污水回用技术应用现状与研究进展.pdf

第12卷 第5期重庆科技学院学报（自然科学版）2010年10月 收稿日期：2010-02-26 作者简介：李杰（1986-），女，江苏盱眙人，中国矿业大学环境与测绘学院在读硕士研究生，研究方向为水污染控制工程、大气污 染控制工程。 随着我国经济的飞速发展， 原始资源型缺水问 题日益突出。 目前我国有400多个城市缺水，正常年 份缺水达60108m3， 预计2030年缺水量将达到500 108m31。 而我国的城市具有世界上最庞大数量的人 口，产生了数目惊人的城市生活污水。 据统计，目前 全国城市污水排放量大约414108m3/a， 污水处理率 和二级处理率分别仅达到30和15， 污水处理厂 每年产生的近百亿吨清洁水， 也几乎都被白白排放 掉，污水平均回用率只有102。预测到2020年，全国 污水回用率可提高到55以上3。 可见，我国污水处 理与回用的潜力是巨大的， 探讨切实可行的污水回 用途径，实现污水资源的合理利用、经济社会与资源 环境的协调以及社会可持续发展已经成为人们研究 的热点问题。 1污水回用现状 1.1城市污水回用现状 日本污水回用技术的开发与应用于20世纪70年 代已初具规模，1990年日本已建成1 369座水工程， 东京江东区污水回用量达到13105m3/d， 城北区达 24105m3/d，它们中的80回用于工业用水。 赖沪内 海地区污水回用量已达该地区用淡水总量的2/3，取 用新水量仅为淡水用量的1/3，大大缓解了该地区水 资源严重短缺的矛盾4。 美国是世界上开展污水回用最早的国家之一。 20世纪60年代初开始大规模建设污水处理厂， 随后 开始进行污水回用。到1980年美国已有357个城市实 现污水回用，再生回用点536个。 污水主要回用于灌 溉、景观、工艺、冷却水、锅炉补水、回灌地下和娱乐 养鱼等，回用总量达94108m3/a，其中用于灌溉的达 58108m3/a，占回用总量的60；回用于工业的达28 108m3/a，占回用总量的30，其他方面的回用水量不 足10。2000年，加利福尼亚州的污水再生利用量为 8.64108m3。再生水水量占平水年份全州城市年用水 总量的7左右；再生水用水总量中，农业灌溉约占 32，回灌地下水占27，绿化灌溉占17，工业生产 占7，补充地表径流、营造湿地和休闲娱乐水面等景 观生态用水约3，屏蔽海水入侵约1，其余13用 于城市公共建筑和居民家庭的多种非饮用用途5。 新加坡是严重缺水国家， 所使用的一半淡水量 需要从马来西亚进口，因此，新加坡十分重视污水回 用。采用“双介质过滤反渗透”(dmf-ro)工艺对城 市三级处理污水进行深度处理，2000年在裕廊岛工 业园区投产一套产水规模3105m3/d的城市污水深 度处理装置，出水主要回用于给水和消防系统。另外 以三级处理的城市污水为水源， 采用 “超滤紫外 光反渗透”生产“新生水”工艺，投资1 700万新元 建设一套产水能力3.3105m3/d(用于饮用水)的城市 污水深度处理装置，该系统所产生的“新生水”大部 分进入饮用水源水库作为饮用水， 部分作为瓶装饮 用水免费发放给参观游人。 与国外相比， 我国的城市污水回用技术起步较 污水回用技术应用现状与研究进展 李杰张弘韩晶晶徐江岑 （中国矿业大学， 徐州221008） 摘要：污水回用是解决水资源短缺和改善城市水环境的有效途径。 介绍了国内外城市污水回用技术的发展与应用 现状，并提出了城市污水回用的发展方向。 关键词：水资源；污水回用；回用技术 111 李杰，张弘，韩晶晶，徐江岑：污水回用技术应用现状与研究进展 晚，但近10年发展得比较快，且起点较高。 北京、天 津、太原、石家庄、西安等缺水城市已经先后建立了一 系列污水回用工程(见表1)1。 但由于资金和技术的原 因，我国水资源利用率不高，城市污水回用率偏低。 表1国内城市污水回用工程实例 1.2工业废水回用现状 工业废水水质受工艺过程影响波动大，多数工 业废水处理较难。 