（市政工程专业论文）北京城市污水资源化技术研究.pdf

摘要 摘要 当前，北京市面临水资源紧缺的严峻形势，为了保证首都社会经济的可持 续发展，城市污水资源化成为促进北京市水资源供需平衡的重要措施之一。城 市污水资源化是对城市污水处理厂二级出水进一步深度处理后回用，由此既减 少了污水对环境的污染，又可以有效节约清洁水资源，提高水资源的有效利用 率，从而缓解北京市水资源紧缺的状况。 本文介绍了以色列、美国、日本、南非、纳米比亚等国家和国内的大连、 长春、青岛、天津、太原、北京等城市污水资源化的状况，重点介绍了国内外 污水资源化的技术状况，对各项污水回用处理技术的特点进行了比较详细的论 述，在此基础上总结了国内外污水资源化的发展趋势。通过对北京市水资源供 需不平衡状况的分析，论证了北京市实施城市污水资源化的必要性。文中回顾 了北京市城市污水资源化的发展历史，阐述了北京市城市污水资源化的发展现 状，描述了北京市已经建成的高碑店污水处理厂、酒仙桥污水处理厂和f 在筹 建的清河污水处理厂、北小河污水处理厂污水回用工程采用的处理技术。 本文根据国内外污水资源化的经验，并结合北京市的实际情况，将北京市 城市污水资源化的回用对象确定为农业用水、工业用水、城市杂用水、环境用 水和补充地表水( 地表水类水体) ，并且分析了每种回用对象适用的回用水 水质标准。文中以高碑店污水处理厂污水回用工程为例，根据现行的回用水水 质标准，论述了不同的回用对象所需的处理工艺。由于以上污水回用对象中， 回用于地表水i v 类水体的水质标准最高也最难实现，因此本文对城市污水处理 厂二级出水回用于地表水类水体的处理工艺在云岗污水处理站进行了试验 研究，并以试验结果为依据，推荐了三种处理工艺流程。 本文对北京市城市污水资源化的实施方案提出了建议，认为北京市城市污 水回用供应系统布局应与城市布局及城市污水处理厂的布局相一致，采取中心 市区与边缘集团相结合的供水方式，建议新建污水处理厂把处理与回用结合起 来，配套建设深度处理设施和回用水管网，回用范围可考虑为各污水处理厂的 服务范围。文中介绍了近、远期规划建设的污水处理厂的污水处理规模及回用 北京工业大学工学硕士学位论文 规模，并且对工程投资进行了估算，对工程的经济效益和环境效益进行了分析。 最后提出了北京市城市污水资源化实施中的几点想法，为今后污水回用t 程的 建设提供参考。 关键词污水资源化：污水回用：回用对象；水质标准；回用技术 摘要 a b s t r a c t b e i j i n gi sp r e s e n t l yf a c e db yac r i t i c a ls i t u a t i o no f w a t e rs h o r t a g e i nt h ea t t e m p t t og u a r a n t e et h es u s t a i n a b l es o c i a la n de c o n o m i cd e v e l o p m e n to ft h i sc a p i t a lc i t y , t h e r e u s eo fu r b a nw a s t e w a t e ra sw a t e rr e s o u r c e si sb e c o m i n go n eo ft h em a j o rm e a s u r e s i nk e e p i n gab a l a n c eb e t w e e nw a t e rd e m a n da n ds u p p l yi n b e i j i n g t h er e u s eo f u r b a nw a s t e w a t e ra sw a t e rr e s o u r c e si st oc o n d u c td e e pt r e a t m e n to fs e c o n d a r y e f f l u e n tf r o mu r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n tf o rr e u s e t h i sm e a s u r en o to n l yr e d u c e s t h ep o l l u t i o no ft h ew a s t e w a t e ro nt h ee n v i r o n m e n t b u ta l s oe n a b l e sa ne f f e c t i v e s a v i n go ft h ec l e a nw a t e r ，a n da ni n c r e a s ei nt h eu s a g er a t eo fw a t e rr e s o u r c e s a sa r e s u l tt h er e s t r a i n e dw a t e rs i t u a t i o ni nb e i j i n gw i l lb ea l l e v i a t e d t h i sp a p e r p r o v i d e sag e n