔水鏈，對于地下水回灌的再生水水質(zhì)要求較其他回用領(lǐng)域要嚴格。在地下水回灌再生處理技術(shù)選擇中，需要采取多種單元技術(shù)組合才能滿足回灌地下水水質(zhì)要求。目前較常選擇的技術(shù)有多層濾料過濾、臭氧氧化、反滲透、氯化、硅藻土過濾、混凝沉淀、活性炭吸附。消毒技術(shù)有臭氧消毒和氯消毒。

城市污水再生利用的工程設(shè)計，應(yīng)對再生水水源的現(xiàn)狀水質(zhì)特性、污染物構(gòu)成進行詳細調(diào)查或測定，做出合理的分析預(yù)測；應(yīng)切合實際并安全可靠地確定再生水水源水質(zhì)和再生處理水質(zhì)要求，采用不同的單元工藝組合，優(yōu)化工藝設(shè)計參數(shù)。本文對污水資源的再生利用技術(shù)進行了一些探討，期待能對城市污水有效利用有所裨益。