工业发达国家由于其完善的城市 污水处理系统，一般工业废水在生产现场只经过简 单处理，水质达到进入城市污水处理系统要求后，与 生活污水混合后进行处理。 一方面可以降低工业废 水的处理难度，另一方面可实现大规模处理，降低处 理费用，因此，工业废水单独回用在工业发达国家并 不多见。 我国与发达国家情况不同，一方面城市污水处 理设施尚不完善，另一方面大型工业企业一般都建 有完备的工业废水处理设施，能实现水质达标后排 放。2002年北京某炼油厂采用 “生物滤池-混凝沉 淀-加氯-纤维束过滤-活性炭过滤”组合工艺，建成 一套处理能力450m3/h的炼油厂外排废水再处理装 置，出水主要用于循环冷却水系统和膜脱盐装置，投 产后运行基本正常。 出水cod的质量浓度在20 30mg/l，氨氮的质量浓度小于3mg/l，水质基本满足 “超滤-反渗透”(uf-ro)双膜处理工艺对进水水质的 要求。 近几年国内对外排废水处理工艺不断优化，形 成了以“baf混凝沉淀加氯过滤”组合工艺为 主的工业外排废水再处理流程，建成了l0余套回用水 装置，运行情况总体良好，出水水质基本达到设计要求。 与此同时， 膜技术用于工业废水处理和脱盐也 成为人们探索的热点。 我国最大的膜法工业废水处 理回用工程2002年l2月23日在太原钢铁公司竣工， 该回用工程采用反渗透膜技术， 从而使太钢每天节 约新水5104t，相当于太钢每天用水量的1/2，成为中 国冶金行业增钢不增水的示范工程。专家认为，太钢 废水回用工程的竣工表明我国膜处理技术已经趋于 成熟，并达到国际先进水平。 据专家介绍，年产50 104t不锈钢每天需软化水、 低温冷却水和循环补水 7.2104t，这对于原本就严重缺水的太原市来说很难 承受。太钢集团本着节水降耗的原则，在此之前先后 建成常规生物污水治理工程， 使工厂废水基本达到 可以排放的水平。 然后通过膜反渗透深度处理后回 用。该工程以反渗透分离技术为核心，采用全自动中 央控制，工程设计一级反渗透1 400t/h，二级反渗透 300t/h，净化水1 100t/h，经不同工段处理后不同水质 的水按照需求向各用水点输送， 使水的循环利用率 高于75。 但由于工业废水水质不稳定，波动时的水 质不能满足膜对水质的要求， 大多数已建成的膜处 理装置运行效果不理想。 2污水回用的处理技术及工艺 污水回用处理技术， 是指根据不同的水质特点 和回用用途， 将达标外排污水进行处理并回用的技 术。按照复杂程度，污水回用处理技术可归纳为简单 处理、传统技术处理单元组合、膜分离技术组合三大 类。 其特点及适用范围见表2。 序号回用工程地点回用规模/（m3d-1）回用工艺回用目标 1北京高碑店污水厂（一期）30104消毒、过滤电厂、厂内 2天津纪庄子污水厂10104消毒、过滤 造纸及其他 3石家庄桥西污水厂10104过滤、消毒景观河道 4泰安污水厂2104砂滤、消毒 工业及厂内 5太原杨家堡污水厂2.4104过滤、消毒工业用水 6西安西郊污水厂6104絮凝、消毒洗车、绿化 7大连马栏河污水厂4104消毒市政用水 2.1以物理化学处理为核心的工艺 此类工艺以城市污水二级处理出水为处理对 象，具有技术成熟、处理效果稳定、出水水质好等优 点。 缺点是工艺流程较长，占地面积较大，基建费用 较高，运行管理麻烦等。我国早期部分城市污水处理 厂的再生工程采用此类工艺。例如，西安北石桥污水 净化中心、大连春柳河污水厂等都是采用此类工艺。 相对而言， 这类工艺比较适合城市污水集中再生处 表2污水回用处理技术路线及特点 类型处理单元特点适用范围 简单处理技术絮凝、过滤、杀菌的组合 投资省、水质差、处理费用低、 回用单元费用高 外排水水质好， 达到一级标准，不 需要脱盐 传统处理单元组合技术 生物滤池、混凝沉淀、杀菌、 过滤、活性炭吸附组合 较复杂、投资较大、水质较好、 运行费用相对较低 外排水水质较好， 达到二级标准， 不需要脱盐 膜分离组合技术 传统处理单元、mbr、mf、uf、 nf、ro的组合 工艺简单、投资较大、分离效 率高、出水水质好 回用单元对水质要求较高，需软化 或脱盐 112 理工程，可以在城市污水处理厂内增建再生处理设 施，将现有的污水处理厂转换为集收集污水和生产 再生水为一体的水质转化枢纽，真正实现城市污水 资源化。 