城市污水再生利用講

1、城市污水再生利用（中水回用）的狀況和主要技術路線,中國建筑技術集團有限公司,一、前言,我國是一個水資源短缺的國家。 人均水資源約為世界平均水平的1/4，水資源分布不均、水污染嚴重、用水結構變化，生活、工業(yè)用排水量隨工業(yè)發(fā)展而猛增，全國正常年缺水量約400億m3，已有400多個城市缺水。 倡導節(jié)水型社會，工業(yè)節(jié)水與治水并重。 替代水源：海水淡化、遠距離調(diào)水、城市污水再生利用。城市污水深度處理再生回用是當前投資少、見效快，最成功和可行的一條重要途徑,二、城市污水再生利用（中水回用）狀況,中水：城市污水經(jīng)深度處理后以的水被稱為“中水”，Reclaimed Water 。 指各種排水經(jīng)處理后，達到規(guī)定

2、的水質(zhì)標準，可在生活、市政、環(huán)境、工業(yè)等范圍內(nèi)雜用的非飲用水。水質(zhì)指標低于生活飲用水的水質(zhì)標準，但又高于允許排放的污水的水質(zhì)標準，介與二者之間，所以叫做“中水”或“再生水”、“回用水,1城市污水再生利用的意義,緩解水資源的供需矛盾：80供水污水70可回用，替代自來水，供給生產(chǎn)生活需要。 減輕水環(huán)境污染 ：400億m3/a，78的城市河段不宜作飲用水源，50城市地下水已污染。2002年城市污水集中處理率40.3%。污水再生利用，減少污水排放量。 提高城市水資源利用的綜合經(jīng)濟效益：水質(zhì)水量相對穩(wěn)定，不受自然條件的影響，易于收集。取水、輸水距離近。沿海城市污水回用比海淡節(jié)省費用。 實現(xiàn)環(huán)境保護戰(zhàn)略的

3、重要措施：污水的再生利用是污水的一種“回收”和“削減”，與環(huán)境保護戰(zhàn)略是密切相關,2中水回用的領域,農(nóng)業(yè)灌溉：二級處理，成本低，肥料，須防污水對土壤的污染和有害殘留物累積。 城市雜用：城市雜用包括生活雜用水和環(huán)境、娛樂和景觀用水。 地下回灌：補充地下水量，保持地下水位，控制地面沉降。 生活飲用：包括直接回用和間接回用。直接回用，處理廠最后的出水被直接注入到生活用水配水管網(wǎng)。間接回用于飲用水是指河湖上游的污水經(jīng)凈化處理后又排入水體或滲入地下含水層，成為下游或該地區(qū)的飲用水源。 工業(yè)回用：冷卻用水、熱力和工藝用水、洗滌用水。城市用水80為工業(yè)用水,工業(yè)回用的好處： 1）工業(yè)用水戶一般緊鄰供水水源,

4、就近可得 2）城市污水水源穩(wěn)定，無枯水期用水緊張問題。 3）城市污水廠的二級處理出水經(jīng)過深度處理，即可滿足許多工業(yè)部門用水的水質(zhì)要求，成本比長距離引水低。 4）減少廢水的排放量，利于環(huán)境保護。 工業(yè)回用途徑： 1）冷卻水，占工業(yè)總用水7080%，水質(zhì)要求低。回用于循環(huán)冷卻水是最主要的工業(yè)回用用途，也是較為經(jīng)濟可行的方案。 2）鍋爐補水，用于一般鍋爐，軟化脫鹽即可。少用于高壓、超高壓鍋爐。 3）工業(yè)生產(chǎn)用水：熄焦、沖洗、沖灰水,3國內(nèi)外中水回用的狀況,3.1 國外城市污水的再生利用現(xiàn)狀 美國：自50年代起開始。二級污水處理廠100%普及，大規(guī)模城市污水回用。佛州St.Petersburg世界上最

