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污水回收技術國內外現(xiàn)狀及發(fā)展遠景
污水回收技術國內外現(xiàn)狀及發(fā)展遠景 Status and Developing Prospect of Wastewater Reuse Technology in China and Abroad
我國水資源不足,屬世界上13個貧水國之一,人均水資源量是世界平均水平的1/4。我國地域廣大,時空分布不均,海河、淮河、遼河、黃河流域人均水資源量約為全國平均水平的1/5,海河流域包括京津兩市人均水資源量僅為全國平均水平的1/7。
據(jù)統(tǒng)計,我國600余座城市有300余座缺水,全國城市缺水60×108m3/a,因缺水而減少的工業(yè)產值估計為1200億元/a。水資源緊缺問題已制約部分地區(qū)的經濟和社會發(fā)展。雖然近年展開節(jié)約用水,但各地用水量增勢強勁,加劇了水資源問題的嚴重性。開展污水回用則開辟了一種新的水源。
一、國內外污水回用現(xiàn)狀
污水回用歸納起來有三個層次:第一,大型污水處理廠二級出水作為城市用水水源;第二,小區(qū)內(例如一個工業(yè)區(qū)、居民區(qū))的污水收集處理,并在小區(qū)內回用;第三,在建筑物內部的回用。
對一個城市,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)用水的水質要求既需要高質量的,也需要一些質量較低的,例如大量的冷卻用水。因此回用水重點應該防在量大、質量要求不高的工業(yè)用水。其次是農業(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76萬m3/d。美國亞利桑那州帕洛弗迪核電站污水回用冷卻水,水量達1.2~1.7×108m3/a。南非發(fā)電廠用約翰內斯堡回用污水作冷卻水,水量達5×104m3/d。
北京華能熱電廠用高碑店污水廠二級出水作水源,經加速澄清、加氯接觸,變空隙濾池加氯消毒、過濾后入循環(huán)系統(tǒng)作冷卻水補水。按電廠70%~90%額定負荷計算,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出水經脈沖澄清、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1×104m3/d。
天津石化總廠供排水廠二級出水,經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1×104m3/d。
山東淄博市污水處理廠二級出水經絮凝氣浮、纖維濾池過濾,消毒后出水計劃用于電廠冷卻和居民區(qū),水量達3×104m3/d。
2、回用于農業(yè)
以色列是一個非常缺水的國家,自20世紀60年代發(fā)明滴灌技術后,實現(xiàn)了由農業(yè)國向工業(yè)國騰飛的經濟奇跡。年利用污水2.6億m3,占總用水量1/6。美國加州是一個農業(yè)發(fā)達大州,污水回用于農田灌溉;德克薩斯州干旱缺水,污水處理廠二級出水主要用于地下回灌。實踐證明,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。
我國利用污水灌溉已有多年歷史,當前是要利用經一定處理后的污水,滿足農田灌溉標準,做到對農作物、農田及環(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、消防、沖廁等等。
日本國內并不缺水,但是它創(chuàng)造了中水道系統(tǒng),在建筑物內設置雙供水系統(tǒng)。室內可用于沖廁,室外則可用于綠化、消防、沖洗馬路等多個方面。1985~1996年用再生的污水排放在城市河流中,復活了150余條小河,達到“清源復活”、修復與保護水資源。美國佛羅里達州,污水回用(價格為自來水40%)供高爾夫球場、城市綠化及建筑沖廁等。
北京高碑店污水處理廠內1×104m3/d污水回用于廠內及部分生產、消防。大連經濟開發(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以上的機關、科研、大專院校、大型文化、體育等建筑,應配套建設回用設施并應與主體建筑三同時。已在北京市清潔車輛廠、勁松賓館、環(huán)保研究院小區(qū)、國際貿易中心、方莊小區(qū)等等,多處應用。
天津市梅江住宅小區(qū),以紀莊子二級出水作水源6×103m3/d作沖廁用水。
二、污水回用技術
污水回用技術,必須抓住兩頭,即取什么水質水作水源和經過處理以后作什么用,即回用水的水質應符合何種水質標準。
1、城市污水處理二級出水作水源的區(qū)域性回用
