污水處理廠再生水現狀及資源化利用研究

關鍵詞：再生水；資源化利用；再生水水質；效益

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0024-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.006

Research on the Current Status and Resource Utilization of Reclaimed Water in Sewage Treatment Plants

LIChuangxiu，LI Zhiguo，ZHAO Sha （Jining Zhongshan Public UtilitiesWater Co.，Ltd.，Jining272Ooo，China）

Abstract：Asanunconventional watersource，reclaimed watercan beused for ecological replenishment，industrial utilizationand municipalutility，etc.，which isof great significance forreducing water pollution，improving water resourceallocation eficiencyandoptimizing watersuplystructure.Byanalyzingthetreatmenttechnology，waterquality managementandoperationofthereclaimed waterreuse projectinanortherncitysewage treatment plant （Jsewage treatment plant），thispaperexplorestheutilizationwaysofreclaimedwaterinlandscapeenvironmentutilizationidustrialutilzation， municipalutilityandotherspects，ndanalyzes theenvironmental，socialandconomicbenefitsbroughtbytheuiltion of recycled water.It provides reference for the development of the utilization of renewable water resources.

Keywords：reclaimed water;resource utilization;reclaimed water quality;benefit

隨著城鎮(zhèn)化進程的加快以及人口的增長，城市生活用水量、工業(yè)用水量和污水排放量不斷增加，水污染加劇和水資源短缺已成為嚴重的環(huán)境與資源問題。我國的水資源短缺，正常年份全國缺水量達到500多億 ，600多個城市中有400多個缺水城市，其中有100多個嚴重缺水城市[1]。城市污水資源化利用具有水源可靠、保證率高的優(yōu)點，是優(yōu)化供水結構、減輕水體污染和緩解水資源短缺的一種有效途徑[2]。

據統計，2020年我國污水排放總量為571億 再生水利用量為108億 ，大部分污水未經有效利用排放入河海[2-3]。2021年，《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》指出，到2025年全國地級及以上缺水城市再生水利用率達到 2 5 % 以上，京津冀地區(qū)達到 3 5 % 以上，黃河流域中下游地級及以上缺水城市力爭達到 3 0 % 。該規(guī)劃標志著我國污水資源化利用進入新的階段，再生水利用水平將得到更快的發(fā)展。再生水作為非常規(guī)水源可以代替自來水、地下水使用，依據“優(yōu)質優(yōu)用、低質低用”的原則在市政、工業(yè)、景觀環(huán)境等行業(yè)用途廣泛[4]。

本研究以北方某城市污水處理廠（污水處理廠）

再生水回用項目為例，分析項目再生水處理技術、水質管理與應用，探討再生水利用過程中的效益和潛力，以期為污水處理廠再生水資源化利用的發(fā)展及推廣提供參考。

1項目概況

J污水處理廠占地 ，主要處理市區(qū) 范圍的生活污水和工業(yè)廢水。項目設計規(guī)模為20萬td，生物處理采用“粗格柵 + 曝氣沉砂池 + 細格柵 + 慶氧-缺氧-好氧/移動床生物膜反應器（Anaerobic-Anoxic-Oxic/Moving-Bed BiofilmReactor，AAO/MBBR） + 二沉池”工藝。MBBR工藝以懸浮填料作為載體，依靠生物膜的微生物去除有機物和氨氮，具有高效、靈活和適應性強的特點，能夠強化系統的脫氮除磷能力。

污水深度處理及再生水回用工程設計規(guī)模為8萬td，采用國內成熟可靠的混凝-沉淀-過濾-消毒工藝，配套加氯間、再生水回用泵房。再生水的深度處理是為了二級處理出水達到一級A標準和再生水回用標準，進一步處理二級出水中未降解的污染物。本工程中的二級出水在混凝沉淀、纖維轉盤濾池、消毒工藝保障下，進一步去除沉淀池中未能沉降的顆粒和膠體物質，降低色度和濁度，提高對磷、化學需氧量（ChemicalOxygenDemand，COD）、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand in5 days，BOD5）、重金屬、糞大腸菌群的去除率，具有出水水質穩(wěn)定、效果好、操作簡單及運行費用低等優(yōu)點。

再生水輸水工程管線采用1#、2#線雙管從送水泵房引出，共兩條DN800的支路，敷設長度為 5 4 k m 。輸水工程主要為3個大型發(fā)電廠供循環(huán)冷卻水，1#管線輸送的再生水僅為1座電廠供水，2#管線輸送的再生水為2座電廠供水，沿程再生水作雜用。