5、大的城市污水回用系統(tǒng)：再生水用于工業(yè)冷卻、草地澆灌、建筑中水和消防，剩余的通過深井注入地下含鹽水層。 澳大利亞、新加坡：大規(guī)模的膜處理生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水的嘗試，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)再生水。 日本：1962年就開始污水回用的實踐。開發(fā)了很多污水深度處理工藝，創(chuàng)造了中水道系統(tǒng)，在建筑群內(nèi)設雙管供水系統(tǒng)。 南非：約翰內(nèi)斯堡，每日自來水的 85為城市再生水，開創(chuàng)了使用污水回用到飲用水的先河。 以色列：廣泛進行污水回用。處理過程為：城市污水的收集傳輸?shù)教幚碇行奶幚砑竟?jié)性儲存輸?shù)接脩羰褂眉鞍踩幹?3.2 國內(nèi)城市污水的再生利用現(xiàn)狀,早在1958年就開始列入國家科研課題，80年初一些缺水大城市相繼開展了污水回的試驗研究。進展

6、緩慢，現(xiàn)開始廣泛嘗試。 北京：高碑店污水處理廠回用量30萬m3/d，我國最大。自用、水體、電廠循環(huán)冷卻補水。 天津：紀莊子，A2/O工藝纖維球過濾消毒2000m3/d ，東郊污水廠二級處理過濾消毒7萬m3/d。膜回用示范工程。 長春：在建北郊回用10萬m3/d ，西郊兩期總15萬m3/d 。 大連；春柳河1萬m3/d污水回用十年運行良好。 青島：海泊河4萬m3/d污水回用 太原：北郊污水處理廠向太鋼供180萬噸/年循環(huán)冷卻水補水，化工集團采用生物接觸氧化法回用二級污水。 內(nèi)蒙是典型的北方缺水地區(qū)，污水回用要求更為迫切,三、城市污水再生利用（中水回用）技術,1國內(nèi)城市污水處理廠排放狀況 再生水多

7、以污水廠二級出水為水源，污水廠設計以達標排放為準。 執(zhí)行標準：現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）。90為老廠，一些還在執(zhí)行GB8978-88 或GB8978-1996，排放標準距回用水差別很大。許多設計未考慮N、P去除問題。 現(xiàn)存污水處理的設備運行狀況：1/3運行正常、1/3不正常、1/3處于停止狀態(tài)。污水處理廠的運轉率只能達到50% 。 內(nèi)蒙古地區(qū)污水處理廠執(zhí)行舊的污水綜合排放標準中二級標準的居多，而且原來建設了一批采用氧化塘工藝的污水處理廠，因此出水距離回用標準也更遠,表1 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準基本控制項目最高允許排放濃度/（mg/L,表2 污水綜合排放標準

8、基本指標(GB 8978-1996,續(xù)表2 污水綜合排放標準基本指標(GB 8978-1996,2城市污水再生利用的回用水質(zhì)標準,2003年5月1日起實施了城市污水再生利用系列標準，包括： 城市污水再生利用 分類（GB/T18919-2002） 城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)（GB/T18920-2002） 城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水水質(zhì)（GB/T18921-2002） 城市污水再生利用 補充水源水質(zhì) 城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì) 城市污水再生利用 農(nóng)業(yè)用水水質(zhì) 其中1-3項已經(jīng)制定標準頒布，第5項2004年出版了征求意見稿，4、6醞釀中。 建設部、科學技術部于2006年4月25日聯(lián)合

9、頒布了城市污水再生利用技術政策 通常一般的污水廠二級處理出水常含有BOD5 2030mg/L、CODCr 40100mg/L、SS 2030mg/L、NH3-N 1525mg/L、P 37mg/L。這樣的出水必須經(jīng)過進一步的強化深度處理才能夠滿足城市雜用、景觀以及工業(yè)用水的需要,表3再生水用作工業(yè)用水的水質(zhì)指標,3.2,3. 城市污水再生利用技術,3.1 城市污水再生利用主要污染物的去除方法 SS、有機污染物、無機鹽、N、P 懸浮物的去除： 1) 粒徑1m，一般過濾。 2）0.1幾十m，微濾機。 3）2nm0.1m，超濾 4) 5nm，納濾 5）0.1nm，反滲透 6）膠體狀粒子：混凝沉淀去除