城市污水處理廠二級出水的回用,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、農田灌溉、回灌地下水、草場、市政用水等�；赜玫耐緩郊胺绞绞艿降赜虻南拗�,比較單一,調配運轉不方便。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,產生的污水經城市污水處理廠凈化后排入水體的下游,回歸于水體(此過程構成了水的循環(huán)),再經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循環(huán)與自然循環(huán)有機結合,在水體自凈容量的限度內,對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行科學規(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及細菌、某些重金屬。為達到一定回用水質要求,需做深度處理。它的核心技術是過濾,經過濾后,BOD、COD、SS、濁度、色度等水質指標均可達雜用水水質要求。在過濾之前一般均設有加化學藥劑混凝、沉淀或澄清,因此對磷應當有所去除。
實例: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排水作水源�；赜盟此|和回用水質標準見表1。
表1 污水二級排放標準及熱電廠回用水質標準
項目二級處理排放標準熱電廠回用水標準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,在澄清池內進行混凝沉淀,再經過加酸、殺菌和過濾,其作用是去除暫時硬度、游離二氧化碳、膠體硅等雜質,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濟發(fā)達國家已廣泛采用。1996年日本有162處污水廠有深度處理設施,西歐各國遠早于日本,已相當普及。
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 污水回收技術國內外現(xiàn)狀及發(fā)展遠景sp; 圖2 厭氧脫磷工藝流程(A/O法)
由圖2可見,本工藝流程簡單,既不投藥也勿需考慮內循環(huán),因此,建設費用及運行費用都較低。
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,沒有達到回用水質標準。
2、小區(qū)內的污水回用
在一個相對獨立的工業(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)生活用水實行分質供水是一項綜合性節(jié)水技術。它是污水(應去除沖廁外的雜用水)經過處理凈化后達到規(guī)定的水質標準,在一定范圍內使用。據(jù)統(tǒng)計,在我國,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、洗車、景觀等,這些都可以用回用水,回用水量可達總用水量的30%~50%。以北京市環(huán)科院下向流輕質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)回用下向流輕質填料接觸氧化流程
運行條件:水力停留時間3.0小時,BOD負荷1.5kg/m3·d,水力負荷8.0 m3·d。處理效果如表2所示。
表2 原水水質及出水水質
參數(shù)進水(mg/L)出水(mg/L)去除率(%)北京市中水水質標準(mg/L)COD387.037.090.450BOD192.07.296.310SS101.07.093.410
3、建筑物內的污水回用
應選擇優(yōu)質雜排水(如洗浴水)作水源。洗浴污水大多產生于公共浴室、賓館等地,一般水量大而有機物含量低,是污水資源化的重要水源,經適當處理后可回用于綠化、沖廁所等低質用水。建筑物內備有雙給水及雙排水系統(tǒng)。
用一體式膜-生物反應器處理洗浴污水 膜-生物反應器是把生物處理與膜分離相結合的一種組合工藝(如圖6所示),它不僅能高效地進行固液分離,得到可以直接回用的穩(wěn)定出水,而且生物反應池內高濃度的微生物量,可提高處理裝置的容積負荷,節(jié)省占地面積,且剩余污泥產生量少、操作管理方便。無論進水水質如何變化,均能得到優(yōu)質出水,符合建設部生活雜用水標準。
圖6 膜-生物反應器工藝流程
4、雜用水(洗車)
采用的典型回用工藝如圖7所示。出水水質見表3。
│加藥 │補自來水
↓ ↓
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
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/L)進水16.731138.03.4 出水<26<57.60.5580.812
三、污水回用技術發(fā)展預測
1、集中處理與分散處理相結合