2 出水水質與運行分析

2.1再生水水質標準

城鎮(zhèn)污水再生利用途徑有工業(yè)用水、城市雜用、環(huán)境用水、補充地表水源與農林牧漁用水等，不同利用途徑的再生水有不同的城市污水再生利用標準。《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》（GB/T19923—2005）規(guī)定了工業(yè)冷卻用水的水質標準，《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920—2020）規(guī)定了城市綠化、道路清掃用水的水質標準，《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》（GB/T18921—2019）規(guī)定了娛樂性、觀賞性景觀環(huán)境用水的水質標準，《城市污水再生利用農田灌溉用水水質》（GB/T20922—2007）規(guī)定了農田灌溉用水的水質標準[5]。

2.2 再生水分級管理

為完善再生水利用標準體系，規(guī)范和指導再生水的安全利用和高效開發(fā)，我國頒布了《水回用導則再生水分級》（GB/T41018—2021）。標準規(guī)定了城鎮(zhèn)污水處理后尾水為水源的再生水水質分級及依據，適用于城鎮(zhèn)再生水利用規(guī)劃、效益評價、安全管理和統計標識。從“以質定用”和“按質管控”角度，以再生水處理工藝和水質為基礎，再生水分為A、B和C三級，根據再生水水質進一步細分10個級別（A1、A2、A3、B1、B2、B3、B4、B5、C1、C2）。水質達到A級標準的再生水可用于B級和C級再生水對應的用途，B級再生水可用于C級再生水對應的用途。

2.3污水處理廠出水水質分析

J污水處理廠出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準，出水水質數據如表1所示。該污水處理廠運行期間的平均處理水量為20.77萬 ，運行負荷達到 104 % ，為周邊電廠及市政雜用企業(yè)提供優(yōu)質再生水2.15萬 。各工藝單元用于處理COD、 、總氮（TotalNitrogen，TN）、石油類、濁度等污染物指標，有較好的處理效果。通過AAO/MBBR工藝強化了污染物的處理，生物系統投加益維磷輔助化學除磷，COD為 ， 為 5 . 5 m g / L ， 為 0 . 5 5 m g / L ，TN為 6 . 7 7 m g / L ，總磷（TotalPhosphorus，TP）為 0 . 2 9 m g / L 懸浮物（Suspended Substance，SS）為 5 . 8 m g / L 。采用混凝沉淀 + 濾布濾池的深度處理工藝，投加聚氯化鋁（PolyAluminumChloride，PAC）藥劑作絮凝劑，經纖維轉盤濾池進行深層過濾，濁度為 2 . 5 4 N T U ，石油類為 0 . 2 1 m g / L ，未檢出鐵、錳重金屬。在出水指標中，總硬度為 4 1 2 m g / L ，溶解性總固體為 硫酸鹽為 1 4 7 m g / L ，全鹽量為 7 9 8 m g / L ，處于偏高的水平。在鹽的去除方面，采用超濾 + 反滲透雙膜法處理工藝，超濾（Ultrafiltration，UF）膜用于阻截水中蛋白質、膠體、微量大分子有機物等物質，反滲透（ReverseOsmosis，RO）膜用于去除小分子有機物、各種離子，強化了出水中無機鹽的去除，處理后出水總硬度為（ 、溶解性總固體為（ 7 5 . 8 4 ± 3 6 . 1 9 ） 。

注：ND表示未檢出，括號外數值為當水溫 時排放標準是 5 m g / L ，括號內數值為當水溫 時排放標準是 8 m g / L 。

污水處理廠出水水質明顯優(yōu)于一級A標準，符合《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920—2020）和《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》（GB/T18921—2019）標準要求。依據再生水水質情況，污水處理廠出水屬于B級再生水，可以用于城市雜用、景觀環(huán)境利用、工業(yè)利用（冷卻用水）、綠地灌溉及農田灌溉等。

2.4污水處理廠運行分析

分析J污水處理廠藥劑與電量使用情況，核算再生水生產過程中的藥劑與電力成本。該污水處理廠使用的藥劑有PAC溶液、益維磷、乙酸鈉溶液、次氯酸鈉消毒劑及聚丙烯酰胺等，2023年藥劑投加噸水總費用為0.087元。其中，PAC溶液、益維磷、乙酸鈉投加濃度分別為

