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1、理工学院环境工程专业学年论文 污水回用技术的应用 及深度发展污水回用技术的应用及深度发展摘要：本文章主要阐述了污水治理技术的应用，污水回用技术的理论与方法对于促进污水回用事业发展，探究水环境恢复的原理与方略，对解决水危机具有重要和深远的意义。关键词：城市污水；污水回用；再生技术Wastewater Recycling Technology At Home And Abroad Present Situation And Development ProspectIn this paper:This article mainly expounds the application of sewage
2、 disposal technology of wastewater recycling technology theory and method to promote the development of the wastewater recycling enterprise, to explore the principle and strategy of water environment recovery, to solve the water crisis has important and far-reaching significance.Key words：urban sewa
3、ge; wastewater recycling; renewable technologies引言我国水资源不足，属世界上13个贫水国之一，人均水资源量是世界平均水平的1/4。我国地域广大，时空分布不均，海河、淮河、辽河、黄河流域人均水资源量约为全国平均水平的1/5，海河流域包括京津两市人均水资源量仅为全国平均水平的1/7。据统计，我国600余座城市有300余座缺水，全国城市缺水60108m3/a，因缺水而减少的工业产值估计为1200亿元/a。水资源紧缺问题已制约部分地区的经济和社会发展。虽然近年展开节约用水，但各地用水量增势强劲，加剧了水资源问题的严重性。随着水资源的不断缺乏和水质的不断恶
4、化，污水回用得到了越来越广泛的重视。对污水回用过程中使用的几种处理方法进行了总结，并对它们的机理以及应用作了简要概述，同时提出了这些方法的应用及发展前景。 1 污水回用现状污水回用归纳起来有三个层次：第一，大型污水处理厂二级出水作为城市用水水源；第二，小区内（例如一个工业区、居民区）的污水收集处理，并在小区内回用；第三，在建筑物内部的回用。对一个城市，特别是以工业为主的大城市而言，工业用水量占用水总量79%以上。工业用水的水质要求既需要高质量的，也需要一些质量较低的，例如大量的冷却用水。因此回用水重点应该防在量大、质量要求不高的工业用水。其次是农业用水、地下水回灌，再其次则是城市的杂用水、景观
5、、绿化等方面。1.1 回用与工业美国马里兰州巴尔的摩市伯利恒钢铁厂自1971年回用水即作为工业冷却水及部分工艺用水，用水量最高达76万m3/d。美国亚利桑那州帕洛弗迪核电站污水回用冷却水，水量达1.21.7108m3/a。南非发电厂用约翰内斯堡回用污水作冷却水，水量达5104m3/d。北京华能热电厂用高碑店污水厂二级出水作水源，经加速澄清、加氯接触，变空隙滤池加氯消毒、过滤后入循环系统作冷却水补水。按电厂70%90%额定负荷计算，每月平均节约自来水45104m3，每年节约自来水540104m3，节水率为40%。按相同用水量计算，可增加发电能力1倍以上。大连春柳河污水处理厂二级出水经脉冲澄清、双