e r a lp i c t u r eo f t h eu r b a nw a s t e w a t e rr e u s es i t u a t i o n si n c o u n t r i e sa si s r a e l ，u s a ，j a p a n ，s o u t ha m e r i c aa n dn a m i b i aa n dc h i n e s ec i t i e sa s d a l i a n ，c h a n g c h u n ，q i n g d a o ，t i a n j i n ，t a i y u a na n db e i j i n g t h ep a p e rh i g h l i g h t st h e t e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n to fw a s t e w a t e rr e u s eb o t h w i t h i na n do u t s i d ec h i n a ， p r o v i d e s ad e t a i l e dd i s c u s s i o no nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fv a r i o u st r e a t m e n t t e c h n o l o g i e sf o rw a s t e w a t e rr e u s e ，a n db a s e do nt h ep r e v i o u sa n a l y s e s ，s m n m a r i z e s t h ed e v e l o p m e n tt r e n di nw a s t e w a t e rr e u s ei na n do u t s i d ec h i n a t h en e c e s s i t yo f i m p l e m e n t i n gu r b a nw a s t e w a t e rr e u s ei nb e i j i n gi sj u s t i f i e db yt h ea n a l y s i so fa n u n b a l a n c e ds i t u a t i o no fw a t e rd e m a n da n ds u p p l yi nb e i j i n g t h i sp a p e ri n t r o d u c e s t h ep a s ta n dp r e s e n ts i t u a t i o n so fw a s t e w a t e rr e u s ed e v e l o p m e n ti nb e i j i n g i ta l s o p r o v i d e ss e v e r a le n g i n e e r i n ge x a m p l e sa d o p t i n gw a s t e w a t e rr e u s et e c h n o l o g i e si n b e i j i n g ，s u c h a st h e c o m p l e t e dg a o b e i d i a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n t ( s t p ) a n d j i u x i a n q i a os t p , a sw e l la st h eo n g o i n gq i n g h es t pa n db e i x i a o h es t p b a s e do nt h ew a s t e w a t e rr e u s ee x p e r i e n c e sb o t hh o m ea n da b r o a d ，a n dt a k i n g t h e s p e c i f i cs i t u a t i o no fb e i j i n gi n t oa c c o u n t ，t h i sp a p e ri d e n t i f i e st h e r e u s e d w a s t e w a t e rf o ra g r i c u l t u r a l ，i n d u s t r i a l ，u r b a nm i s c e l l a n e o u s ，e n v i r o n m e n t a la n d r e p l e n i s h i n gs u r f a c ew a t e r ( s u r f a c ew a t e ri vw a t e rb o d y ) p u r p o s e s ，a n dd i s c u s s e st h e w a t e rq u a l i t ys t a n d a r do ft h er e u s e dw a