10、。 二級處理出水的5080%的BOD來源于懸浮性的有機顆粒，這些懸浮物的去除也間接地去除了污水的有機污染物濃度,有機污染物的去除： 難降解有機物：丹寧、木質(zhì)素、黑腐酸、醚類、多環(huán)芳烴、聯(lián)苯胺、鹵代甲烷、甲基蘭活性物質(zhì)、除草劑、殺蟲劑等 。 混凝沉淀或過濾活性炭吸附 砂濾臭氧等強氧化劑氧化。 無機鹽的去除： 堿度或暫硬：石灰軟化 鹽濃度500mg/L（100300mg/L）：離子交換 納濾：脫鹽率60，80硬度，90溶解性有機碳。 反滲透：脫鹽率95以上,氮的去除 廢水中存在著有機氮、氨氮、硝態(tài)氮，以氨氮和有機氮為主。脫氮可分為化學法和生物法?；瘜W法主要為氨吹脫法（或氨氣提法）、折點加氯法、離子

11、交換法，這些方法僅對氨態(tài)氮有效，一旦發(fā)生亞硝酸化或硝酸化將不起作用。 1）氨吹脫法（或氨氣提法）：投加石灰或NaOH，調(diào)節(jié)廢水的 pH值到10.811.5，將廢水中的銨離子轉換成游離氨，以空氣或蒸氣作為氣提氣體進行吹脫。 特點：優(yōu)點是與氨回收工藝結合可副產(chǎn)品（氨水、硫酸銨等），最大缺點是運行成本高，特別是銨濃度低時，設備易結垢防腐。因此常用做生化脫氮的預處理,2）折點加氯除氨法： 原理：利用氯氣的強氧化性，將NH3（或NH4+）氧化成非溶解性的N2O氣體，從水中揮發(fā)出去。 特點：適合于任何銨濃度的污水處理。去除率高達90100%，出水氨濃度降到0.1mg/L或更低，副產(chǎn)品不多，處理效果穩(wěn)定，不

12、受溫度或毒性化合物的影響。 折點加氯法是污水回用工業(yè)循環(huán)補充水處理中最為常見、成熟、可靠、有效的方法。但考慮到循環(huán)補充水對Cl-的要求，一般控制進水氨氮不宜過高，從而保證投氯量無需過大,3）離子交換除氨法,原理：斜發(fā)沸石選擇交換銨離子的能力。即能從含鈉、鎂和鈣等離子的溶液中優(yōu)先選取銨離子，與沸石上的鈉離子進行交換，從而達到除氨的目的。穿透的樹脂要用2%的氯化鈉溶液再生，再生液經(jīng)過去氨處理后再循環(huán)使用，達一定的循環(huán)率后排放。 特點：離子交換除氨法適用于銨離子濃度在10-50mg/L的廢水，去除率達到9097%。銨濃度越高，再生越頻繁，運行成本高；濃度低，濃差減小，離子遷移速度減慢，處理效果嚴重下

13、降；增加系統(tǒng)含鹽量，加劇腐蝕；需處理含氨廢液；鈣影響選擇交換。 理論上完全行得通，各種中、小試試驗也常見報道，但尚無大型工業(yè)應用的成功案例,三步驟：氨化硝化反硝化,在將有機氮轉化為氨氮的基礎上，通過硝化菌和亞硝化菌的作用，將氨氮通過硝化轉化為亞硝酸氮、硝酸氮,有氧存在的條件下,缺氧 條件下,在反硝化菌的作用下將亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮轉化為氮氣逸出，從而不僅去除氨氮而且降低總氮,生物脫氮機理,生物法脫氮： 特點：（1）氨氮的生物氧化需要大量氧，大約每去除1g氨氮需要4.57g氧。（2）硝化過程細胞產(chǎn)率很低，難以維持高生物濃度，特別在冬季。（3）硝化過程產(chǎn)生大量的質(zhì)子（H+），需用大量堿中和。理論上