6、层滤料滤池，消毒后回用于红星化工厂作工艺用水，水量达1104m3/d。天津石化总厂供排水厂二级出水，经微絮凝纤维滤池过滤，消毒后供工业冷却及居民小区冲厕，水量达1104m3/d。山东淄博市污水处理厂二级出水经絮凝气浮、纤维滤池过滤，消毒后出水计划用于电厂冷却和居民区，水量达3104m3/d。1.2 回用于农业以色列是一个非常缺水的国家，自20世纪60年代发明滴灌技术后，实现了由农业国向工业国腾飞的经济奇迹。年利用污水2.6亿m3，占总用水量1/6。美国加州是一个农业发达大州，污水回用于农田灌溉；德克萨斯州干旱缺水，污水处理厂二级出水主要用于地下回灌。实践证明，地下回灌是解决地区水资源短缺、缓解
7、和控制地下水位下降、防止地面沉降的有效措施。 我国利用污水灌溉已有多年历史，当前是要利用经一定处理后的污水，满足农田灌溉标准，做到对农作物、农田及环境无害。1.3 回用于城市杂用水范围极广，包括绿化、景观、浇洒马路、洗车、空调、消防、冲厕等等。日本国内并不缺水，但是它创造了中水道系统，在建筑物内设置双供水系统。室内可用于冲厕，室外则可用于绿化、消防、冲洗马路等多个方面。19851996年用再生的污水排放在城市河流中，复活了150余条小河，达到“清源复活”、修复与保护水资源。美国佛罗里达州，污水回用（价格为自来水40%）供高尔夫球场、城市绿化及建筑冲厕等。北京高碑店污水处理厂内1104m3/d污
8、水回用于厂内及部分生产、消防。大连经济开发区污水回用于绿化、浇洒马路等。北京市政府1986年作出规定：即建筑面积在2104m2以上的旅馆、饭店、公寓及建筑面积在3104m2以上的机关、科研、大专院校、大型文化、体育等建筑，应配套建设回用设施并应与主体建筑三同时。已在北京市清洁车辆厂、劲松宾馆、环保研究院小区、国际贸易中心、方庄小区等等，多处应用。天津市梅江住宅小区，以纪庄子二级出水作水源6103m3/d作冲厕用水。 2 污水回用技术污水回用技术，必须抓住两头，即取什么水质水作水源和经过处理以后作什么用，即回用水的水质应符合何种水质标准。2.1 城市污水处理二级出水作水源的区域性回用城市污水处理
9、厂二级出水的回用，一般称之为区域性回用。其利用形式有两种：直接回用和间接回用。直接回用多用于污水处理厂附近的工厂工业冷却、农田灌溉、回灌地下水、草场、市政用水等。回用的途径及方式受到地域的限制，比较单一，调配运转不方便。间接回用是从水域的整体考虑，从水体上游取水净化供城市使用，产生的污水经城市污水处理厂净化后排入水体的下游，回归于水体（此过程构成了水的循环），再经过一定河段的自然净化，可为下游城市地区利用。间接利用是将水的社会循环与自然循环有机结合，在水体自净容量的限度内，对水体基本不造成损害的一种利用方式。这种方式需要从宏观上进行科学规划和管理，是水资源可持续利用的重要途径。传统活性污泥法：
10、原污水格栅泵沉砂一沉池活性污泥曝气池二沉池消毒排放。二级出水仍含有一定量的污染物，其中：BOD5 2030mg/L；COD 60100 mg/L；SS 2030 mg/L；NH3-N 1525 mg/L；P 610 mg/L及细菌、某些重金属。为达到一定回用水质要求，需做深度处理。它的核心技术是过滤，经过滤后，BOD、COD、SS、浊度、色度等水质指标均可达杂用水水质要求。在过滤之前一般均设有加化学药剂混凝、沉淀或澄清，因此对磷应当有所去除。实例：北京华能热电厂污水回用作循环冷却水，引用北京市高碑店处理厂的二级排水作水源。回用水源水质和回用水质标准见表1。表1 污水二级排放标准及热电厂回用水质
11、标准 项目二级处理排放标准热电厂回用水标准PH6.58.56.58.5SS （mg/L）3030BOD（mg/L）3020COD（mg/L）12060污水回用处理流程如图1所示。加速澄清池中加入石灰、聚合硫酸铁作混凝剂加入聚丙烯酰胺作助凝剂，在澄清池内进行混凝沉淀，再经过加酸、杀菌和过滤，其作用是去除暂时硬度、游离二氧化碳、胶体硅等杂质，还可降低色度、磷酸盐和COD等。聚合硫酸铁石灰乳 硫酸液氯液氯 原水机械搅拌加速澄清池推流式氯接触池变空隙滤池推流式氯接触池 循环水系统过滤水池图1 污水回用处理流程95%的出水回用作循环水系统的补水，5%作输煤系统冲洗和绿化、冲厕等用水。在循环水中加入天津化
