污水處理廠尾水再生利用的可行性分析

污水處理廠尾水再生利用的可行性分析

合理利用資源是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的必然前提。城市污水處理廠尾水再生利用是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、污水資源化的重要途徑?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的若干意見(jiàn)》已明確提出了“加快再生水利用設(shè)施建設(shè)”的具體要求?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)城市供水節(jié)水和水污染防治工作的通知》(國(guó)發(fā)36號(hào))要求缺水地區(qū)在規(guī)劃建設(shè)城市污水處理設(shè)施時(shí),要同時(shí)安排污水回用設(shè)施的建設(shè);城市大型公共建筑和公共供水管網(wǎng)覆蓋范圍外的自備水源單位,都應(yīng)當(dāng)建立再生水系統(tǒng),并在試點(diǎn)基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)大居住小區(qū)再生水系統(tǒng)建設(shè),要加強(qiáng)對(duì)城市污水處理設(shè)施和回用設(shè)施運(yùn)營(yíng)的監(jiān)督管理。1城市污水再生利用概況我國(guó)目前有400多個(gè)城市面臨缺水的困局,正常年份缺水達(dá)60×108m3,預(yù)計(jì)2030年缺水量達(dá)到500×108m3。由于人口眾多,我國(guó)每天產(chǎn)生數(shù)量驚人的城市生活污水,同時(shí)由于城市污水再生利用技術(shù)起步比較晚,城市污水回用率偏低,目前污水的平均回收率約10%,每年產(chǎn)生的近百億噸的城市污水廠清潔出水沒(méi)有被加以利用而直接排放。東莞市目前全市擁有城市污水處理廠多達(dá)34家,根據(jù)《東莞市節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃》,全市污水廠2012年日處理污水量將達(dá)到0.04×108m3。近年來(lái),城市缺水性質(zhì)從以工程型缺水為主向資源型缺水和水質(zhì)型缺水為主轉(zhuǎn)變,城市缺水有從地區(qū)性問(wèn)題演化為全國(guó)性問(wèn)題的趨勢(shì)。國(guó)家建設(shè)部和科學(xué)技術(shù)部2006年4月聯(lián)合發(fā)布《城市污水再生利用技術(shù)政策》,明確了城市污水再生利用的總體目標(biāo)是充分利用城市污水資源,消減水污染負(fù)荷、節(jié)約用水、促進(jìn)水的循環(huán)利用、提高水的利用效率。預(yù)計(jì)到2020年,全國(guó)污水回用率可提高到55%以上。目前城市污水再生利用在國(guó)際上已成趨勢(shì)。日本在污水回用方面早于20世紀(jì)70年代已初具規(guī)模,瀨戶內(nèi)海地區(qū)污水回用量已達(dá)該地區(qū)淡水總量的2/3,新鮮水用量?jī)H為淡水用量的1/3。美國(guó)是世界上開(kāi)展污水回用最早的國(guó)家之一,2000年加利福尼亞州的污水再生利用量為8.64×108m3,占全州城市年用水量的7%。而在我國(guó),北京、天津、西安等缺水城市已經(jīng)先后建立了一系列尾水再生工程,見(jiàn)表1。2過(guò)濾處理工藝目前比較典型的尾水再生處理工藝有混凝沉淀過(guò)濾處理工藝、膜生物反應(yīng)處理工藝和微絮凝高效纖維過(guò)濾處理工藝。以下就幾種再生水處理工藝作一詳細(xì)介紹。2.1化學(xué)絮凝過(guò)程常規(guī)混凝沉淀過(guò)濾工藝流程如圖1所示?；瘜W(xué)藥劑投加到混合反應(yīng)沉淀池與污水處理廠的二級(jí)處理出水快速混合,并發(fā)生沉淀反應(yīng)、凝聚作用和絮凝過(guò)程。沉淀反應(yīng)和凝聚作用主要發(fā)生在混合階段,污水廠尾水中溶解性正磷酸鹽與投加的金屬鹽發(fā)生置換反應(yīng),生成低溶解度的固體,迅速沉淀下來(lái)。實(shí)際工程中常采用的化學(xué)藥劑主要有鐵鹽、鋁鹽、鈣鹽等,如無(wú)水FeCl3、FeCl3·6H2O、Fe(SO4)·7H2O、Al2(SO4)3·18H2O、聚合硫酸鋁、堿式氯化鋁、Ca(OH)2/CaO等;凝聚作用是通過(guò)膠體間的架橋、捕捉與網(wǎng)捕以及因粒子雙電層厚度減少而導(dǎo)致粒子間排斥力降低等的作用,膠體聚結(jié)為較大的顆粒?