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污水回收技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展遠(yuǎn)景
污水回收技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展遠(yuǎn)景 Status and Developing Prospect of Wastewater Reuse Technology in China and Abroad
我國(guó)水資源不足,屬世界上13個(gè)貧水國(guó)之一,人均水資源量是世界平均水平的1/4。我國(guó)地域廣大,時(shí)空分布不均,海河、淮河、遼河、黃河流域人均水資源量約為全國(guó)平均水平的1/5,海河流域包括京津兩市人均水資源量?jī)H為全國(guó)平均水平的1/7。
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)600余座城市有300余座缺水,全國(guó)城市缺水60×108m3/a,因缺水而減少的工業(yè)產(chǎn)值估計(jì)為1200億元/a。水資源緊缺問題已制約部分地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。雖然近年展開節(jié)約用水,但各地用水量增勢(shì)強(qiáng)勁,加劇了水資源問題的嚴(yán)重性。開展污水回用則開辟了一種新的水源。
一、國(guó)內(nèi)外污水回用現(xiàn)狀
污水回用歸納起來有三個(gè)層次:第一,大型污水處理廠二級(jí)出水作為城市用水水源;第二,小區(qū)內(nèi)(例如一個(gè)工業(yè)區(qū)、居民區(qū))的污水收集處理,并在小區(qū)內(nèi)回用;第三,在建筑物內(nèi)部的回用。
對(duì)一個(gè)城市,特別是以工業(yè)為主的大城市而言,工業(yè)用水量占用水總量79%以上。工業(yè)用水的水質(zhì)要求既需要高質(zhì)量的,也需要一些質(zhì)量較低的,例如大量的冷卻用水。因此回用水重點(diǎn)應(yīng)該防在量大、質(zhì)量要求不高的工業(yè)用水。其次是農(nóng)業(yè)用水、地下水回灌,再其次則是城市的雜用水、景觀、綠化等方面。
1、回用與工業(yè)
美國(guó)馬里蘭州巴爾的摩市伯利恒鋼鐵廠自1971年回用水即作為工業(yè)冷卻水及部分工藝用水,用水量最高達(dá)76萬m3/d。美國(guó)亞利桑那州帕洛弗迪核電站污水回用冷卻水,水量達(dá)1.2~1.7×108m3/a。南非發(fā)電廠用約翰內(nèi)斯堡回用污水作冷卻水,水量達(dá)5×104m3/d。
北京華能熱電廠用高碑店污水廠二級(jí)出水作水源,經(jīng)加速澄清、加氯接觸,變空隙濾池加氯消毒、過濾后入循環(huán)系統(tǒng)作冷卻水補(bǔ)水。按電廠70%~90%額定負(fù)荷計(jì)算,每月平均節(jié)約自來水45×104m3,每年節(jié)約自來水540×104m3,節(jié)水率為40%。按相同用水量計(jì)算,可增加發(fā)電能力1倍以上。
大連春柳河污水處理廠二級(jí)出水經(jīng)脈沖澄清、雙層濾料濾池,消毒后回用于紅星化工廠作工藝用水,水量達(dá)1×104m3/d。
天津石化總廠供排水廠二級(jí)出水,經(jīng)微絮凝纖維濾池過濾,消毒后供工業(yè)冷卻及居民小區(qū)沖廁,水量達(dá)1×104m3/d。
山東淄博市污水處理廠二級(jí)出水經(jīng)絮凝氣浮、纖維濾池過濾,消毒后出水計(jì)劃用于電廠冷卻和居民區(qū),水量達(dá)3×104m3/d。
2、回用于農(nóng)業(yè)
以色列是一個(gè)非常缺水的國(guó)家,自20世紀(jì)60年代發(fā)明滴灌技術(shù)后,實(shí)現(xiàn)了由農(nóng)業(yè)國(guó)向工業(yè)國(guó)騰飛的經(jīng)濟(jì)奇跡。年利用污水2.6億m3,占總用水量1/6。美國(guó)加州是一個(gè)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)大州,污水回用于農(nóng)田灌溉;德克薩斯州干旱缺水,污水處理廠二級(jí)出水主要用于地下回灌。實(shí)踐證明,地下回灌是解決地區(qū)水資源短缺、緩解和控制地下水位下降、防止地面沉降的有效措施。