12、工研究院提供的TS-9508型阻垢剂35mg/L或中天兰清水处理公司提供的TRL-400B型阻垢剂26mg/L，以及每周三次冲击加入有效含量为9%的次氯酸钠，维持余氯0.10.2mg/L。浓缩倍数可达4倍，一般在2.53.0倍下操作。传统活性污泥法加生物脱磷脱氮：污水脱磷脱氮深度处理在经济发达国家已广泛采用。1996年日本有162处污水厂有深度处理设施，西欧各国远早于日本，已相当普及。最典型的生物脱磷流程如下：原污水排水 厌氧 好氧 二沉池 （释放磷） （吸收鳞、去除BOD） -图2 厌氧脱磷工艺流程（A/O法）由图2可见，本工艺流程简单，既不投药也勿需考虑内循环，因此，建设费用及运行费用都较
13、低。最典型的同步脱氮脱磷流程：典型的生物脱磷脱氮工艺A-A-O工艺，亦称厌氧-缺氧-好氧法（Anaerotic-Anoxic-Oxic）。如图3所示。图3 A-A-O法同步脱氮脱磷工艺流程存在问题，主要是虽使用A2/O法，但N、P去除效果不理想，没有达到回用水质标准。2.2 小区内的污水回用在一个相对独立的工业区或居民区可以作成小区回用的模式，下面以居民小区为例，见图4。图4 居民小区中水回用系统小区生活用水实行分质供水是一项综合性节水技术。它是污水（应去除冲厕外的杂用水）经过处理净化后达到规定的水质标准，在一定范围内使用。据统计，在我国，厕所冲洗水占居民用水量25%30%，人均2040L/d
14、。此外，还有绿地用水、清洁马路、空调、洗车、景观等，这些都可以用回用水，回用水量可达总用水量的30%50%。以北京市环科院下向流轻质填料接触氧化回用工程为例，该工程为小区回用，所采用的工艺流程如图5所示。图5 小区回用下向流轻质填料接触氧化流程运行条件：水力停留时间3.0小时，BOD负荷1.5kg/m3d,水力负荷8.0 m3d。处理效果如表2所示。表2 原水水质及出水水质 参数进水（mg/L）出水（mg/L）去除率（）北京市中水水质标准（mg/L）COD387.037.090.450BOD192.07.296.310SS101.07.093.410 2.3 建筑物内的污水回用应选择优质杂排水
15、（如洗浴水）作水源。洗浴污水大多产生于公共浴室、宾馆等地，一般水量大而有机物含量低，是污水资源化的重要水源，经适当处理后可回用于绿化、冲厕所等低质用水。建筑物内备有双给水及双排水系统。用一体式膜-生物反应器处理洗浴污水 膜-生物反应器是把生物处理与膜分离相结合的一种组合工艺（如图6所示），它不仅能高效地进行固液分离，得到可以直接回用的稳定出水，而且生物反应池内高浓度的微生物量，可提高处理装置的容积负荷，节省占地面积，且剩余污泥产生量少、操作管理方便。无论进水水质如何变化，均能得到优质出水，符合建设部生活杂用水标准。图6 膜生物反应器工艺流程2.4 杂用水（洗车）采用的典型回用工艺如图7所示。出
16、水水质见表3。 加药补自来水 洗车污水 集水 隔油沉淀 混凝 过滤 清水图7 洗车污水回用工艺流程表3 洗车污水处理前后水质 BOD（mg/L）COD（mg/L）SS（mg/L）pH油脂（mg/L）色度（度）洗涤剂（mg/L）大肠菌（个/L）进水16.731138.03.4 出水2657.60.5580.812 3 污水回用技术发展预测 3.1 集中处理与分散处理相结合 当前，国内外对城市污水的处理考虑较多的是排水管网终端的集中处理。就回用而言，因为输水管道的投资比重很大，应考虑在污水处理厂附近就地回用。例如天津梅江居住区引纪庄子二级出水作水源经深度处理后作小区杂用水；北京华能热电厂引高碑店污