相比MBR工藝再生水項目，該污水處理廠的再生水項目具有電力成本低的優(yōu)勢。據估算，以MBR工藝為主體的再生水項目電耗為 。2023年，該污水處理廠污水處理達標排放的電耗為 ，噸水電費為0.179元/t，其中，通過外輸泵輸送再生水的電耗為 。

3再生水資源化利用

再生水利用項目是一種復雜的非常規(guī)供水體系，它既有污水處理系統的特征，也有供水系統的特征。再生水的利用可以減少水環(huán)境污染，緩解區(qū)域水資源供需矛盾，促進水生態(tài)的良性循環(huán)。

3.1再生水利用量

J污水處理廠規(guī)劃每天有16萬t尾水排入景觀水體及天然水體，為城市中的河道及湖泊補充生態(tài)基流。規(guī)劃4萬t尾水通過中水回用泵站輸送至電廠利用及市政雜用。2023年，該污水處理廠凈化后的尾水共計8217萬t，同比增長 6 . 3 7 % 。如圖1所示， 8 9 . 4 % 的再生水隨運河進入人工濕地、景觀湖進一步凈化，最后流入南四湖。 9 . 3 % 的再生水用于工業(yè)途徑，主要是火力發(fā)電廠的循環(huán)冷卻水。 1 . 3 % 的再生水用于市政雜用，用于道路清掃、綠化灌溉等用途。相比而言，日本再生水用途結構方面有不同，主要有 3 4 . 7 % 補充地表水、 2 5 . 4 % 景觀環(huán)境用水、 1 9 . 6 % 融雪用水、9 . 6 % 直接供應公共機構用水、 5 . 1 % 農業(yè)用水、 1 . 3 % 工業(yè)用水、 0 . 7 % 城市綠化和道路清掃，其工業(yè)用水占比較少[。總體來說，該污水處理廠的再生水銷售給工業(yè)企業(yè)和市政企單位利用的比例較小，其余大部分再生水用于景觀、環(huán)境等方面作生態(tài)補水。

3.2 景觀環(huán)境用水

人工濕地是再生水景觀環(huán)境用水的一種方式，主要功能為涵養(yǎng)水源、調節(jié)水量、凈化水質及維護生物多樣性。人工濕地是再生水的深度凈化系統，能夠去除COD、 -N、TN、TP等污染物。

J污水處理廠再生水通過截污導流管道進入人工濕地凈化，采用“復合潛流濕地 + 水平潛流 + 表面流 + 穩(wěn)定塘”的處理方式，具有投資少、操作簡單、運行費用低等優(yōu)點。人工濕地能夠有效處理低污染物濃度水，去除率高，如表2所示，人工濕地對COD、 、TN、TP的去除率分別為 6 4 % ！ 78 % ！ 4 6 % /5 2 % 。此外，人工濕地與景觀結合，建設成濕地公園，實現人與自然的和諧共生。

3.3工業(yè)利用和市政雜用

工業(yè)利用和市政雜用是J污水處理廠再生水利用的重要途徑，具有涉及行業(yè)廣、用戶多、用水量大的特點，具體用途細分為電廠循環(huán)冷卻水、綠化灌溉和道路清掃。2023年，該污水處理廠再生水利用途徑中，電廠循環(huán)冷卻水用量為763.73萬t，綠化灌溉用量為107.80萬t，道路清掃用量2.96萬t。

熱電廠用水主要包括循環(huán)冷卻水、鍋爐補給水和廠區(qū)生活用水，其中循環(huán)冷卻水占用水總量的 。電廠循環(huán)冷卻水分別來自地表水、再生水和地下水，其中一座電廠全部使用再生水，另外兩座電廠采用3種水源的結合。由于再生水含有懸浮物、無機鹽、有機物及微生物等污染物，循環(huán)冷卻水濃縮后會引起腐蝕、結垢和微生物滋生等問題，為滿足循環(huán)冷卻水用水標準，熱電廠采用高效澄清池－變孔隙濾工藝系統對再生水深度處理。鍋爐冷卻水對水質要求較高，使用地下水和采用雙膜法工藝深度處理的再生水。

綠化灌溉和道路清掃利用途徑涉及許多領域，主要包括小區(qū)、學校和道路的綠化澆灌、道路沖洗、揚塵治理等，還有少量再生水用于學校沖廁和園區(qū)景觀湖。采用再生水代替自來水，將大大節(jié)省水資源，降低用水成本。