我國(guó)利用污水灌溉已有多年歷史,當(dāng)前是要利用經(jīng)一定處理后的污水,滿足農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn),做到對(duì)農(nóng)作物、農(nóng)田及環(huán)境無害。
3、回用于城市雜用水
范圍極廣,包括綠化、景觀、澆灑馬路、洗車、空調(diào)、消防、沖廁等等。
日本國(guó)內(nèi)并不缺水,但是它創(chuàng)造了中水道系統(tǒng),在建筑物內(nèi)設(shè)置雙供水系統(tǒng)。室內(nèi)可用于沖廁,室外則可用于綠化、消防、沖洗馬路等多個(gè)方面。1985~1996年用再生的污水排放在城市河流中,復(fù)活了150余條小河,達(dá)到“清源復(fù)活”、修復(fù)與保護(hù)水資源。美國(guó)佛羅里達(dá)州,污水回用(價(jià)格為自來水40%)供高爾夫球場(chǎng)、城市綠化及建筑沖廁等。
北京高碑店污水處理廠內(nèi)1×104m3/d污水回用于廠內(nèi)及部分生產(chǎn)、消防。大連經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水回用于綠化、澆灑馬路等。
北京市政府1986年作出規(guī)定:即建筑面積在2×104m2以上的旅館、飯店、公寓及建筑面積在3×104m2以上的機(jī)關(guān)、科研、大專院校、大型文化、體育等建筑,應(yīng)配套建設(shè)回用設(shè)施并應(yīng)與主體建筑三同時(shí)。已在北京市清潔車輛廠、勁松賓館、環(huán)保研究院小區(qū)、國(guó)際貿(mào)易中心、方莊小區(qū)等等,多處應(yīng)用。
天津市梅江住宅小區(qū),以紀(jì)莊子二級(jí)出水作水源6×103m3/d作沖廁用水。
二、污水回用技術(shù)
污水回用技術(shù),必須抓住兩頭,即取什么水質(zhì)水作水源和經(jīng)過處理以后作什么用,即回用水的水質(zhì)應(yīng)符合何種水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
1、城市污水處理二級(jí)出水作水源的區(qū)域性回用
城市污水處理廠二級(jí)出水的回用,一般稱之為區(qū)域性回用。其利用形式有兩種:直接回用和間接回用。直接回用多用于污水處理廠附近的工廠工業(yè)冷卻、農(nóng)田灌溉、回灌地下水、草場(chǎng)、市政用水等�；赜玫耐緩郊胺绞绞艿降赜虻南拗�,比較單一,調(diào)配運(yùn)轉(zhuǎn)不方便。間接回用是從水域的整體考慮,從水體上游取水凈化供城市使用,產(chǎn)生的污水經(jīng)城市污水處理廠凈化后排入水體的下游,回歸于水體(此過程構(gòu)成了水的循環(huán)),再經(jīng)過一定河段的自然凈化,可為下游城市地區(qū)利用。間接利用是將水的社會(huì)循環(huán)與自然循環(huán)有機(jī)結(jié)合,在水體自凈容量的限度內(nèi),對(duì)水體基本不造成損害的一種利用方式。這種方式需要從宏觀上進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和管理,是水資源可持續(xù)利用的重要途徑。
傳統(tǒng)活性污泥法:
原污水→格柵→泵→沉砂→一沉池→活性污泥曝氣池→二沉池→消毒→排放。
二級(jí)出水仍含有一定量的污染物,其中:BOD5 20~30mg/L;COD 60~100 mg/L;SS 20~30 mg/L;NH3-N 15~25 mg/L;P 6~10 mg/L及細(xì)菌、某些重金屬。為達(dá)到一定回用水質(zhì)要求,需做深度處理。它的核心技術(shù)是過濾,經(jīng)過濾后,BOD、COD、SS、濁度、色度等水質(zhì)指標(biāo)均可達(dá)雜用水水質(zhì)要求。在過濾之前一般均設(shè)有加化學(xué)藥劑混凝、沉淀或澄清,因此對(duì)磷應(yīng)當(dāng)有所去除。
實(shí)例:北京華能熱電廠污水回用作循環(huán)冷卻水,引用北京市高碑店處理廠的二級(jí)排水作水源�；赜盟此|(zhì)和回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表1。
表1 污水二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)及熱電廠回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