17、水处理厂二级出水作水源经深度处理作循环冷却用水。在国内也有一些地下水回灌、草地及农田灌溉的例子。 结合我国城市发展的特点，特别是一些大城市，城市水体及河渠布局又比较丰满的地区，应考虑分散的小区污水处理与河渠水体修复相结合的布局。即区域污水处理 河渠景观及自净（或辅以某些人工净化手段） 再利用。这样可以省去大量二级处理水回流管道的铺设，取得小区污水处理无害化、河渠水体功能及资源化的一体化综合效能。 3.2 常规污水处理工艺的强化、组合及高效、低能耗处理技术的应用 污水处理和水资源回收相结合技术，必成为污水处理的主流。由于污水成分的复杂多样致使其净化处理往往需要不同的技术组合成一定的工艺流程。传统
18、的以活性污泥法为主体的污水处理流程包括了一级处理（格栅、沉砂、一沉）、反应池和二沉池的二级处理流程，以及庞大的污泥处理系统，其流程长、建筑物多、耗能高，造成建筑费用高、运转费用亦高。 氧化沟法、SBR法的出现省去一沉池、污泥处理和二沉池，新技术新工艺的发展给污水回用带来新的起色。 3.2.1 厌氧好氧相结合的工艺流程 厌氧好氧组合可以达到既去除有机物又去除含磷、含氮物质的目的。充分发挥好氧及厌氧条件下生物处理功能，可降低能耗、减少污泥量。 为了实现回用目的，生物技术后需引入物理及物理化学技术，如前所述混凝、过滤、活性炭、膜技术等。 3.2.2 MBR技术（Membrane bioreactor
19、s） 膜生物反应器：把生物处理与膜分离相结合的一种组合工艺。由于膜所具备的高效分离特点，所以出水水质好，可以直接达到回用所需水质。在生物反应器中维持了高浓度的微生物量提高了负荷，节省了占地面积。 回顾膜分离技术的发展历史，首先出现的是超过滤（ultrafiltration,简称UF）和微孔过滤（microfiltration,简称MF）然后才出现的反渗透（reverse osmosis,简称RO）、纳滤（naofiltration）。专家预测：当水源具备一定洁净条件，由PAC粉末活性炭超滤或微滤纳滤即可取代全部水处理设施。未来几年低压膜技术在饮用水处理中有着广阔前景。在污水处理方面，应着重解决
20、膜污染、快速恢复通量的方法及对策，这是推广MBR法处理污水的关键所在。 研究表明：悬浮物、胶体和溶解性分子对过滤阻力的相对影响分别为65%、30%和5%。可见，悬浮物和胶体物质往往在膜面形成凝胶层，成为减少膜通量的主要原因。由于混合液的组成和特性对膜污染有重要影响，选择FeCl3作为絮凝剂，投加粉末活性炭来改善污泥的滤饼性能，使混合液易于过滤。或在反应器中投加纤维球状填料，形成生物膜和悬浮活性污泥复合处理系统，以增大膜通量。 选用错流膜组件，在较低压差下（0.1MPa以下），以较高的膜面流速（一般为4m/s），达到提高膜面剪切力，消除浓差极化带来的影响，从而减少膜面污染。在浸设式中空纤维膜中，
21、则把膜组件放在曝气管的正上方，同时加大曝气量，减少膜的污染。为了消除可逆膜污染应定期作清洗（物理清洗和化学清洗）。膜生物反应器在处理污水中具有独特的技术优势，特别在污水需回用和占地有限制的场合下更是一项极具潜力的技术，但能否推广应用关键在于膜污染和经济上是否可行。 MBR工艺可从几方面减少运行成本：减少膜污染；研究低成本、高性能的耐污染超滤膜；研制耐污染、耐酸碱、耐生物腐蚀、有一定机械强度的高性能超滤膜，使膜的清洗和更换不至过于频繁。采用浸没式膜生物反应器（一体式），以节省循环泵所消耗的能源，但清洗较困难。另外在反应器形式上应多样化，例如采用曝气沉淀一体池型、内部安装填料的池型，即生物膜和悬浮
22、活性污泥复合处理系统，减少膜的污染。 3.2.3 高效菌种应用技术 在固定化酶技术基础上发展起来的固定化微生物技术，即采用化学或物理法将微生物体限位于有限微单元空间，保持其生物活性并加以反复利用的技术。固定化微生物具有微生物浓度高、反应速度快、微生物流失少、产物容易分离等优点。投菌活性污泥法，是将具有强活力的细菌投入到曝气池中，使曝气池内混合液中各种细菌处于最佳活性状态。投入到曝气池中所缺少的细菌与原微生物之间相互协同作用将加强生化反应。以往投菌活性污泥法多用于难降解的工业废水，在污水回用领域发展应用，可利用高效菌种加强氨氮去除效率不高时）、加强生化反应池的抗冲击负荷、提高污泥负荷量、减少停留
