城市污水回用技术

第22卷第4期重庆建筑大学学报Vol 22 No 42000年8月Journal of Chongging Jianzhu UniversityAug.2000》分综述文章编号:1006-73292000)4-0103-05城市污水回用技术张智,阳春重庆建筑大学城建学院,重庆400045)摘要污水的回用既可有效地减轻环境污染,又可解决当前的水资源短缺问题城市污水回用技术经过几十年的发展已取得了很大的进展。本文讨论了城市污水回用的意义、前景和常见的技术。关键词冰环境污染;城市污水;水回用技术;水资源中图分类号X703.1文献标识码:A本世纪以来人类社会的高速发展造成了水体污染的加剧和水资源的短缺严重地制约了社会的进一步发展在一些地方甚至威胁了人类的生存。污水回用既能弥补现有水资源的不足又能有效地抑制水环境污染因而越来越多地受到人们的关注。本文对污水回用的意义、处理技术和发展前景加以分析和讨论。1城市污水回用是解决水资源短缺减轻水环境污染的有效途径水是十分重要又很特殊的自然资源它是人类赖以生存的基本物质是人类社会可持续发展的制约因素。人口的剧增和社会经济的飞速发展造成需水量的增长速度惊人加上水的浪费和水资源的污染水资源的短缺已经成为当今人类面临的最严峻的挑战之一。地球上可利用的水资源是有限的但随着人类社会的不断发展全世界对水的需求几乎每21年就要翻一翻达到目前的4.13万亿m3。全世界只有1/4的人群饮用到合乎标准的水,/3的人得不到安全用水并且缺水的形势日益严重。据统计目前中国和印度的耗水量已达到可利用量的60%而埃及和以色列几乎使用了可资利用的全部水资源量争夺水资源可能会成为下一轮国家间爆发战争的缘由。中国是一个贫水国家淡水资源非常短缺河川多年平均径流量为2.62×103m3人均占有量2000m3/a左右,为世界人均占有量的1/5居世界第110位被联合国列为13个贫水国之一。近20年来中国经济以每年10%的高速度连续增长人口集中污水排放量増加。许多河流、湖泊遭受严重污染从局部江段发展到流域污染。据统计我国80%的水域和45%的地下水已被污染9%以上的城市水域严重污染。水域污染的结果使得本来就短缺的水资源更加匮乏许多中心城市取水水源水质下降甚至报废。除此之外在一些南方山地城市由于水的提升高度过大造成取水费用高昂而缺水。这都对生产和生活造成了极大的影响通过改进技术降低水的消耗和污水排放量从水资源充沛的地区调水引入水资源匮乏104重庆建筑大学学报第22卷地区固然可以从一定程度上缓解水资源的紧张状况但城市污水的再生回用比开发建设新水源更为重要且具有现实意义。美国曾经拿城市污水和海水作比较前者含有0.1%的污染物而后者则含有3.5%的溶解盐还有大量的有机物质为污水二级处理出水所含杂质的35倍以上因而采用海水淡化获取水源的基建费和单位成本都超过污水回用的费用。而城市污水经二级处理之后回用自然就减少了向水域的排放量带来了可观的环境效益并且这些环境效益和经济效益是统一的。2常见的污水回用技术早期的城市污水回用主要用于农业灌溉由于对水质要求不高一般就直接将污水厂二级出水加以利用。随着城市污水回用领域的扩大对回用水的水质也有了不同的要求并针对不同的用途和要求制定了水质标准但是这些标准的要求都高于污水处理厂二级出水水质因此污水回用技术多对二级岀水进行深度处理。常用的城市污水回用技术包括传统处理混凝、沉淀、常规过滤λ生物过滤、生物处理、活性炭吸附、膜分离、消毒、土地处理等。采用传统处理方法对二级出水进行处理,可去除浊度73%88%,SS60%70%色度40%60%BOD31%77%,COD25%40%总磷29%90%。