當前,國內外對城市污水的處理考慮較多的是排水管網終端的集中處理。就回用而言,因為輸水管道的投資比重很大,應考慮在污水處理廠附近就地回用。例如天津梅江居住區(qū)引紀莊子二級出水作水源經深度處理后作小區(qū)雜用水;北京華能熱電廠引高碑店污水處理廠二級出水作水源經深度處理作循環(huán)冷卻用水。在國內也有一些地下水回灌、草地及農田灌溉的例子。
結合我國城市發(fā)展的特點,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),應考慮分散的小區(qū)污水處理與河渠水體修復相結合的布局。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處理水回流管道的鋪設,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)污水處理工藝的強化、組合及高效、低能耗處理技術的應用
污水處理和水資源回收相結合技術,必成為污水處理的主流。由于污水成分的復雜多樣致使其凈化處理往往需要不同的技術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處理(格柵、沉砂、一沉)、反應池和二沉池的二級處理流程,以及龐大的污泥處理系統(tǒng),其流程長、建筑物多、耗能高,造成建筑費用高、運轉費用亦高。
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-好氧相結合的工藝流程
厭氧-好氧組合可以達到既去除有機物又去除含磷、含氮物質的目的。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。
為了實現(xiàn)回用目的,生物技術后需引入物理及物理化學技術,如前所述混凝、過濾、活性炭、膜技術等。
(2)MBR技術(Membrane bioreactors)
膜生物反應器:把生物處理與膜分離相結合的一種組合工藝。由于膜所具備的高效分離特點,所以出水水質好,可以直接達到回用所需水質。在生物反應器中維持了高濃度的微生物量提高了負荷,節(jié)省了占地面積。
回顧膜分離技術的發(fā)展歷史,首先出現(xiàn)的是超過濾(ultrafiltration,簡稱UF)和微孔過濾(microfiltration,簡稱MF)然后才出現(xiàn)的反滲透(reverse osmosis,簡稱RO)、納濾(naofiltration)。專家預測:當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施。未來幾年低壓膜技術在飲用水處理中有著廣闊前景。在污水處理方面,應著重解決膜污染、快速恢復通量的方法及對策,這是推廣MBR法處理污水的關鍵所在。
研究表明:懸浮物、膠體和溶解性分子對過濾阻力的相對影響分別為65%、30%和5%�？梢�,懸浮物和膠體物質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�；蛟诜磻髦型都永w維球狀填料,形成生物膜和懸浮活性污泥復合處理系統(tǒng),以增大膜通量。
選用錯流膜組件,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。在浸設式中空纖維膜中,則把膜組件放在曝氣管的正上方,同時加大曝氣量,減少膜的污染。為了消除可逆膜污染應定期作清洗(物理清洗和化學清洗)。膜生物反應器在處理污水中具有獨特的技術優(yōu)勢,特別在污水需回用和占地有限制的場合下更是一項極具潛力的技術,但能否推廣應用關鍵在于膜污染和經濟上是否可行。
MBR工藝可從幾方面減少運行成本: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、有一定機械強度的高性能超濾膜,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。另外在反應器形式上應多樣化,例如采用曝氣沉淀一體池型、內部安裝填料的池型,即生物膜和懸浮活性污泥復合處理系統(tǒng),減少膜的污染。
&n 污水回收技術國內外現(xiàn)狀及發(fā)展遠景bsp; (3)高效菌種應用技術
在固定化酶技術基礎上發(fā)展起來的固定化微生物技術,即采用化學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利用的技術。固定化微生物具有微生物濃度高、反應速度快、微生物流失少、產物容易分離等優(yōu)點。投菌活性污泥法,是將具有強活力的細菌投入到曝氣池中,使曝氣池內混合液中各種細菌處于最佳活性狀態(tài)。投入到曝氣池中所缺少的細菌與原微生物之間相互協(xié)同作用將加強生化反應。以往投菌活性污泥法多用于難降解的工業(yè)廢水,在污水回用領域發(fā)展應用,可利用高效菌種加強氨氮去除效率不高時)、加強生化反應池的抗沖擊負荷、提高污泥負荷量、減少停留時間(在采油污水處理中可減少25%停留時間)。
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