；瘜W(xué)絮凝過(guò)程主要發(fā)生在反應(yīng)池中,通過(guò)水力或機(jī)械攪拌,在水中形成速度梯度,使得顆粒互相碰撞,然后在一定條件下粘合在一起,從而形成絮體,然后到沉淀池進(jìn)行固液分離。在沉淀池?zé)o法沉淀下來(lái)的細(xì)小顆粒則通過(guò)后續(xù)的過(guò)濾裝置來(lái)去除。2.1.1微渦流反應(yīng)套裝裝置絮凝過(guò)程可采用微渦流反應(yīng)技術(shù)、折板反應(yīng)池等。微渦流反應(yīng)技術(shù)其機(jī)理如下:紊流中存在著大大小小的渦旋,渦旋的大小和運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的。大尺度渦旋由于速度梯度很小,其絮凝條件很差。微渦旋反應(yīng)就是通過(guò)在紊流中有效地消除大尺度渦旋,增加微小尺寸渦旋的比例,提高絮凝效果。微渦流反應(yīng)成套裝置是由反應(yīng)箱及反應(yīng)器組成,反應(yīng)箱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)裝微渦流反應(yīng)器。微渦流反應(yīng)器為塑料制成的多孔球殼,當(dāng)水流穿過(guò)球體時(shí),會(huì)產(chǎn)生很多細(xì)小的渦旋,強(qiáng)化絮凝效果。與折板反應(yīng)池相比,微渦流反應(yīng)成套裝置的反應(yīng)時(shí)間約為4~9min,是折板反應(yīng)時(shí)間的一半;在相同的反應(yīng)、沉淀時(shí)間條件下,沉淀出水濁度比采用折板反應(yīng)低1~2NTU。2.1.2流砂過(guò)濾器工作原理過(guò)濾裝置類型很多,一般有普通快濾池、雙閥濾池、無(wú)閥濾池、虹吸濾池、移動(dòng)罩濾池等形式。近年來(lái),國(guó)外在這些傳統(tǒng)過(guò)濾裝置的基礎(chǔ)上又發(fā)展形成了移動(dòng)床向上流連續(xù)過(guò)濾器,與普通濾池相比,具有土建造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便、建設(shè)周期短、技術(shù)先進(jìn)和處理效果穩(wěn)定等特點(diǎn),國(guó)內(nèi)已有許多應(yīng)用。移動(dòng)床向上流連續(xù)過(guò)濾器,簡(jiǎn)稱流砂過(guò)濾器,擁有生物處理功能后又稱活性砂過(guò)濾器,它變革了傳統(tǒng)處理方法,是一種集混凝、澄清、過(guò)濾為一體的高效過(guò)濾器,還可以加裝充氧曝氣裝置,強(qiáng)化普通砂濾的氨氮去除功能。流砂過(guò)濾器工作原理如圖2所示:原水通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入過(guò)濾器內(nèi)部,并經(jīng)布水器均勻分配后上向逆流通過(guò)濾料層并外排。在此過(guò)程中,原水被過(guò)濾,水中的污染物含量降低;同時(shí)沸石濾料中污染物的含量增加,并且下層濾料層的污染物含量高于上層濾料。位于過(guò)濾器中央的空氣提升泵在空壓機(jī)的作用下將底層的沸石濾料提至過(guò)濾器頂部的洗沙器中清洗。濾砂清洗后返回濾床,同時(shí)將清洗所產(chǎn)生的污染物外排。綜上所述,流砂過(guò)濾器具有以下特點(diǎn):1)效率高,24小時(shí)連續(xù)工作,不需停機(jī)反沖洗。不需反沖洗閥門和備用過(guò)濾器。2)運(yùn)行費(fèi)用低,不需高揚(yáng)程大流量的反沖洗泵,而且可采用間歇洗沙方式,進(jìn)一步降低運(yùn)行費(fèi)用。3)維護(hù)費(fèi)用低,流砂過(guò)濾器在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中除沸石濾料外沒(méi)有任何轉(zhuǎn)動(dòng)部件,故障率低,維護(hù)費(fèi)用省。4)一次性投資低,不需單設(shè)澄清池等設(shè)施,不需反沖洗泵和電動(dòng)、氣動(dòng)閥門等設(shè)備,占地面積緊湊,一次性投資省。5)水頭損失小,由于采用了單級(jí)濾料且濾料清潔及時(shí),因此流砂過(guò)濾器水頭損失很小,大約0.5m。6)進(jìn)水水質(zhì)要求寬松,可長(zhǎng)期承受150mg/L濃度SS進(jìn)水水質(zhì),短時(shí)承受400mg/L濃度SS沖擊而出水水質(zhì)不變。2.2cmf微濾膜處理工藝的基本特征連續(xù)流微過(guò)濾膜工藝流程如圖3所示:連續(xù)流微過(guò)濾膜工藝(CMF)是近年來(lái)在國(guó)際上被逐步推廣的水處理新技術(shù),特別是在再生水處理領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。