污水資源化利用的探討

■張振華 ■代縣自來水管理所，山西 代縣 034200

2011年我國GDP總量達到471564億元，超越日本成為全球第二大經濟實體。隨著全面建成小康社會和城鎮化的不斷推進，用水量和產生的污水量將大幅增加，這將對現有水資源的壓力越來越大。一方面，社會經濟的發展要不斷加速攫取水資源；另一方面，產生的污水又對現有水資源產生極大的威脅；使其功能減弱甚至完全喪失。因此，污水的資源化利用不僅可以使有限的水資源免受污染，而且回收的再生水又可重新利用，是解決我國缺水問題的重要舉措。

1 水污染加重了水資源短缺

我國淡水資源非常緊缺，人均占有量約為2300立方米，只相當于世界人均水平的1/4，位列世界110位，并且分布嚴重不均，進一步加劇了不少地區的水資源短缺程度，目前正常年份全國每年缺水量400億立方米，有400余座域市供水不足，嚴重缺水城市有110座，近2/3的城市存在不同程度的缺水。據《2011年中國環境狀況公報》公布2011年全國廢水排放量為652.1億噸，化學需氧量排放總量2499.9萬噸；氨氮排放總量260.4萬噸。全國地表水總體輕度污染，湖泊(水庫)富營養化問題依然突出。長江、黃河等10大水系469個國控監測斷面中，Ⅰ類—Ⅲ類，Ⅳ類—Ⅴ類和Ⅴ類水質斷面比例分別為61.0%、25.3%和13.7%。采用《地下水質量標準》(GB/T14849—93)，水利系統對201年北京、遼寧、吉林、黑龍江、上海、江蘇、海南、寧夏、廣東等9個省(自治區、直轄市)域內857眼監測井水質監測資料進行了水質分類評價，結果顯示，適用于各種用途的Ⅰ類—Ⅱ類監測井占評價總數的2%；適合集中式生活飲用水源及工農業用水水的Ⅲ類監測井的占21.2%；適合除飲用外其他途的Ⅳ類—Ⅴ類監測井占76.8%。

近年來，飲用水中多種微量有機污染物所造成的危害越加嚴重，有些“三致”物質采用一般的處理工藝很難去除，由于飲用水污染而造成的事故呈上升態勢。

由于水污染，破壞了水環境，使水資源利用率降低，加劇了水荒。人民健康受到了危害，經濟受到損失。據估計，我國每年因水污染所造成的經濟損失已達400億元。

2 污水資源化利用是解決水資源短缺的重要途徑

污水資源化利用已是世界上關注的問題，上世紀五十年代，美國就開展了這一領域的研究和試驗。目前，美國50%以上的再生水回用于農業，城市綠化和水景。日本，俄羅斯、沙特阿拉伯、以色列、南非等國家利用再生水已有多年歷史。從某種意義上看，污水是一種穩定的淡水資源，可根據不同的用途，經過適當的處理后，作為工業、農業、中水道和景觀等用水，可以緩解我國水資源嚴重短缺的狀況。

目前我國運行的污水處理廠已達到3100余座形成污水處理能力1.36億噸/日，污水再生利用生產能力為10821萬噸/日，實際再生利用總量923萬噸/日，不到全國域鎮污水處理總量的10%，污水再生利用潛力巨大。

造成污水再生利用率低的原因很多，關鍵是水質問題，據統計，截至2010年底，按一級B標準設計的污水處理廠有1500多座，按二級設計的污水處理廠有600多座，兩者合計污水處理能力有1億噸/日，約占全國總生活污水處理能力的80%。根據國家規定，城鎮污水處理廠出水排入重點流域及湖泊，水庫等封閉、半封閉水體時，要執行一級A標準。污水再生利用也至少要達到一級A標準，此外根據再生水的用途不同，大多需要再進行深度處理，因此許多已建污水處理廠都需進行污水處理工藝升級改造。

除了水質問題外，限制污水資源化利用的原因還包括：污水水源的距離，可獲得的水量及供水的持續性；潛在的供水可靠性，更新和建設供水設施的成本；與其他可替代水源成本的比較；潛在的健康影響，公眾對水質和水處理知識的了解和社會的理解等。

3 污水資源化利用的領域

(1)工業用水。從理論上說，經處理的污水可以回用于各種不需要達到飲用水水質要求的工業企業，各種工業生產中的冷卻水、鍋爐用水、生產和加工用水、清洗和輔助用水等，都可以利用經處理的污水。