研究表明混凝一过滤法去除可生物降解物质比去除难以生物降解物质更多,可使二级出水的浊度由614NTU降至0.12NTU总磷由1.32.6mg/L降至小于0.1mg/LBOD;由713mg/L降至12.5mg/LTOC由1011mg/L降至4.24.5mg/L但对氨氮去除效果较差最佳的pH是65。传统处理法对含有重金属的污水处理效果较好但在投加过量的石灰之后出水要进行再碳酸化,以调整pH值防止出水在条件变化之后出现结垢影响水质活性炭含有大量的微孔具有巨大的比表面积在回用水处理中应用得较为广泛。活性炭能去除水中大多数的有机物和某些无机物,包括可能有毒的痕量金属。活性炭还可以有效地吸附单宁、木质素、醚、蛋白质类物质、氯代烃、有机磷和氨基甲酸脂类杀虫剂还能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、DDT及许多脂类和芳烃化合物。对于氯消毒产生的THMs去除能力较低仅达23%60%。在对活性炭的利用中除传统的吸附柱外目前采用较多的有与生物滤池相结合的GAC滤池和活性炭粉碳系统(PAC)GAC滤池在国外采用较多它除了利用GAC的强大吸附功能之外还利用大量GAC组成的滤料层拦截一些较大的杂质颗粒起到了传统滤池和活性炭吸附的双重作用而且由于活性炭中大量的微孔便于微生物的生长其效果要好于一般的无烟煤滤料滤池。PAC应用于实际工程已有了较长的历史,它投加于曝气池中可以大大改善活性污泥法曝气池的运行状况使得岀水均匀固体沉降性好还能有效地吸附表面活性剂从而抑制泡沫。但随着水污染的加剧和污水回用量的日益增大对于PAC人们又有了新的认识。粉末活性炭悬浮床过滤技术又称为 Haberer工艺它是一种集吸附和过滤为一体的PAC方法。粉末活性炭—硅藻土过滤联用技术可以同时取得精滤和吸附双重作用简称PDF肢术该技术处理CHCl和C2Cl4效果十分明显,UV235去除率达到85%,说明 NPTOC和 TTHMFP两类物质去除率较高因而PDF技术特别适合于回用作直接的饮用水或高质量的工业用水生物处理技术在回用处理中主要是用来进行生物脱氮除磷,分为悬浮生长工艺和附着生长工艺。目前用的较多的悬浮生物脱氮工艺为AO法工艺, Badenpho工艺,U.C.T.工艺改进U.C.T工艺和 Johanesburg工茨简称JHB),上述工艺的发展趋势是在提高脱氮效率的同时尽量缩短水力停留时间。其HRT从20h缩小到几小时甚至在一个池子内进第4期张智等城市污水回用技术105Salzburg污水厂将B段运行方式改为:A2/0,U.C.T.厌氧一缺氧一好氧—缺氧NH4+一N去除率可以达90%以上。除磷工艺主要有A2/0,An-0和A-A—A工艺其中A-A_A工艺还可以达到同步脱氮除磷的目的可变容积的SBR法也是较为流行的一种生物脱氮除磷法它通过连续进水阃歇岀水调节反应的环境条件从而对氮和磷加以去除。附着生长工艺生物量大污泥龄长操作稳定性好可以有效地抵抗多数毒物的冲击影响。附着生长工艺用于脱氮在欧洲应用较广主要是生物滤池和生物转盘当进水不含溶解氧时反硝化负荷可达1kgN/m3d当进水含溶解氧5.0mg/L时反硝化负荷为0.7mg/L。日本把生物转盘与活性污泥法或生物滤池结合可组成一种新型的脱氮流程。总的来说生物脱氮除磷主要是朝着提高效率、缩短水力停留时间、悬浮与附着相结合装置设备化小型化方向发展生物过滤技术在污水地回用领域应用是越来越广泛。该技术充分地利用了滤池中滤料的拦截作用和滤料上附着生物膜的降解作用将二沉池岀水中未能去除的大多数物质能够有效的加以去除并减少后继消毒费用极大限度地降低浊度产生晶莹诱人的出水。为了更好地利用滤池的深度和减小堵赛的可能性有的研究者还通过改变进出水的方向和滤池进岀水过水断面的大小研制成玏了上向流变速生物滤池采用该型滤池处理生物处理二沉池岀水处理水水质可以达到国家颁布的回用水水质标准。