s t e w a t e rs u i t a b l ef o re a c hr e u s et a r g e t t a k i n g t h ew a s t e w a t e rr e t l s ep r o j e c ti ng a o b e i d i a ns t pa sa ne x a m p l e t h i sp a p e ra n a l y s e s t h ev a r i o u st r e a t m e n tt e c h n o l o g i e st h a ts h o u l db ea d o p t e df o rv a r i o u sw a s t e w a t e r 1 i t 北京工业大学工学硕士学位论文 r e u s et a r g e t s ，s i n c et h eq u a l i t ys t a n d a r dr e q u i r e df o rt h er e u s e dw a s t e w a t e rt a r g e t i n g s u r f a c ew a t e ri vw a t e rb o d yi so ft h eh i 【曲e s td e g r e ea n da l s ot h em o s td i f f i c u l tt o m e e t ，h e n c et h i sp a p e rc a r r i e so u tas t u d yo ft e c h n o l o g i e sf o rr e u s i n gt h et r e a t e d s e c o n d a r ye f f l u e n tf r o ms e w a g et r e a t m e n tp l a n tf o rp u r p o s eo fr e p l e n i s h i n gs u r f a c e w a t e ri vw a t e rb o d ya ty u n g a n gs t eb a s e do nt h et e s t i n gr e s u l t s ，t h r e ek i n d so f t r e a t m e n tp r o c e s s e sa r er e c o m m e n d e d t h i sp a p e rp r o p o s e sf o rt h ei m p l e m e n t a t i o np l a no fu r b a nw a s t e w a t e rr e u s ei n b e i j i n g i ts u g g e s t st h a tt h ea r r a n g e m e n to ft h eu r b a nw a s t e w a t e rr e u s es u p p l y s y s t e ms h o u l db ec o n s i s t e n tw i t ht h ee i t yl a y o u ta sw e l la st h ea r r a n g e m e n to fu r b a n s e w a g et r e a t m e n tp l a n t s i ti sr e c o m m e n d e dt h a tt h en e w l yb u i l ts e w a g et r e a t m e n t p l a n t ss h o u l di n t e g r a t et h ef u n c t i o no fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tw i t ht h a to fw a s t e w a t e r r e u s e , a n dd e e pt r e a t m e n tf a c i l i t i e sa n dr e u s ep i p e l i n en e t w o r ks h a l lb ec o n s t r u c t e d ， t h es e r v i c ea r e ao f e a c hs e w a g et r e a t m e n tp l a n tc a r lb ec o n s i d e r e df o ra p p l i c a t i o no f r e u s e dw a s t e w a t e r n l i sp a p e ra l s op r e s e n t st h et r e a t m e n ta n dr e u s ec a p a c i t i e so f s e w a g et r e a t m e n tp l a n t sp r o p o s e df o rs h o r t t e r ma n dl o n g t e r md e v e l o p m e n t i ta l