14、每氧化1g氨氮需7.14g堿度（以CaCO3計）。（4)反硝化菌是異養(yǎng)兼性菌，適宜在好氧、兼氧交替環(huán)境下生存，一般DO0.5mg/L。（4）反硝化以有機碳為電子供體，一般要求C/N45，3時，需外加C源。 優(yōu)點：可同時降低水中氨氮和總氮。運行成本低、操作管理簡便。 缺點：(1)進水氨氮濃度200mg/L；(2)硝化菌生長緩慢，產(chǎn)率低，硝化菌僅占活性污泥的2%左右；(3)硝化菌對環(huán)境變化敏感，易受溫度、堿度、有機物濃度、基質(zhì)濃度、pH、SRT，工程調(diào)試難度大。一般調(diào)試成功者出水氨氮可達5mg/L，優(yōu)良者23mg/L,磷的去除,磷的去除可采用化學法也可采用生物法。 化學法主要指化學混凝沉淀，利用投

15、加鐵、鋁鹽或石灰通過，混凝沉淀的原理，形成磷的化合物沉淀而被去除，這種方法的除磷效率高，運轉較靈活，但是產(chǎn)生的污泥量較大，運行的藥劑成本較高。 生物除磷特點：（1）需要好氧和厭氧環(huán)境的并存；（2）不適于高濃度含磷污水；（3）受污泥齡影響較大，一般污泥齡短，除磷效果好；而污泥齡長利于硝化進行的徹底，因此在生物脫氮除磷的系統(tǒng)往往存在矛盾的問題。 同步脫氮除磷：趨勢，包括A2/O、UCT、SBR以及前置厭氧的氧化溝工藝及其相應的改良工藝，根據(jù)再生利用的用途不同加以選擇并結合適宜的深度處理工藝應該是合理的經(jīng)濟選擇,生物除磷機理,在厭氧缺氧條件下聚磷菌的生長受到抑制； 充分釋放出其細胞中的聚磷酸鹽，并利

16、用此過程中產(chǎn)生的能量攝取污水中的低分子量的脂肪酸(LMFA)以合成聚羥基丁酸鹽（PHB）顆粒貯存在其體內(nèi),進入好氧環(huán)境后，聚磷菌恢復活力。它們將PHB降解為LMFA和能量，并會過量地、大大超出其生理地從污水中攝取磷，并以聚合態(tài)儲存在體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，從而達到除磷的目的,釋放磷,吸收磷,3.2 城市污水回用于工業(yè)循環(huán)冷卻水,城市污水回用于循環(huán)冷卻水需解決的問題： （1）SS：若直接使用，經(jīng)循環(huán)濃縮可達30mg/L以上，促進生物粘泥和結垢，影響換熱和緩蝕劑鍍膜，降低藥效。控制在10mg/L以下。 （2）氨氮：降低殺菌藥效、硝化降低pH、加速磷系緩蝕劑水解、導致銅管發(fā)生氨腐蝕。應小于10

17、mg/L，控制在6mg/L以下更好。 （3）無機鹽：導致結垢和腐蝕。 （4）微生物：普通微生物導致污泥沉積，異養(yǎng)菌、鐵菌、硫酸鹽菌導致垢下腐蝕，真菌侵蝕木質(zhì)部件。 （5）COD：一方面穩(wěn)定水質(zhì)、控制腐蝕，一方面促進微生物滋生及腐蝕的產(chǎn)生。一般要求30mg/L。 （6）磷：生物生長的營養(yǎng)源，產(chǎn)生難于除于的磷酸鈣垢,中水回用于循環(huán)冷卻水的控制指標：NH3-N、P、SS、COD及硬度和堿度，根據(jù)地區(qū)性差異選擇考慮無機鹽。 1、 NH3-N的去除 一般二級出水氨氮1525mg/L，但北方多達40mg/L左右，冬季更甚。對于工業(yè)循環(huán)冷卻水，生化處理應該仍首選工藝，其次輔助為折點加氯。 二級出水中有機碳含