滤池的滤料对于处理效果的好坏影响很大,目前比较新的滤料有酶促陶粒滤料,它利用多空陶粒的微孔增加了生物的附着量同时酶的催化作用也加强了处理的效果。膜处理技术由于高效、实用、可调、节能和工艺简便已经被广泛地应用于污水回用领域随着制造工艺的提高曾被认为是十分昂贵的膜处理技术如今变得越来越经济了具有很强得竞争力。现在应用得较多得膜处理技术有微滤、纳米过滤、超滤、渗析、反渗透、电渗析、气体分离等。微滤可以沉淀不能去除的包括细菌、病毒在内的悬浮物还可以除磷。超滤已被用于去除腐质酸等大分子反渗透已被用于降低矿化度和去除总溶解性固体(TDS使用反渗透对于二级出水的脱盐率达90%以上水的回收率75%左右COD和BOD的去除率85%左右超滤大于50%)细菌去除率90%以上。对于含氮化合物、氯化物、和磷也有较为优良的脱除性能。纳米过滤介于反渗透和超滤之间工作压力在0.51MPa,可以截流200400道尔顿以上的分子产水量也较大如在827kPa时达1020L/m2d。纳米过滤可以直接去除一切病毒细菌和寄生虫,同时大幅度地降低溶解有机物〔消毒副产物的前体),它可将THMs和HAAs前驱物去除90%,硬度去除85%95%,-价离子去除率大于70%操作压力为482689kPa时)在软化水的同时减少减少溶解固体。低压大水量使得纳米过滤的运行费用大大减少(工作压力为反渗透的1/41/3出水量为反渗透的23倍目前法国巴黎市郊的一座2800m3d生产性纳滤膜水「已成功地运转了1年多其出水完全能满足欧共体新近颁布的有关消毒副产物的指标要求。出水TOC低于0.20.3mg/L生物稳定性很好能有效地防止输水管网中细菌的繁殖。在美国纳米过滤水厂的总投资低于220涨/m3d运行费用约0.080.14/m3。为减少消毒副产物和溶解有机碳用纳米过滤比用传统的处理和用臭氧加活性炭更便宜。研究表明当小规模处理厂(小于2万t/d)所有的膜处理技术的单位体积水处理费用均和传统处理工艺相当或更便宜。有资料表明采用膜处理技术的污水厂其总投资和运行费用还将会继续下降。可见膜处理技术将对污水回用的发展产生深远的影响。消毒是污水回用处理中必不可少的尤其回用水将要和人直接接触或用于食用农作物灌溉时就更显得重要了。常用的消毒工艺有氯消毒、紫外绂(Uν消毒和臭氧O3)消毒重庆建筑大学学报第22卷已脱氮或部分脱氮的二沉岀水中的大肠菌、粪性大肠菌群、肠道球菌、粪性肠道球菌、异氧菌、脊髓灰质炎病毒的去除效果与加氯消毒相同但减少了致癌性消毒副产物。值得一提的臭氧,它除了可以利用其强臭氧化作用杀灭细菌和病毒之外还可以氧化分解水中的各种杂质包括显色有机檄如有机酸、有机染料等)因而能有效地去除水中的色、臭、味且脱色效果由于氯和活性炭。臭氧化作用可以使芳族化合物全部或部分消失不饱和脂肪酸减少或消失可以明显地提高污水地可生化降解性。同时臭氧化还可以降低ξ电位提高混凝和过滤的去除率。所以在回用水处理中臭氧不光用于消毒而且用于混凝沉淀和生物过滤之前对加强水处理的效果。大量研究结果表明预臭氧加传统处理可去除45%的THMs前体55%的UV消光值55%的色度还可去除二级出水中80%的ABS和80%的COD。土地渗滤也叫土地含水层处理,它使水源水通过堤岸过滤或沙丘渗透以利用土壤中生长的大量微生物对水中污染物进行降解去除以净化水质的方法。它是近二十年才发展起来的。由于污染物经过地下土层和地下包气带产生一系列的物理、化学和生物作用许多微生物和化学物质通过各种反应被去除这些过程延迟了某些化学物质进入地下水的速率使些污染物质降解为无毒无害的组分,—一些物质则被植物所吸收从而使污染物浓度得以降低。