s o p r o v i d e st h ei n v e s t m e n te s t i m a t ea n dt h ee c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t sf o r e a c hp r o j e c t t h e p a p e rf i n a l l yp u t sf o r w a r ds e v e r nc o n s i d e r a t i o n s f o ru r b a n w a s t e w a t e rr e u s ei m p l e m e n t a t i o ni nb e i j i n gw h i c hc a nb er e f e r r e dt of o rf u t u r e p r o j e c t s k e y w o r d s ：r e u s eo fu r b a nw a s t e w a t e ra sw a t e rr e s o u r c e s ；w a s t e w a t e rr e u s e w a s t e w a t e rr e u s et a r g e t ；w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d ；w a s t e w a t e rr e u s et e c h n o l o g i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：逸窭鱼： 日期 关于论文使用授权的说明 矿，二占 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：础日期：! 丝亟：2 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景 北京是世界上水资源短缺的大城市之一，行政区总面积1 6 8 0 0 k m 2 ，总人口 1 3 0 0 万人，可利用的水资源量约4 0 亿m 3 。北京市地处华北平原北端，属于半干 旱季风气候，天然水资源有限，年降雨量6 0 0 1 f i i 左右，且年际、年内变化大， 地区差异显著。随着城市规模不断扩大，人民生活水平逐年提高，城镇需水量 日益增长，水资源供需矛盾突出，北京市已经成为严重缺水的城市，人均水资 源占有量3 0 0 m 3 ，目前的年用水量已达到多年平均用水量，是世界人均占有量的 1 3 0 ，远远低于国际公认的人均1 0 0 0m 3 的下限。同时，北京市还面临上游地区 水环境污染、水土流失、来水量减少等十分严峻的形势。北京地区水资源紧缺 将是制约社会经济发展的关键因素。为了增强水资源利用的合理性，支持首都 社会经济的可持续发展，应采取有效措施，广泛地开源、节流，挖掘水资源潜 力，实现北京市水资源总体上的供需平衡。 城市污水资源化是解决水资源短缺的重要措施之一。据统计，我国的6 0 0 余座城市，有3 0 0 余座缺水量达到6 0 1 0 ”m 年，因缺水而减少的工业产值估计 为1 2 0 0 亿元年。为解决北京市水资源不足问题，2 1 世纪初期首都水资源可持 续利用规划提出，将节水、污水回用( 污水资源化) 、雨洪利用和地表水开发 作为解决北京水资源不足的主要措施。 由于我国污水处理工作起步较晚，污水资源化也是在近几年才受到广泛重 视，经验较少。虽然污水资源化单项处理技术已趋于成熟化，但如何根据我国 国情，运用随着科技进步不断出现的新技术、新工艺，合理地组合单项处理技 术，在最为经济的条件下达到回用水水质要求，使污水资源化的技术更加合理、 经济，仍有许多技术问题有待进一步研究。 本课题就是在这种情况下提出的。本课题结合北京市水资源紧缺的状况， 提出城市污水资源化的回用对象和回用水水质标准，以典型污水处理厂污水回 用工程为依托，结合现场试验，提出适用于不同回用对象的技术可行、经济合 理、运行可靠的污水回用处理工艺流程，为工程实施提供参考依据。 1 2 国内外污水资源化状况 目前，世界上许多缺水国家将污水回用作为解决水资源短缺的重要措施之 一，下面介绍国内外污水资源化的状况。 1 2 1 国外污水资源化状况 12 1 1 以色列 以色列位于地中海东岸，大部分为干旱和半干旱地带，是一个非常缺水的 国家：以色列的水资源总量1 9 6 9 亿m 3 ，其中地下水占6 3 ，基内列特湖占3 3 ， 其它地表水占4 。以色列总人口6 0 0 多力i ，人均水资源占有量4 7 6 m ，与北京市 人均水资源占有量相近。 从5 0 年代初期开始，以色列开展污水处理工作，随着水资源的极度短缺， 污水资源化成为缓解水危机的重要手段，所以在比较了海水淡化和污水回用的 边际成本之后，认为开发利用城市污水是唯一出路，早在6 0 年代，就把污水回 用作为一项国家政策，把回用水作为水资源的平衡水量。 以色列目前污水回用量为2 亿m 3 年，预计2 0 1 0 年增加到3 7 亿m 。年，2 0 4 0 年增加到8 7 亿m 3 年。在回用方式上，包括小型社区的就地回用，中等规模城 镇和大城市污水的区域级回用。