(2)居民生活非飲用水。對居民生活來說，污水回用可以用于沖洗便溺、洗車、清潔和綠化，從社區的角度來看，污水回用包括室外的灌溉及各種景觀用水。

(3)間接的飲用水循環。間接的飲用水循環是將經過處理的污水回灌到土地，水體和濕地中，通過水體的稀釋和自凈作用，土壤的吸附及地層的截留，再經過取水后的處理，確保它滿足飲用水的水質標準。

4 污水資源化利用的方法

(1)常規處理。常規處理主要去除有機污染物和懸浮物。通常包括一級處理和二級處理，一級處理即物理處理，通過機械的攔截去除大的漂浮物及纖維物質。通過沉淀去除其中的無機顆粒。一般來說，一級處理一般不單獨運營，通常是作為后續處理的預處理。二級處理為生物化學處理，主要通過培養能降解有機物的微生物來實現，它是水體自凈作用的強化。通常分為活性污泥法和生物膜法。活性污泥和生物膜中經馴化的微生物將污水中的有機污染物為食物，合成自身細胞并繁殖，通過氧化分解有機污染物來獲得能量，維持自身的生理活動，通過這些生化作用，污水中的有機污染物轉變成了微生物，超大量的微生物聚集在一起，組成了活性污泥和生物膜，再通過固液分離，就得到清澈的出水。正常運行的污水處理廠的出水再經消毒后均可達標排放。但是如果回用，水質還略嫌不足，須進一步深度處理。

(2)深度處理。經過生化處理的出水中懸浮物、有機物濃度大幅下降，但是在回用時，大多與人有直接或間接的接觸，其中懸浮物是病原體的附著物，對人體健康存在潛在的威脅，而且其中的有機物會使工業產品品質下降，腐蝕、堵塞管道及設備，因此除農田灌溉等少數用途外，污水回用需進行深度處理。深度處理的方法有：①微絮凝過濾。這種方法是將少量絮凝劑加于二級處理出水中，絮凝劑經過水解反應后產生的絮凝體對原水中的懸浮物有吸附、攔截和卷掃的作用，再通過濾池的過濾，原水中的懸浮物得到去除，使水質更加清澈，病原微生物一并被去除，強化了后續的消毒效果。而且二級出水中的懸浮物大多為生物固體，因此這種方法還可以使水中的化學需氧量、生化需氧量、氨氮、總氮、總磷進一步降低。②活性炭吸附法。活性炭是由含碳為主的物質作為原料，經粉碎及加黏合劑成型后，經加熱脫水、炭化、活化而成，是一種非極性吸附劑。由干活性炭的比表面積達800—2000m2/g，具有很高的吸附能力。二級處理后的出水經過活性炭濾池(柱)后，水中的懸浮物會被截留，而且活性炭對絕大多數有機物包括二級生物處理后的難生物降解的有機物有良好的吸附功能，并且它對某些金屬離子也有很強的吸附能力。據報道，活性炭對銻、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳、六價鉻等都有良好的吸附能力。吸附后的活性炭可進行再生重復利用，被吸附的有機物在再生過程中被燒掉，不產生污泥。研究表明，活性炭對有機物的去除，除了吸附作用外，還存在著生物化學的降解作用。經過活性炭處理后的水再經消毒后，可滿足大多數回用水的水質要求。③膜分離法。膜分離法包括滲析、電滲析、超濾和反滲透等，都是通過一種特殊的半滲透性膜分離水中的離子和分子的技術。它通過電位差、壓差、濃度差等截留微粒，大分子物質，微生物，小分子物質等。以前多用于海水淡化，隨著膜制造技術的發展，其中價格日趨低廉，在污水處理中的應用也日趨廣泛，被認為是很有發展前途的技術。

除上訴所講外，水的深度處理方法還很多，只是在生產中實踐不多及用途單一，這里不一一贅述。

5 結論

由于我國水資源的嚴重短缺，污水不失為一種可觀的可利用資源，但是污水必須經處理后才能轉化為可利用的資源。而目前成熟的污水深度處理技術在生產中已有應用，應在政策及制度上予以推廣和支持。減少對現有水資源的污染，提高水的利用價值，來應對目前面臨的“水荒”，這也是我國當前可持續發展戰略和發展循環經濟的迫切要求。

［1］中華人民共和國環境保護.2011年中國環境狀況公報［M］.北京：環境保護部，2012∶4-6.

［2］哈爾濱建筑工程學院.排水工程［M］.北京：中國建筑工業出版社，1986∶289-318.