18、量低，無法進行硝化-反硝化的聯(lián)合過程，因此A/O、A2/O、氧化溝、SBR及其改良工藝均不適合。 思路：對原二級生化處理進行工藝調(diào)整和改造，控制運行條件，使出水氨氮直接達標。若無法改造，可考慮采用曝氣生物濾池或膜生物反應器進行深度脫氮,曝氣生物濾池,BAF，（BiologicalAerated Filter）又稱淹沒式曝氣生物濾池，70S末80S初出現(xiàn)在歐洲。突出特點是在一級強化處理的基礎上將生物氧化與過濾結合在一起，濾池后部不設沉淀池，通過反沖洗再生實現(xiàn)濾池的周期運行。 曝氣生物濾池分為上向流式和下向流式，結構中一般包括布水系統(tǒng)、布氣系統(tǒng)、承托層、生物填料層、反沖洗系統(tǒng)等。下向流形式的BAF

19、對SS的截流主要集中在濾池上端幾十厘米處，使得濾池的納污能力不強，運行周期短，易堵塞。上向流形式避免了下向流的缺點，納污能力大大提高。 在回用水處理工藝中，主要使用曝氣生物濾池作為生化手段來去除二級處理水中的NH3-N和低濃度的COD、BOD5。 國內(nèi)曝氣生物濾池研究起步雖然較晚，但發(fā)展迅速，目前關鍵技術已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，并已得到較多的工程應用,典型BAF結構簡圖,圖2 Biofor結構圖,圖1 Biostyr結構圖,曝氣生物濾池主要工藝特點如下： 克服了活性污泥法污泥易膨脹問題； 可以采用較高的濾速和負荷，設備小，占地少； 可使一些好氧處理難于降解的物質(zhì)降解； 濾料的裝填增加了對氧的切割，提高

20、了氧利用率，能耗低。 曝氣生物濾池系統(tǒng)存在不足： 對進水的SS要求較高，因其填料粒徑?。?BAF工藝產(chǎn)泥量較大，污泥穩(wěn)定性較差； 需進行氣水反沖洗，設備較多，操作較復雜； 濾料的堵塞問題在長期運轉中還有待解決與改善,膜生物反應器,MBR，Membrane Bioreactor技術于20世紀末發(fā)展起來，水處理中常用的是固液分離型MBR。主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成，以超（微）濾膜高效分離，出水水質(zhì)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)污水處理工藝，能得到可直接使用的中水。 分類：膜曝氣AMBR、膜萃取EMBR、固液分離SLSMBR 。 AMBR：采用透氣性致密膜或微孔膜進行無泡曝氣，提高氧接觸時間和傳氧效率，適

21、用于高需氧量的廢水處理。 EMBR：廢水與污泥為膜隔開，膜從含有毒有害廢物的工業(yè)廢水中優(yōu)先萃取污染物以降解。 SLSMBR：簡稱MBR，最廣泛，主要用于固體的分離與截留，取代傳統(tǒng)污泥法中的二沉池,分置式膜生物反應器型式,固液分離式MBR可分為：分置式、一體式和復合式,圖3 分置式膜生物反應器,特點：膜組件與反應器分置。 優(yōu)點：運行可靠，通量高，易于膜組的清洗、更換和增設。 弱點：為防污需要較高的膜面流速，動力費高，同時泵的高速旋轉可能使某些微生物失活,一體式膜生物反應器,圖4 一體式膜生物反應器,特點：膜組件在生物反應器內(nèi)部。進水進入膜 - 生物反應器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥降