污水主要回用于作物灌溉、公园及娱乐用水、 河道补水、安全海域排放。 1 2 1 2 美国 目前美国的城镇污水处理设施已经非常完善，城市集中二级污水处理j + 已 普及到1 0 0 ，城镇污水回用进入生产应用阶段，尤其是在气候干旱的中西部地 区，主要集中在加利福尼亚、亚利桑那、得克萨斯三州。 加利福尼亚州2 0 0 0 年的污水回用量8 6 4 亿m 3 ，占污水处理总量的1 0 ，占 平水年全州城镇年用水总量的7 左右。回用对象为：3 2 用于农业灌溉2 7 用 于回灌地下水，1 7 用于绿化，7 用于工业生产，3 用于补充地表径流、营造湿 第1 章绪论 地和休闲娱乐水面等景观生态用水，1 用于屏蔽海水入侵，其余1 3 用于城镇公 共建筑和居民家庭的多种非饮用用途，包括冲厕、洗车、街道清洗、建筑物的 卫生保洁、非食品和非饮食用具的洗涤等。 洛杉矶是污水回用最典型的城市，当地水资源缺乏，依靠外凋水来满足用 水增长，由于昂贵的建设费用与环境影响，寻求新水源异常困难，污水回用成 为弥补供需缺口的重要措施。根据规划近期( 2 0 1 0 年) 、中期( 2 0 5 0 年) 与远 期( 2 0 9 0 年) 的污水处理总量分别为3 1 亿m 3 年、7 4 亿m 3 年、9 9 亿m 。年， 分别占需水量的2 3 4 、4 1 2 、4 6 7 ；回用污水占该市污水总量将分别为3 9 、 6 9 、7 7 。 美国佛罗里达州的圣彼得堡，是美国唯一完全实现污水循环的城市，它利 用了自己产生的全部污水，不向周围河湖排放任何污水，这个城市有两套配水 系统，一套系统输送新鲜淡水供饮用和家庭用水，另一套系统输送中水用于灌 溉公园、绿地、草坪以及清洗车辆等其它用水标准较低的地方。 在污水资源化方面，美国几个典型的工程范例： ( 1 ) 美国洛杉矶地区橘子县的2 l 世纪水厂，它的出水由j 7 万m d 的回收 水，1 9 万m 3 d 的反渗透脱盐水和2 3 万m 3 d 的深井水混合而成，再通过2 3 口多点回灌井注入四层含水层，形成防止海水入侵的水力挡水墙，同时补给了 占奥伦治县供水量7 0 的地下水库。该工程基建费用( 1 9 7 2 年) 为1 2 0 0 万美元， 运行费0 1 美元m 3 。 ( 2 ) 佛罗里达州s t p e t e r s b u r g 城被认为是美国城市污水回用的先驱。该 城三面环海，年降水量1 4 0 0 m m ，其中5 0 集中在夏季，蒸发量很大( 1 0 0 0 m m ) ； 地势平坦，无法建库贮水，余下4 0 0 m m 的降水变成径流汇入大西洋。佛罗罩达 州要求s t p e t e r s b u r g 城排海的污水进行深度处理，去除营养物质，或者达到 零排放。该城采取了一项大胆的措施，在解决污染治理的同时扩大供水，建成 了世界上最大的城市回用系统：将二级污水处理厂改造成三级处理厂；建成回 用水管网，将净化后的污水用于工业冷却、草地浇灌、建筑中水和消防。 ( 3 ) 马里兰州巴尔的摩市于1 9 3 6 年为伯利恒钢铁公司修建了污水回用系 统，供水量达到3 7 8 5 万1 1 13 d ，主要作为冷却用水。 北京工业大学工学硕士学位论文 ( 4 ) 亚利桑那州从p h o e n i x 市回用水工厂向美国最大的核电站p a l o v e v d e 核电站输水，供水量为3 4 万i l l3 d ，作为蒸发冷却补充用水。 ( 5 ) 美国得克萨斯州e 1p a s o 城的水回用示范工程，回用水达到了饮用水 水质标准，水量为4 5 万m 3 d ，通过1 0 口深2 4 4 m 的注入井，打入占f lp a s o 城供水量6 5 的含水层。从1 9 8 5 年到1 9 9 0 年期间，共回灌回用水2 8 0 0 万m 1 。 在回灌之前，该含水层的水位每年以0 6 - 1 8 m 的速度下降；回灌以后，地下水 位较未采取回灌措施前回升了2 4 3 m 。 1 2 1 ，3 日本 日本早在1 9 6 2 年开始回用污水，7 0 年代初见规模。9 0 年代初n 本在全国 范围内进行了污水回用的调查研究，对污水回用的可行性进行了深入研究，在 严重缺水地区大力推广污水回用技术。近年来，日本的节水已经初见成效，新 鲜取水量逐年减少。日本的污水回用对象主要有两个：一是河道景观补水，二 是工业冷却水和冲洗水。此外，农业灌溉在回用水中也占一部分，一般直接采 用二级处理后的水或者在二级处理的基础上再增加过滤处理。据文献报道，1 9 9 0 年日本以东京都为主，在全国范围内共建立了1 3 6 9 座中水工程，回用量为2 2 8 万m 3 d 。经过大量的示范工程，在1 9 9 1 年日本的“造水计划”中，明确将污水 回用技术作为最主要的研究内容加以资助，开发了很多污水深度处理工艺，在 新型脱氮除磷技术、膜分离技术、膜生物反应器技术等方面取得了很大进展， 建立起以赖沪内海地区为首的许多“水回用工厂。”赖沪内海地区污水回用量己 达到该地区用淡水总量的2 3 ，新鲜水取水量仅为淡水总量的1 3 ，大大缓解了 赖沪内海地区水资源的严重短缺。 1 2 1 4 南非 南非的约翰内斯堡每天有9 4 万m 3 饮用水来自污水回用处理工厂。