項(xiàng)目二級(jí)處理排放標(biāo)準(zhǔn)熱電廠回用水標(biāo)準(zhǔn)PH6.5~8.56.5~8.5SS (mg/L)<30<30BOD(mg/L)<30<20COD(mg/L)<120<60
污水回用處理流程如圖1所示。加速澄清池中加入石灰、聚合硫酸鐵作混凝劑加入聚丙烯酰胺作助凝劑,在澄清池內(nèi)進(jìn)行混凝沉淀,再經(jīng)過加酸、殺菌和過濾,其作用是去除暫時(shí)硬度、游離二氧化碳、膠體硅等雜質(zhì),還可降低色度、磷酸鹽和COD等。
聚合硫酸鐵 石灰乳 硫酸 液氯 液氯
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
原水→機(jī)械攪拌加速澄清池→推流式氯接觸池→變空隙濾池→推流式氯接觸池─┐
循環(huán)水系統(tǒng)←過濾水池←┘
圖1 污水回用處理流程
95%的出水回用作循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水,5%作輸煤系統(tǒng)沖洗和綠化、沖廁等用水。
在循環(huán)水中加入天津化工研究院提供的TS-9508型阻垢劑3~5mg/L或中天蘭清水處理公司提供的TRL-400B型阻垢劑2~6mg/L,以及每周三次沖擊加入有效含量為9%的次氯酸鈉,維持余氯0.1~0.2mg/L。濃縮倍數(shù)可達(dá)4倍,一般在2.5~3.0倍下操作。
傳統(tǒng)活性污泥法加生物脫磷脫氮:
污水脫磷脫氮深度處理在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛采用。1996年日本有162處污水廠有深度處理設(shè)施,西歐各國(guó)遠(yuǎn)早于日本,已相當(dāng)普及。
最典型的生物脫磷流程如下:
原污水 排水
────→ 厭氧 ────→ 好氧 ────→ 二沉池 ───→
(釋放磷) (吸收鱗、去除BOD) │
↑ │
└───────────────-┴──→
&nb 污水回收技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展遠(yuǎn)景sp; 圖2 厭氧脫磷工藝流程(A/O法)
由圖2可見,本工藝流程簡(jiǎn)單,既不投藥也勿需考慮內(nèi)循環(huán),因此,建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用都較低。
最典型的同步脫氮脫磷流程:
典型的生物脫磷脫氮工藝A-A-O工藝,亦稱厭氧-缺氧-好氧法(Anaerotic-Anoxic-Oxic)。如圖3所示。
圖3 A-A-O法同步脫氮脫磷工藝流程
存在問題,主要是雖使用A2/O法,但N、P去除效果不理想,沒有達(dá)到回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
2、小區(qū)內(nèi)的污水回用
在一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工業(yè)區(qū)或居民區(qū)可以作成小區(qū)回用的模式,下面以居民小區(qū)為例,見圖4。
圖4 居民小區(qū)中水回用系統(tǒng)
小區(qū)生活用水實(shí)行分質(zhì)供水是一項(xiàng)綜合性節(jié)水技術(shù)。它是污水(應(yīng)去除沖廁外的雜用水)經(jīng)過處理凈化后達(dá)到規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),在一定范圍內(nèi)使用。據(jù)統(tǒng)計(jì),在我國(guó),廁所沖洗水占居民用水量25%~30%,人均20~40L/d。此外,還有綠地用水、清潔馬路、空調(diào)、洗車、景觀等,這些都可以用回用水,回用水量可達(dá)總用水量的30%~50%。以北京市環(huán)科院下向流輕質(zhì)填料接觸氧化回用工程為例,該工程為小區(qū)回用,所采用的工藝流程如圖5所示。
圖5 小區(qū)回用下向流輕質(zhì)填料接觸氧化流程
運(yùn)行條件:水力停留時(shí)間3.0小時(shí),BOD負(fù)荷1.5kg/m3·d,水力負(fù)荷8.0 m3·d。處理效果如表2所示。
表2 原水水質(zhì)及出水水質(zhì)