22、解去除，再在外壓作用下由膜過濾出水。 優(yōu)點：省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，靠抽吸出水，能耗相對較低；占地更為緊湊，在水處理領域倍受關注。 弱點：膜通量相對較低，容易發(fā)生膜污染，膜污染后不容易清洗和更換,復合式膜生物反應器,圖5 復合式膜生物反應器,特點：在形式上也屬于一體式膜生物反應器，所不同的是在膜生物反應器內(nèi)加裝填料，從而形成復合式膜生物反應器，改變了反應器的某些性狀,膜組件型式,圖6 中空纖維式膜絲斷面示意圖,工業(yè)上常用的膜組件形式有五種： 板框式、螺旋卷式 、圓管式 、中空纖維式和毛細管式 。前兩種使用平板膜，后三者使用管式膜。圓管式膜直徑 10mm; 毛細管式 0.510.0mm；中空纖維式

23、,圖7 簾式膜組件示意圖,MBR典型工藝圖,MBR工藝特點,MBR優(yōu)點： 抗污泥膨脹能力強，出水中沒有懸浮物； 高的污泥濃度，高體積負荷，具有極強的抗沖擊能力； 顯著減少污泥產(chǎn)量，剩余污泥產(chǎn)量低； 污染物去除率高，對BOD、COD去除率95，氨氮90%； MBR工藝省略了二沉池，減少占地面積。 MBR不足： 投資成本過高。主要原因是膜組件多需進口。常用的膜加拿大ZENON、日本久保田、日本東麗、三菱、天津膜天等。 工程應用的大量工程參數(shù)欠缺，亟待總結。 膜污堵和性能恢復還有待進一步研究和解決,脫氮工藝的選擇,無論是BAF還是MBR在脫除二級處理廠出水氨氮上均十分有效，但是結合其他的指標，往往還

24、難以作為單一工藝處理后將出水直接用于工業(yè)循環(huán)冷卻水，常需輔助處理。 在系統(tǒng)其他指標基本滿足要求（尤其是COD），而氨氮超標不高，在15mg/L以下時，僅利用折點加氯的方法去除氨氮效果很好，占地很小，引進的其他離子影響也較小,2、磷的去除 二級出水磷一般只有幾個mg/L，原則上不再考慮生物法去除，通常采用化學混凝的方式去除，藥劑的選擇參照其他需要控制的指標因子，聯(lián)合選擇。 3、COD的去除 二級出水COD較低，無論在除氨氮的生化處理中還是在混凝沉淀去除P、SS的過程中均會得到適度的去除，一般基本可以滿足工業(yè)循環(huán)冷卻水的使用要求。對特殊情況可增加活性炭吸附或臭氧氧化。 4、SS的去除 無論是在混凝

25、沉淀、BAF、MBR以及過濾中均可以得到有效地去除SS。在二級處理廠再生利用做工業(yè)循環(huán)冷卻水中最易于控制的就是SS的因素，也即對出水濁度的控制。BAF出水SS在10mg/L以下，基本滿足循環(huán)冷卻水的要求,5、堿度和硬度的去除 硬度通常采用加藥法，循環(huán)冷卻水處理中一般不考慮永硬，只要求暫硬和堿度，因此最經(jīng)濟有效的方法首選石灰法。在石灰法中常采用機械加速澄清池，在除堿度和硬度的同時，還能去除SS、P及COD。 對于MBR和BAF出水，銜接石灰法是浪費。一般MBR出水除硬度堿度可采用離子交換法，但由于其需要再生，同時MBR和BAF出水pH偏低，還要調(diào)整pH，使得運行成本偏高，適用于低硬度堿度的情況。 6、其他指標的去除 細菌：消毒，尤其對生化處理出水必須消毒。二氧化氯法常用，該設備的國產(chǎn)化比較成功，性能也非常優(yōu)良。 溶解性無機鹽：一般地區(qū)基本可滿足工業(yè)循環(huán)冷卻水的要求，對于特殊系統(tǒng)，可以考慮部分分流反滲透方式脫鹽,3.3 二級出水回用于循環(huán)冷卻水的工藝,1)