由于处 理方法得当，没有发生卫生问题。 1 2 1 5 纳米比亚 纳米比亚于1 9 6 8 年建起了世界上第一个回用饮用水工厂，日产水量6 2 0 0 m 3 ， 水质达到世界卫生组织和美国环保局公布的标准。 1 2 2 国内污水资源化状况 针对我国水资源存在的问题，近十多年来，通过国家科技攻关，以及缺水 城市为解决水污染和水资源短缺作出的努力，国内已经建成一批不同工艺、不 同回用对象的城市污水回用示范工程。1 9 9 4 年编制的城市污水回用设计规范 正式推荐给设计、施工、建设及管理部门参考使用。我国污水资源化主要工程 如下： 1 2 2 1 大连市 大连市春柳河污水处理厂l 万m 3 d 污水回用示范工程己运行十年，效果良 好。新建的几个污水厂都设有深度处理，大部分出水回用。开发区东厂规模1 2 万m v d ，计划1 0 0 回用。大连市已建和正在筹建的回用项目还有： ( 1 ) 大连春柳河污水厂向甘井子工业区供水8 万m 3 d 的回用管道工程， 春柳河污水处理厂7 万m 3 d 深度处理设施。 ( 2 ) 大连开发区回用工程，回用量7 万m 3 d ，作工业冷却、绿化、市政等 供水，己建6 4 k m 草地喷水管道，还需建环区管道和深度处理设施。 ( 3 ) 大连马拦河污水处理厂1 2 万m 3 d 的污水全部处理到回用水标准，回 用水配水泵房送水能力4 万m 3 d ，已建成试通水。 1 2 2 2 长春市 长春市充分认识到回用的重要性，在建的两个污水厂都考虑了回用。 ( 1 ) 北郊污水厂：一级处理量4 0 万m 3 d ，二级处理与回用工程1 0 万m d 。 ( 2 ) 长春西郊污水厂：在建污水厂1 5 万m 3 d ，一期回用j 万m d ，二期 回用1 0 万m 3 d ，回用水向长春第一汽车厂等供水。 1 2 2 3 青岛市 青岛市污水回用工作开展较早，海泊河污水厂建成4 万m3 d 的深度处理设 施，投资3 5 0 0 万。目前准备建设团岛污水处理厂回用工程，近期1 万m d ，远 期4 万m 3 d 。 1 2 2 4 天津 天津纪庄子污水处理厂厂内回用工程：该厂采用a 2 o 工艺进行脱氮脱磷， 北京工业大学工学硕士学位论文 去除效果为：b o i ) 。= 9 4 ，c o d 萨9 2 ，s s = 8 8 ，t n = 6 5 ，t p = 6 4 。一期回用规模 2 0 0 0 m 3 d ；处理工艺：二级生物处理的出水经过纤维球滤料过滤、消毒后回用。 天津东郊污水处理厂污水回用工程：该厂处理污水采用a o 工艺。回用污 水7 万m 3 d ；处理工艺以过滤、消毒为主。 1 2 2 5 太原 太原北郊污水厂采用a 2 o 生物处理新工艺将该厂改造为回用水处理厂，出 水向太钢供水，年供水量为1 8 0 万m 3 ，作为太钢循环冷却水的部分补充水。太 原化工集团公司水厂回用分厂利用太化南堰污水厂二级出水为水源，采用生物 陶粒接触氧化十混凝十沉淀+ 过滤的深度处理工艺，进行生产实验，一期处理规模 为2 4 万m a d ，出水供化工厂及化肥厂试用。 1 2 2 6 北京市 北京市已建成高碑店污水处理厂污水回用工程和酒仙桥污水处理厂污水 回用工程。高碑店污水处理厂污水回用工程回用规模为3 0 万m 3 d ，回用刺象主 要是河湖补水、城市绿化、喷洒道路和热电厂冷却用水。酒仙桥污水处理厂污 水回用工程回用规模为2 万m 3 d ，回用对象主要是道路喷洒、绿地浇灌、河湖 景观补水及生活杂用等。 1 3 国内外污水资源化技术状况 目前，世界上常用的污水回用处理技术见表l - 1 。 表卜1 常用的污水回用处理技术 以去除悬浮性物质以去除溶解性物质以去除有机物、氮、 消毒法 为主的物理化学法为主的物理化学法磷为主的生物法 氯消毒( 液氯和 活性炭吸附生物接触氧化法 混凝、沉淀、过滤 _ 二氧化氯) 臭氧氧化膜生物反应器 微絮凝、过滤臭氧消毒 膜分离生物脱氮除磷技术 紫外线消毒 污水回用处理工艺是将这些单项处理技术进行合理组合，在最经济的条件 下满足回用水水质要求。下面对表卜1 中的污水回用处理技术的特点分别予以 论述。 ( 1 ) 混凝、沉淀、过滤 混凝、沉淀、过滤是最传统水处理方法，通过向水中投加絮凝剂( 铝盐、 铁盐等) ，利用压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥和沉淀物网捕机理，使水中 难以凝聚的胶体颗粒相互聚合，经过沉淀分离悬浮杂质后，出水进入滤池，以 达到进一步降低浊度、净化水质的目的。 此工艺可以有效地去除污水处理厂二级处理出水中的悬浮物、胶体杂质和 细菌，使回用水拥有广泛的适用范围，同时又有较好的经济价值。但是传统处 理技术有一定的局限性，它不能有效地去除色度、浊度、嗅味和溶解性有机物。 ( 2 ) 微絮凝、过滤 该工艺与混凝一沉淀一过滤的传统处理工艺相比，其特点是二级处理出水与 混凝剂在絮凝反应池内快速混合后直接进入砂滤池，省略了搅拌池和沉淀池， 使絮凝反应部分在反应池内进行，部分移至滤池中进行，然后经砂过滤去除浊 度、色度和磷等。 该工艺较适用于城市污水处理厂二级出水悬浮物较低的情况：当二级出水 水质较差时，混凝剂的投加率将上升，因而需增加砂滤池的反冲频度。