3.4再生水利用的其他途徑

3.4.1 污水源熱泵

再生水作為一種可再生能源，含有豐富的能量，是天然的空調系統冷熱源。通過污水源熱泵技術的應用，可以為生產生活提供制冷和供暖需求。

J污水處理廠再生水余熱回收利用項目涉及建筑總面積約為 ，采用再生水作為熱源為廠區(qū)辦公樓、宿舍、食堂供應暖氣（冬季）、冷氣（夏季）。采用再生水作為熱源直接進入熱泵，無須通過中間換熱器將其余熱導入中介循環(huán)水，冬季制熱能效比為4.40，夏季制冷能效比為 5 . 3 9 。污水熱泵技術顯著提升了制冷和供暖效率，降低了運行成本。

3.4.2 尾水發(fā)電

污水處理廠的尾水資源非常豐富，具有出水流量穩(wěn)定的特點。J污水處理廠出水渠道安裝有水輪發(fā)電裝置（功率 2 0 k W ），利用渠道內水流為水輪轉動提供動力，從而帶動發(fā)電機發(fā)電，所發(fā)出的電連接并網柜，從而實現尾水發(fā)電。

4效益分析

4.1環(huán)境效益

再生水的環(huán)境效益是再生水利用給環(huán)境帶來的積極影響。首先，再生水的利用減少了污水處理廠直接排放到水環(huán)境中的水量，同時削減了進入水環(huán)境水體中污染物的量，實現了再生水資源化與污水減量化的統一。2023年，J污水處理廠因再生水利用而減少水量排放874.49萬t，污染物削減情況如表3所示。其中，COD減排量為 5 減排量為 4 9 . 1 5 t / a 減排量為 0 . 6 1 t / a ，TP減排量為 ，TN減排量為 9 0 . 0 7 t / a 。其次，出水生態(tài)補水與景觀用水是再生水利用的重要途徑，河道生態(tài)補水對于改善河流流動性、維護河流水質具有重要的意義。最后，再生水用于廠區(qū)綠化、市政灌溉途徑，為植物生長提供了豐富的氮、磷等營養(yǎng)鹽，能夠促進作物增產。

再生水的利用減少了新增水資源的開發(fā)量所消耗的電量，同時減少了溫室氣體排放量。J污水處理廠再生水生產電耗為 ，其所在城市自來水廠制水及供水電耗為 ，根據《2011年和2012年中國區(qū)域電網平均二氧化碳排放因子》，取 /（ kW? h） ），2023年工業(yè)利用和市政雜用途徑再生水溫室氣體排放量減少

4.2社會效益

再生水的社會效益是再生水利用給社會發(fā)展帶來的積極影響，包括增加就業(yè)崗位、改善人居環(huán)境等方面。J污水處理廠的大部分再生水景觀環(huán)境用水進入老運河與人工濕地，少量通過導流管道進入人工運河和人工湖，改善了城市生態(tài)環(huán)境，提高了公眾的生活品質。

4.3經濟效益

再生水的經濟效益是再生水利用給經濟發(fā)展帶來的正向收益。一方面，通過向電廠、小區(qū)和企業(yè)等銷售再生水，J污水處理廠獲得再生水銷售收入。另一方面，再生水價格相比自來水等常規(guī)水資源具有價格低的優(yōu)勢，該污水處理廠的每噸水再生水價格為0 . 6 ～ 0 . 7 元，由于用戶對再生水的利用而減少了傳統水源使用，大大節(jié)省了水費開支。

5結論

再生水資源化利用是減少水污染、緩解水資源短缺的重要措施。J污水處理廠再生水回用項目在再生水處理技術、水質管理、應用領域等方面有成熟的經驗，可以為其他污水處理廠再生水技術的發(fā)展與應用提供參考。J污水處理廠再生水利用涉及較多領域，主要用于景觀、環(huán)境途徑作生態(tài)補水，其次是電廠循環(huán)冷卻水、綠化灌溉和道路清掃。J污水處理廠再生水的利用在污染物減排、城市生態(tài)、再生水銷售收入等方面有積極的作用，具有顯著的環(huán)境效益、社會效益和經濟效益。

參考文獻

1馬濤，劉九夫，彭安幫，等.中國非常規(guī)水資源開發(fā)利用進展[J].水科學進展，2020（6）：960-969.

2張云，宋建軍，徐帥斌.城市污水處理廠達標