土地渗滤使用寿命很长费用相当低在美国为2.525美分1000·m°该法投资省处理效果好尤其是对有机氯化物和氨氮但它有占地大不易管理的缺点。3城市污水回用的现状及展望当前各国都在开展污水回用技术的研究和实施美国和日本等一些发达国家走在了前列。比较有名的是美国洛杉矶地区奥伦治县的21水厂它的成品水由56775m3/d的回收水,18925m3/d的反渗透脱盐水和22710m3/d的深井水混合而成通过23口多点回灌井注入四层含水层形成防止海水入侵的水力挡水墙同时补给了奥伦治县供水量70%的地下水库。该工程基建费用1972年)为1200万美元运行费0.1美元/t。为了最大限度的利用有限的水资源美国加州的法律甚至规定如果有可获得的回用水时不能用饮用水进行浇洒灌溉。日本的福冈地区由于没有大旳河流而且没有充足的地下水源因此水一直是影响当地经济和生活的一个重要因素从1980年开始,些公共和私人的建筑开始将污水深度处理之后加以回用主要用于冲洗和绿化到1995年污水的回用量已达到4500m3/d。东京还将污水厂的深度处理出水回用于恢复一条已经干涸的小溪收到了良好的社会效益和环境效益。我国山东田横岛业已建成了污水回用设施,它利用中水装置将生活污水处理之后一部分直接用于冲洗和浇洒另一部分则通过地下渗滤作为地下水的补充。经过经济比较发现使用各种水源制水成本不同采用地下水和雨水为4.2元/m3使用外调水为3.9元/m3用海水淡化为19.6元/m3使用中水为0.7元/m3使用渗滤水为1.7元/m3经济效益是非常明显的。大连市污水厂回用示范工程每天产水10000m3/d售价0.3元/t而大连市的工业水价1993年为0.6元∧污水回用比直接从河里引水节省投资2/3。据统计我国目前每年排污量为365亿m3处理率不到10%预计到2000年城市污水处理率达20%30%回用量占处理量的10%那么一年可以提供回用水7.3亿m3相当于20座规模为10万m3/d的给水厂供水量按照大连市的费用结果投资仅为给水厂的1/3若每个10万m3/d水厂的造价为1.5亿元使用回用水可节省投资20亿元经济效益是十分明显的每年减少的污水排放量7.3亿m3带来的社会和环境效益也是非常显著的。第4期张智等城市污水回用技术107机统一。在我国今后的发展中应当大力推广污水的回用切实利用和保护好水资源保证我国社会经济的持续发展参考文献[1]张中和译.城市污水高级处理手删〔M〕.北京中国建筑工业出版社,1987[2]邱中峙钱荣孙译.水的再净与再生〔M〕.北京中国建筑工业出版社1987[3]张杰水资源、水环境与城市污水再生回用〔J.给水排水,1998248)1-14〕黄晓东王占生微污染水源水净化新技术J〕环境污染与防治,19982(3)35~38[5]范瑾初饮用水处理中粉末活性炭应用研究J.中国给排水』997,3(2)了-9[6〕蹇兴超城市污水回用技术现状和发展趋势J.环境保护1996(2)15~17[⑦]江世竹等.贫水地区用水对策与污水回用J]环境保护,1996(4):13~16[8]顾平李方方膜技术在水处理中的应用现状极其发展J)中国给排水,1998|45)25~27[9]高从垲膜科学——可持续发展技术的基础.水处理技术199824(1):14~19[10]龙腾锐陈中博,等.利用活性污泥—缺氧变速生物滤池系统进行城市污水深度处理的试验硏究〔J〕.给水排水,19972(2)13-17[∏1]邹利安刘灿二级城市污水处理厂岀水直接过滤回用的研究与实践〔J〕.给水排水,1997238):112]钱易米祥友现代废水处理新技术〔M〕.中国科学技术出版社1992[13]兰淑澄筹环境保护科学新进展〔M〕.北京冲国建筑工业出版社,993[14 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