23、时间（在采油污水处理中可减少25%停留时间）。 3.3 高级组合氧化技术 水处理高级氧化技术是近年来新兴的水处理技术，是目前国内外水处理界研究的热点。在各种高级氧化技术中，光催化氧化技术由于具有良好的应用前景，因此研究尤为活跃。在各种氧化剂中，臭氧因具有氧化能力和消毒能力强，氧化副产物较少等优点，不仅在饮用水消毒上得到普遍使用，而且在和光催化氧化技术联用处理难降解有机废水，如印染废水、苯胺、烃及其衍生物的废水也有着良好的效果。 3.4 曝气生物滤池法（BAF） 在生活污水回用处理技术中，BAF技术得到了成功应用。该工艺操作简单，处理负荷高，占地面积小。曝气生物滤池法可以作为三级处理设备，保证了
24、处理后的水质，且无需设置沉淀池、过滤器等设备，减少了系统的复杂程度，易于操作和管理，可在大型污水回用处理工业领域推广使用，具有较高的经济效益和社会效益。 4 城市污水回用发展趋势随着城市污水处理率的逐渐提高，城市污水处理厂的大量建设，回用政策的逐步完善，城市污水回用的前景也越来越好。污水回用能有效缓解水资源短缺的问题，已受到政府管理部门和行业界的密切关注，将是中国水处理行业的主要热点之一。4.1 向技术集约化方向发展污水回用包括进一步提高污水水质和再生水水质稳定两个方面，不同水用户对水质要求不同，因而在技术上表现出从单元技术，如“BAF混凝沉淀加氯过滤”等，向多种技术集成如“BAF混凝沉淀加氯
25、过滤杀菌超滤反渗透混床”等方面发展的趋势。4.2 向零排放方向发展在发达国家，已经实现了对低污染水质如城市外排污水的回用，当前正研发较高污染水质的回用，并开始向污染物零排放方向发展，如美国公司研发的高效结晶器技术，已在美国西部和一些国家推广应用，可以使污水全部回用，实现真正的零排放。4.3 以雨水为水源的中水利用日益受到重视日本对以雨水为水源的中水利用日益重视，并发展较快，其利用量已经远大于以生活污水为水源的中水回用量。4.4 新的中水处理工艺不断被采用随着中水处理技术的发展，一些新的工艺不断被采用。在以生物处理为中心的流程中，苏格兰设计出家庭规模的SBR和旋转生物反应器RBC，德国的Bava
26、ria厂的SBR系统处理的生活污水回用可满足4002500人的需要。日本认为SBR活性污泥工艺是小型废水处理厂最有前途的工艺，适合在城市地区使用。英国的STW政策是使用生物转盘对生物废水提供二级治理。德国的寒冷地区广泛使用滴滤滤池。澳大利亚的Nowak建议配备生物转盘反应器来提高废水厂的脱氮能力。在以物理化学方法为中心的流程中，California使用臭氧和颗粒活性炭GAC工艺处理大量的不同二级出水。5 结语污水处理回用开辟了第二水资源,减少了新鲜水的用量,缓解了供需矛盾。通过本文的应用技术的分析,说明了污水回用的可行性,对于提高我国处理污水能力有所帮助,并指出合理选择污水回用处理技术能有效提
27、高环境保护。参考文献1章非娟.工业废水污染防治M.上海：同济大学出版社，2001.2石辉，彭可珊.我国的水资源问题与持续利用J.中国人口：资源与环境， 2002，12（6）：2325.3周彤，鲍宪枝，赵丽君，等.污水回用是解决城市缺水的有效途径中 国污水回用历程G/周彤.污水回用决策与技术.北京：化学工业出版社，2002： 724.4聂梅生.污水回用的技术路线/周彤.污水回用决策与技术.北京：化学工业出 版社，2002：16.5赵奇，赵卫华，李杰.污水回用水质标准G/周彤.污水回用决策与技术. 北 京：化学工业出版社，2002：196220.6李志宏.中水回用技术及应用前景的探讨J.科技风，2008（1）：46.