參數(shù)進(jìn)水(mg/L)出水(mg/L)去除率(%)北京市中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)COD387.037.090.450BOD192.07.296.310SS101.07.093.410
3、建筑物內(nèi)的污水回用
應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)雜排水(如洗浴水)作水源。洗浴污水大多產(chǎn)生于公共浴室、賓館等地,一般水量大而有機(jī)物含量低,是污水資源化的重要水源,經(jīng)適當(dāng)處理后可回用于綠化、沖廁所等低質(zhì)用水。建筑物內(nèi)備有雙給水及雙排水系統(tǒng)。
用一體式膜-生物反應(yīng)器處理洗浴污水 膜-生物反應(yīng)器是把生物處理與膜分離相結(jié)合的一種組合工藝(如圖6所示),它不僅能高效地進(jìn)行固液分離,得到可以直接回用的穩(wěn)定出水,而且生物反應(yīng)池內(nèi)高濃度的微生物量,可提高處理裝置的容積負(fù)荷,節(jié)省占地面積,且剩余污泥產(chǎn)生量少、操作管理方便。無論進(jìn)水水質(zhì)如何變化,均能得到優(yōu)質(zhì)出水,符合建設(shè)部生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)。
圖6 膜-生物反應(yīng)器工藝流程
4、雜用水(洗車)
采用的典型回用工藝如圖7所示。出水水質(zhì)見表3。
│加藥 │補(bǔ)自來水
↓ ↓
洗車污水 ─→ 集水 ─→ 隔油沉淀 ─→ 混凝 ─→ 過濾 ─→ 清水
圖7 洗車污水回用工藝流程
表3 洗車污水處理前后水質(zhì)
BOD(mg/L)COD(mg/L)SS(mg/L)pH油脂(mg/L)色度(度)洗滌劑(mg/L)大腸菌(個(gè)/L)進(jìn)水16.731138.03.4 出水<26<57.60.5580.812
三、污水回用技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)
1、集中處理與分散處理相結(jié)合
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外對(duì)城市污水的處理考慮較多的是排水管網(wǎng)終端的集中處理。就回用而言,因?yàn)檩斔艿赖耐顿Y比重很大,應(yīng)考慮在污水處理廠附近就地回用。例如天津梅江居住區(qū)引紀(jì)莊子二級(jí)出水作水源經(jīng)深度處理后作小區(qū)雜用水;北京華能熱電廠引高碑店污水處理廠二級(jí)出水作水源經(jīng)深度處理作循環(huán)冷卻用水。在國(guó)內(nèi)也有一些地下水回灌、草地及農(nóng)田灌溉的例子。
結(jié)合我國(guó)城市發(fā)展的特點(diǎn),特別是一些大城市,城市水體及河渠布局又比較豐滿的地區(qū),應(yīng)考慮分散的小區(qū)污水處理與河渠水體修復(fù)相結(jié)合的布局。即區(qū)域污水處理 ─→ 河渠景觀及自凈(或輔以某些人工凈化手段) ─→ 再利用。這樣可以省去大量二級(jí)處理水回流管道的鋪設(shè),取得小區(qū)污水處理無害化、河渠水體功能及資源化的一體化綜合效能。
2、常規(guī)污水處理工藝的強(qiáng)化、組合及高效、低能耗處理技術(shù)的應(yīng)用
污水處理和水資源回收相結(jié)合技術(shù),必成為污水處理的主流。由于污水成分的復(fù)雜多樣致使其凈化處理往往需要不同的技術(shù)組合成一定的工藝流程。傳統(tǒng)的以活性污泥法為主體的污水處理流程包括了一級(jí)處理(格柵、沉砂、一沉)、反應(yīng)池和二沉池的二級(jí)處理流程,以及龐大的污泥處理系統(tǒng),其流程長(zhǎng)、建筑物多、耗能高,造成建筑費(fèi)用高、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用亦高。
氧化溝法、SBR法的出現(xiàn)省去一沉池、污泥處理和二沉池,新技術(shù)新工藝的發(fā)展給污水回用帶來新的起色。
(1)厭氧-好氧相結(jié)合的工藝流程
厭氧-好氧組合可以達(dá)到既去除有機(jī)物又去除含磷、含氮物質(zhì)的目的。充分發(fā)揮好氧及厭氧條件下生物處理功能,可降低能耗、減少污泥量。
為了實(shí)現(xiàn)回用目的,生物技術(shù)后需引入物理及物理化學(xué)技術(shù),如前所述混凝、過濾、活性炭、膜技術(shù)等。