典型工艺流程见图1。 图1工艺流程图 2.2以生物处理技术为核心的工艺流程 此类工艺以生物处理法为主体，主要由生物处 理单元（如生物接触氧化、曝气生物滤池等）、消毒等 组成。 处理后的水能满足农业灌溉、简单工业用水 以及城市杂用水的水质要求。 该工艺流程的优点是 技术成熟、运行稳定、管理方便、流程短、基建费用较 第一类工艺低，但处理水质低于第一类工艺。 其中 以曝气生物滤池为核心的处理工艺流程见图2。 图2工艺流程图 采用以陶粒为填料的曝气生物滤池和微絮凝过 滤组合工艺处理污水，处理站二级出水，当在生物滤 池水力负荷为512m/h、气水比为2.51的条件下运行 时， 其回用水经消毒后各项污染物指标均能达 到再生水用作冷却水的水质标准中的循环冷 却水标准及城市杂用水标准中的园林绿化用水 标准。 2.3以膜分离技术为核心的工艺流程 膜分离技术包含微滤、超滤、电渗析、纳滤、反渗 透、气体渗透和渗透汽化等，其用于污水处理，具有 出水水质好、效率高、占地小、剩余污泥量少、结构紧 凑、易于自动控制和运行管理的显著优点。 二级出 水经反渗透膜技术处理后可回用于高压锅炉或者回 注于地下作为间接生活饮用水。 3结语 从污水回用对象看，首先是从对水质要求较低 的生活杂用水、绿化用水、景观用水、循环冷却用水 开始，再发展到回用于饮用水、化学脱盐用水和锅炉 给水等。 国内污水回用也走过了20多年的历程，随 着城市化进程的加快，土壤生态功能也发生着质量 的转变，加强回用水的后续生态风险评估（如作为郊 区农田回灌或浇洒绿化小区的城市污水等）及微生物 响应研究， 避免重金属或持久性有机物等的积累与 富集，为回用水的可持续利用、推动城市化进程以及 城乡协调发展提供科学依据。 从污水回用技术的发展方向看：（1）采用技术可 行， 经济合理的综合处理方法， 尽可能实现资源回 收；（2）开展固定化微生物技术研究，致力于新型混 凝剂、助凝剂的研究开发；（3）高级氧化技术处理难 降解有机物有很大优势，因此，深入研究高级氧化技 术的处理机理及各有机物之间的相互影响是很有意 义的，同时，对于组合工艺等的高级氧化技术，应加 强消毒副产物研究， 避免有毒有害的消毒副产物产 生；（4）膜分离技术受制于膜材料的开发与应用及清 洗，随着纳米技术的不断进步与更新，应大力开展新 膜材料、高活性环境催化材料的研究开发。 污水回用的科学性、政策性强，牵涉面广，小到 日常生活的冲厕、绿化浇灌，大到航天、宇宙的探测， 无不渗透着污水回用技术。 水回用不仅可以节约大 量的新鲜水，而且可以降低排污水对环境的污染，可 谓是经济效益、环境效益的双丰收。 参考文献 1 chen yaping, kang yongxiang, han dongfeng. discussion of the utilization of wastewater resource in northwest china j.journal of waterresources &waterengineering, 2004,15(2):66-68. 2陈亚萍,康永祥.城市污水回用及其途径j.干旱区研究， 2005，22（3）：382-386. 3曹庆兰.国内污水回用现状及发展方向j.科技情报开发 与经济，2004，14（11）：203-204. 4 m ogoshil. water reuse in japan j.water science and technology ,2001,3(10):17-23. 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