滤池采用 均质滤料，滤料粒径在1 2 一1 8 m m ，滤速一般控制在2 0 3 0 m h ，滤床深度可达 3 m 。传统铝盐、铁盐是微絮凝一过滤工艺主要采用的絮凝剂，其中，聚合氯化铁 仍是较常使用的絮凝剂，同时采用阳离子型和非离子型有机高分子絮凝剂作为 助凝剂。由于过滤运行过程中所需的最佳化学条件与絮凝反应池中的最佳化学 条件是一致的，因此，过滤操作单元中絮凝剂投加量可以通过烧杯试验来确定。 ( 3 ) 活性炭吸附 活性炭吸附技术在污水回用处理中广泛应用。该技术利用物理化学的吸附 作用去除二级污水处理厂出水中残余的大多数有机污染物，从而降低b o d 、 c o d 、s s ，消除色度和臭味，它还能去除某些无机物，包括某些有毒的痕量熏 7 金属。 活性炭能够有效地吸附单宁、木质素、醚、蛋白质类物质、氯代烃、有机 磷和氨基甲酸脂类杀虫剂，还可以吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯 酚、d d t 及许多脂类和芳烃化合物。但是对于氯消毒产生的t h m s ，活性炭的 去除能力较低，仅达2 3 6 0 。 在各种改善回用水水质的污水回用处理技术当中，活性炭吸附是去除水中 有机污染物最成熟有效的方法之一。根据回用水水质标准及活性炭回用频率不 同，活性炭吸附法常用的水力负荷5 2 5 m 3 ( m 2 h ) ，接触时间1 0 3 5 m i n ，反冲 洗滤速3 6 5 0 m 3 ( m z h ) 。应用活性炭技术，应根据水质情况，进行不同滤速的 活性炭柱净水试验，以达到技术经济的最优化。 与滤池相结合的颗粒活性炭( g a c ) 滤池在国外采用较多。它除了利用g a c 的强大吸附功能之外，还利用g a c 组成的滤料层拦截较大的杂质颗粒，起到了 传统滤池和活性炭吸附的双重作用。而且活性炭中大量的微孔便于微生物生长， 其处理效果优于无烟煤滤料滤池。 活性炭粉炭( p a c ) 系统应用于实际工程有较长的历史。将粉炭投加于曝 气池中可以大大改善活性污泥法曝气池的运行状况，使得出水均匀，固体沉降 性好，并能有效地吸除传统的吸附柱外，活性炭技术常与其它处理技术联用， 采用较多的有生附表面活性剂从而抑制泡沫。粉末活性炭悬浮床过滤技术又称 为h a b e r e r 工艺，它是一种集吸附和过滤为一体的p a c 方法。粉术活性炭硅 藻土过滤联用技术( 简称p d f ) ，可以同时取得精滤和吸附的双重作用，利用该 技术处理c h c i ，和c ：c 。效果十分明显，u v 。去除率达到8 5 ，说明n p 、t o c 和 t t h m f p 两类物质去除率较高，因而p d f 技术特别适合于回用水直接作为饮用水 或高质量的工业用水。 ( 4 ) 臭氧氧化与臭氧消毒 臭氧氧化法依靠臭氧的强氧化能力，通过破坏有机污染物的分子结构，达 到改变污染物性质丽去除污染物的目的。同时亦可有消毒以及去除水中铁、锰、 色度和臭气等效果。 由于臭氧对d d t 、氯丹和三氯甲烷等的去除几乎是无效的，反而还会导致 水中可生物降解物质的增多，并容易引起细菌的繁殖。因此，臭氧氧化单元很 少在水处理工艺中单独使用，而更多的与常规工艺或活性炭吸附结合使用。 在水处理工艺中，常采用先臭氧氧化再活性炭吸附的工艺流程，臭氧氧化 可使水中大分子有机物转化为易于被活性炭吸附的小分子，提高了活性炭的去 除效果，得到较好的出水水质。 臭氧消毒亦是依靠臭氧的强氧化能力，通过破坏细菌、病毒和芽孢等的分 子结构以达到消毒的目的。 臭氧投加量和接触时间和出水要求相关，一般用于消毒时，投加量约1 3 m g o j l ，接触时间依接触装置而异；除嗅和味时，投加量约l 2 5 m g o ，1 ，接 触时间 i m i n 。臭氧发生器必须使用经净化和干燥处理过的空气，条件允许时：直 采用富氧空气或纯氧为原料。 ( 5 ) 膜分离 膜分离处理技术由于高效、节能和工艺简便，倍受关注：随着新型膜材料 的丌发研制，膜价格不断下降，曾经十分昂贵的膜处理技术变得越来越经济， 具有很强的竞争力；膜处理技术已经被广泛地应用于水处理领域。目前，在污 水回用领域，应用较多的膜处理技术有微滤、超滤、反渗透、纳滤等。 微滤是一种压力驱动膜过滤技术，与传统过滤技术的最大不同是膜可以在 离子或分子范围内进行分离，并且该过程是物理过程，不发生相的变化和添加 助剂。具有能耗低、单级分离效率高、过程简单、无环境污染、经济性好、可 在常温下连续操作等特点。该工艺可以有效地去除浊度、悬浮性固体、细菌和 大肠菌群，还能去除部分溶解性物质，包括总磷、总氮和氨氮等，同时还能降 低色度。微滤膜所分离的组分直径为0 0 5 1 5um 。 超滤是一种压力驱动膜过滤技术，介于微滤与纳滤之间。超滤膜的截留分 子量在5 0 0 5 0 0 0 0 0 ，相应的孔径在5 l o o n m 之间，渗透压很小，可以忽略。 超滤膜的操作压力较小，一般为o 1 o 6m p a 。该工艺可以有效地去除浊度、 悬浮性固体、细菌和大肠菌群，还能去除部分溶解性物质，包括总磷、总氮和 北京工业大学工学硕士学位论文 氨氮等，同时还能降低色度。 