(2)MBR技術(shù)(Membrane bioreactors)
膜生物反應(yīng)器:把生物處理與膜分離相結(jié)合的一種組合工藝。由于膜所具備的高效分離特點(diǎn),所以出水水質(zhì)好,可以直接達(dá)到回用所需水質(zhì)。在生物反應(yīng)器中維持了高濃度的微生物量提高了負(fù)荷,節(jié)省了占地面積。
回顧膜分離技術(shù)的發(fā)展歷史,首先出現(xiàn)的是超過濾(ultrafiltration,簡(jiǎn)稱UF)和微孔過濾(microfiltration,簡(jiǎn)稱MF)然后才出現(xiàn)的反滲透(reverse osmosis,簡(jiǎn)稱RO)、納濾(naofiltration)。專家預(yù)測(cè):當(dāng)水源具備一定潔凈條件,由PAC粉末活性炭+超濾或微濾+納濾即可取代全部水處理設(shè)施。未來幾年低壓膜技術(shù)在飲用水處理中有著廣闊前景。在污水處理方面,應(yīng)著重解決膜污染、快速恢復(fù)通量的方法及對(duì)策,這是推廣MBR法處理污水的關(guān)鍵所在。
研究表明:懸浮物、膠體和溶解性分子對(duì)過濾阻力的相對(duì)影響分別為65%、30%和5%�？梢�,懸浮物和膠體物質(zhì)往往在膜面形成凝膠層,成為減少膜通量的主要原因。由于混合液的組成和特性對(duì)膜污染有重要影響,選擇FeCl3作為絮凝劑,投加粉末活性炭來改善污泥的濾餅性能,使混合液易于過濾�；蛟诜磻�(yīng)器中投加纖維球狀填料,形成生物膜和懸浮活性污泥復(fù)合處理系統(tǒng),以增大膜通量。
選用錯(cuò)流膜組件,在較低壓差下(0.1MPa以下),以較高的膜面流速(一般為4m/s),達(dá)到提高膜面剪切力,消除濃差極化帶來的影響,從而減少膜面污染。在浸設(shè)式中空纖維膜中,則把膜組件放在曝氣管的正上方,同時(shí)加大曝氣量,減少膜的污染。為了消除可逆膜污染應(yīng)定期作清洗(物理清洗和化學(xué)清洗)。膜生物反應(yīng)器在處理污水中具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),特別在污水需回用和占地有限制的場(chǎng)合下更是一項(xiàng)極具潛力的技術(shù),但能否推廣應(yīng)用關(guān)鍵在于膜污染和經(jīng)濟(jì)上是否可行。
MBR工藝可從幾方面減少運(yùn)行成本:減少膜污染;研究低成本、高性能的耐污染超濾膜;研制耐污染、耐酸堿、耐生物腐蝕、有一定機(jī)械強(qiáng)度的高性能超濾膜,使膜的清洗和更換不至過于頻繁。采用浸沒式膜生物反應(yīng)器(一體式),以節(jié)省循環(huán)泵所消耗的能源,但清洗較困難。另外在反應(yīng)器形式上應(yīng)多樣化,例如采用曝氣沉淀一體池型、內(nèi)部安裝填料的池型,即生物膜和懸浮活性污泥復(fù)合處理系統(tǒng),減少膜的污染。
&n 污水回收技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展遠(yuǎn)景bsp; (3)高效菌種應(yīng)用技術(shù)
在固定化酶技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的固定化微生物技術(shù),即采用化學(xué)或物理法將微生物體限位于有限微單元空間,保持其生物活性并加以反復(fù)利用的技術(shù)。固定化微生物具有微生物濃度高、反應(yīng)速度快、微生物流失少、產(chǎn)物容易分離等優(yōu)點(diǎn)。投菌活性污泥法,是將具有強(qiáng)活力的細(xì)菌投入到曝氣池中,使曝氣池內(nèi)混合液中各種細(xì)菌處于最佳活性狀態(tài)。投入到曝氣池中所缺少的細(xì)菌與原微生物之間相互協(xié)同作用將加強(qiáng)生化反應(yīng)。以往投菌活性污泥法多用于難降解的工業(yè)廢水,在污水回用領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用,可利用高效菌種加強(qiáng)氨氮去除效率不高時(shí))、加強(qiáng)生化反應(yīng)池的抗沖擊負(fù)荷、提高污泥負(fù)荷量、減少停留時(shí)間(在采油污水處理中可減少25%停留時(shí)間)。
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