該工藝由微濾膜柱、壓縮空氣系統(tǒng)和反沖洗系統(tǒng)以及PLC自控系統(tǒng)等所組成。微濾膜柱由厚150μm中空纖維組織組成,纖維濾膜的微孔為0.2μm。CMF系統(tǒng)的操作由PLC自動(dòng)控制,壓力給水系統(tǒng)將原水由外向內(nèi)注入隔膜,通過(guò)濾膜將水過(guò)濾,它可以阻止大于0.2μm無(wú)機(jī)的或有機(jī)的雜質(zhì)滲透或通過(guò)CMF濾膜。微濾膜系統(tǒng)工作壓力很低,工作范圍為30~100Kpa,最高達(dá)到200Kpa,一般20~40min用壓縮空氣反沖洗一次,反沖時(shí),壓縮空氣由中空纖維膜內(nèi)吹向膜外,反沖壓力為600Kpa,時(shí)間1~2min。當(dāng)進(jìn)水濃度不穩(wěn)定時(shí),膜污染超過(guò)它的設(shè)定指標(biāo)會(huì)自動(dòng)強(qiáng)制沖洗,以保護(hù)膜的使用壽命,反沖洗水量(反沖洗水采用原水)為進(jìn)水量的8~10%。當(dāng)膜前后壓力差達(dá)到100Kpa時(shí)需進(jìn)行化學(xué)清洗,以污水處理廠二級(jí)處理后的尾水作為CMF膜系統(tǒng)進(jìn)水時(shí),CMF系統(tǒng)一般工作14~30天需化學(xué)清洗一次。CMF膜系統(tǒng)是模塊設(shè)計(jì),易于增容,膜柱中的子模塊和附屬子模塊可以進(jìn)行更換、隔離、修補(bǔ),因此即使膜有損壞,也可及時(shí)修補(bǔ),不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。概括起來(lái),CMF微濾膜處理工藝的基本特征主要有:1)采用直流過(guò)濾,使處理效果不受進(jìn)水水質(zhì)的影響;2)利用空氣對(duì)濾膜進(jìn)行反沖洗,提高膜分離效果和膜組件的使用壽命;3)可直接濾除絕大部分(99.9%)的細(xì)菌和病原體;4)全部工藝流程基本上無(wú)需加藥(混凝劑和氯等);5)靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于膜組件的更換和增容;6)系統(tǒng)占地少,可以在現(xiàn)有的建筑物內(nèi)安裝,安裝費(fèi)用低。7)造價(jià)高,僅適用于對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。2.3混凝劑+藥劑+加藥系統(tǒng)微絮凝纖維過(guò)濾處理工藝流程如圖4所示。本工藝同常規(guī)混凝沉淀過(guò)濾處理工藝相比,微絮凝高效纖維濾池處理工藝投藥量少,不需建反應(yīng)沉淀池,藥劑投加到管道混合器中與原污水混合后直接進(jìn)纖維濾池,混凝劑在污水中形成的絮體小而密實(shí),可深入到纖維濾池濾層深部。同連續(xù)流微濾膜處理工藝相比,該工藝增加了一套小型加藥系統(tǒng)。濾池工作原理:高效纖維濾池為充分發(fā)揮纖維束的特長(zhǎng),在濾池內(nèi)設(shè)纖維密度調(diào)節(jié)裝置,通過(guò)纖維密度調(diào)節(jié)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)纖維過(guò)濾時(shí)密實(shí)、反洗時(shí)放松狀態(tài)。濾池運(yùn)行時(shí)形成的濾料孔隙率沿水流方向由大到小,從而達(dá)到深層過(guò)濾效果。3混凝沉淀過(guò)濾處理工藝上述三種工藝綜合比較見(jiàn)表2。由上可見(jiàn),上述三種深度處理工藝各有優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇?；炷恋磉^(guò)濾處理工藝具有工程投資和運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn),占地面積也小;CMF生物反應(yīng)器占地面積較小,但工程投資及運(yùn)行成本最大;高效纖維濾池介于二者之間。4確定深度處理工藝,制定相關(guān)管理辦法,促進(jìn)和規(guī)范再生水行業(yè)發(fā)展保護(hù)環(huán)境、合理利用資源、是堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必然要求。從中央到地方,各級(jí)政府高度重視循環(huán)經(jīng)濟(jì),明確要求“大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),促進(jìn)資源循環(huán)式利用,切實(shí)提高資源的利用效率”。城市污水再生利用是實(shí)現(xiàn)水資源