反渗透和纳滤工艺是通过压力( 1 1 0 m p a ) 使溶液中的水通过反渗透膜达 到分离、提取、纯化和浓缩等目的的处理技术。目前膜工业上把反渗透过程分 成三类：高压反渗透( 5 6 1 0 5m p a ，海水淡化) 、低压反渗透( 1 4 q 2m p a ， 苦咸水的脱盐) 、纳滤( 0 3 1 4m p a ，部分脱盐、软化) 。此类工艺主要以除 去水中盐类和离子状态的物质为目标，另外还可以去除有机物质、胶体、细菌 和病毒。高压与低压反渗透膜具有脱盐率高的特点，对n a c l 的去除率达9 5 9 9 9 ，水的回收率7 5 左右，b o d 、c o d 去除率在8 5 以上。 ( 6 ) 生物接触氧化法 生物接触氧化法是好氧生物膜法的一种。在接触氧化池中，已充氧的污水 浸没全部填料并以一定的速度流经填料而在表层形成生物膜，栖息在生物膜上 的微生物群体对水中的污染物进行吸附和氧化，从而达到去除污染物的目的。 此方法又称“淹没式生物过滤”或“接触曝气法”。 接触氧化池中装填惰性填料，池底装有布水管和布气管，其结构形式类似 于气水反冲洗的砂滤池。填料和充氧方式是接触氧化法的重要组成部分，合理 的选择填料和充氧方式对生物膜充分发挥生物降解作用、维持生物池的正常运 行有很大关系。常用的填料有蜂窝填料、纤维填料、弹性立体填料和颗粒填料， 目前较多采用比表面积大、开孔孔隙率高的陶粒滤料。 常用的曝气方式有穿孔管曝气和微孔曝气器。穿孔管曝气效率较低，但由 于大中型气泡对水体搅动剧烈，因此有利于生物膜的更新与维持较高活性：微 孔曝气器虽然充氧效率高，可选用较小的气水比，但对水体搅动产生的紊流有 限，不利于生物膜的脱落更新，必须另设置冲洗脱膜多孔管曝气系统。 ( 7 ) 膜生物反应器 膜生物反应器将生物反应器和膜分离技术有机地结合起来，是一个新的生 物化学反应系统。在膜生物反应器中，由于用膜组件代替传统活性污泥工艺中 的二沉池，可以进行高效固液分离，克服了传统活性污泥工艺中出水水质不够 第1 章绪论 稳定、污泥容易膨胀等不足。 美国于6 0 年代末将膜生物反应器用于废水处理，但直到1 9 8 5 年以后，这 项技术才引起人们的重视。至1 9 8 9 年，日本有l o 多家公司采用膜生物反应器 技术处理回用水。进入9 0 年代以后，膜生物反应器工艺被广泛接受。目前，这 项技术已在欧洲、北美及亚洲一些国家得到较快发展，并已在水处理的许多领 域得到应用。我国对膜生物反应器的研究始于上世纪9 0 年代末初。目前国内从 事开发应用的公司有十余家。 ( 8 ) 生物脱氮除磷技术 通常的二级污水处理工艺对n 、p 的去除效率不高，为达到回用目的，需 对二级出水脱氮除磷。实践表明，传统的混凝、沉淀工艺可以将p 的去除率提 高到9 0 ，n 的去除率也有所提高。新型触媒湿式氧化工艺能够将n h 。一n 类化合 物分解成无害的n 2 、c o 。和1 t 2 0 等，达到无害处理的效果。在r 本最新的n 、p 去除技术中，采用三相流动层生物处理与活性炭生物吸附相结合，用来去除废 水中的n 和p 。韩国几家公司进行的实验获得了很大的成功，近年来大力推广 高度组合型净化池工艺，配合流量调节厌氧流动床，对n 和b o d ，的去除率比组 合处理净化池提高了2 0 0 ，p 的去除率也提高了9 0 左右。此外，欧洲的瑞士、 英国、德国与荷兰等国广泛采用的“强化生物脱氮、除磷”工艺也被证明是有 效的处理方法。 ( 9 ) 氯消毒 该工艺属化学消毒方法之一。主要以次氯酸( h o c l ) 起杀菌作用，通过余氯 保持水中消毒效果的持续性。消毒剂可以破坏细菌内的酶与细菌中的酶起不 可逆反应，使细菌的活动受到障碍而死亡。 氯气是传统的水处理消毒剂，其具有成熟的运行管理经验且价格便宜，但 氯气消毒时会形成致癌的卤代烃( t h m s ) 或与酚类形成有怪昧的氯酚等。对水处 理常用的4 种消毒剂( 氯、二氧化氯、臭氧、氯胺) 而言，从消毒能力看，臭 北京工业大学工学碘士学位论文 氧) - - 氧化氯 氯 氯胺；从稳定性看，氯胺 二氧化氯 氯 臭氧，因此建议使用 二氧化氯代替氯气进行消毒。出于二氧化氯不会与氨反应，因此在高f j j i 值的含 氨系统中可发挥极好的杀菌作用。亦可采用n a o c l 进行消毒，其具有与氯及其 衍生物相同的氧化和消毒作用，但效果不如氯。 接触池的水力性能应让消毒剂与水快速而充分的混合，长宽比宜大于2 5 ， 以及在出水余氯( 0 2 m g 1 ) 的投氯量之下，停留时间应不少3 0 m i n 。 0 回紫外线消毒 该工艺属光化学消毒。与氯消毒相比其特点为：具有广谱杀菌性，不产生 任何消毒副产物，无二次污染，无令人不爽的味道和气味，消毒接触时间短， 占地面积小。紫外线消毒是利用中心辐射波长约为2 6 0 h m 的紫外线使水中各种 细菌、病毒、寄生虫、水藻和其它病原体的重要组成部分核糖核酸的结构被破 坏( 链断裂或光化学反应) ，在不使用任何化学药物的情况下杀灭水中的细菌、 病毒以及其它致病体而达到消毒和净化的目的。 消毒效果因紫外线的透过距离不同而有所不同，因此必须配置适当的灯 管。同时，为提高效果，需尽可能地去除水中的色度、浊度和含铁量。通常采 用低压水银灯，有时