中水回用

水资源短缺是世纪人类面临的最为严峻的资源问题之一。全世界只有人口饮用到合乎标准的清水,13/人口得不到安全用水,缺水的形势日趋严重。面对日益严峻的水资源短缺问题,全世界都在积极地探索新途径以获取足够的淡水资源。跨流域调水、海水淡化、污水回用和雨水蓄用的目前普遍受到重视的开源措施,它们在一定程度上都能缓解水资源供需矛盾,然而污水回用经常被作为首选方案,很重要的原因在于污水就近可得,水量稳定,不会发生与邻相争,不受气候影响。一、中水回用的概念

中水,也叫“再生水”,最早由日本人提出。人们常把自来水叫做“上水”,将污水叫做“下水”,中水由于其水质处于上水和下水二者之间而得名。中水的具体定义是指某些污水,如厂矿冷却水、污水处理厂尾水、雨水、生活污水(包括优质杂排水和杂排水两种)等,经过滤料过滤、微滤、纳滤、反渗透等深度处理,得到人们所需要的少于0.1%杂质含量的标准水质,进而满足某种特定的使用要求,可以重复使用的水。

二、国外中水回用现状

中水回用技术的研究与应用已有近百年的历史。已经成为世界不少国家解决水资源不足的战略性措施,中水回用满足了部分工农业和城市发展对水的需要。当前,各国都在开展中水回用技术的实施,美国、日本、以色列等一些发达国家走在了前列。

以色列是在中水回用方面最具特色的国家。它地处干早和半干早地区,人均水资源占有量仅为476扩。其主要对策是农业节水和城市中水回用。占全国污水处理总量46%的出水直接回用于灌溉,其余33.3%和约20%分别回灌于地下或排入河道,其中水回用程度之高堪称世界第一。

美国的城市污水处理等级基本上都在二级以上,处理率达到100%。美国的城市污水再生利用已经从试验研究阶段进入生产应用阶段,其范围涉及农业、工业、地下水回灌和景观娱乐方面,其比例大致为:62%用于地下回灌和景观;31.5%用于工业;5%用于地下回灌;1.5%用于娱乐、渔业等。美国再生水利用模式的突出特点是集中处理回用,很少直接用于城市生活杂用。再生水利用工程主要分布于水资源短缺、地下水严重超采的西南部和中南部。再生水标准各州不一,并且针对不同的回用对象所制定的标准也不一样,而且标准都很严格。

日本60年代起就开始使用中水,至今已有30余年。1997年底,在日本供建筑物、建筑物群、居民小区的冲厕或其它非生活饮用的杂用水的污水净化设施,有1475套,回用水量为7.1x10,时/a,占城市总供水量(1.65x10`。m,/a)0.4%。回用形式分两类:一是闭路水循环系统,即一个单栋建筑物的污水经处理后仍回用于该建筑物,主要用作厕所冲洗,如较大的办公楼或者公寓大厦都有就地下废水处理设备;

二是区域水循环系统,这种系统往往由数个建筑物生活污水集中处理后,再分配给这个范围内的建筑物使用,冲厕所是它的主要用途。

巴西圣保罗市在利用城市中水灌溉公园、花园,冲刷卫生间,冲洗道路、汽车,以及净化空气和美化环境等方面进行了大量研究和实践三、国内中水回用现状

随着经济发展和人口增加,特别是城市化进程的加快,我国水环境污染和水资源供需关系紧张的局面越来越严重。不仅在水资源短缺的地区,而且在水资源比较丰富的地区,都出现了水资源短缺现象,严重制约了社会和经济发展。为了解决这一问题,各缺水城市采取了许多开源和节流的措施,开发中水资源就是其中最重要的措施之我国的再生水利用理论研究和实践经历了“六五”期间的起步阶段,“七五”到“九五”期间的技术储备和示范工程引导阶段和目前的发展阶段。目前我国再生水的用途主要为市政杂用、工业、农业、环境娱乐和补充水源等。根据具体的使用目的和水质要求不同,水源、污水再生利用的设施和技术也不同。

市政杂用主要为绿化、车辆冲洗、道路喷洒、冲厕、建筑施工和消防等用水,因与人体接触的可能性较大,故需进行严格的消毒。

再生水用于农业可以采用直接灌溉和排至灌溉渠或自然水体进行间接回用两种方式,需求量大,水质要求一般也不高,是污水再生利用产业的主要需要者之一。一般经二级处理的城市污水处理厂出水水质都能达到甚至超过农业灌溉用水标准。

再生水用于工业包含两方面:工业利用再生的城市污水,工业废水的内部循环。工业对再生水的需求量很大,对水质的要求也多种多样。再生水可用于量大面广的冷却水、洗涤冲洗用水及其他工艺低质用水,因此它最适合冶金、电力、石油化工、煤化工等工业部门的利用。

景观娱乐用水主要为形成娱乐性或观赏性湖泊等,根据用水与人体接触的方式不同,必须采用不同的处理程度。污水再生利用的其他方式还包括地下水回灌和饮用型回用。

近年来,国内对中水回用做了大量的研究和实践工作,在全国许多城市如深圳、北京、青岛、天津、太原等开展了中水工程的运行并取得了显著成效。3.1北京市中水回用工程

北京是个严重缺水城市,中水回用也走在全国的前列。从80年代中期开始,北京市就以文件形式提倡使用中水,1987年,制定了《中水设施建设管理办法》,规定建筑面积Z000mZ以上的宾馆,饭店和建筑面积3000omZ以上的其他公用建筑都必须上中水设施,通过地方法规形式强制要求大型宾馆、机关单位使用中水。北京市还制定了《北京市城市污水回用规划纲要》,指导城市中水利用。全国最大的污水处理厂一高碑店污水处理厂,通过1.0xl少m3/d中水示范项目积累经验基础上,2001年完成了3.0xl护m3/d规模的集中中水处理和供应系统。酒仙桥污水厂和方庄污水厂也建设了中水设施。整个北京市,已经建设88套单位(宾馆、机关)污水处理和中水回用设施,主要污水厂建设了以污水厂为中心的中水集中回用系统,目前正在加紧建设小区中水回用系统。北京市目前中水主要回用在电厂冷却水、城市公园绿化、湖泊和河流补充水、道路冲洗用水、建筑内冲厕用水、洗车用水等。

北京高碑店污水处理厂建成了向附近的华能热电厂每天提供40000m3回用水的工程,用于内部循环冷却水的补充水。2001年,北京完成了高碑店污水处理厂中水回用工程,这是采用和企业共同融资,总投资3.4亿元、规模为每天4.7xl护

m3/d万吨中水回用工程,目前该项目的一期工程己投入运转,每天将2.0xl护m3/d处理水送到高碑店湖,作为北京第一热电厂的冷却水;同时,每天还有1.Oxl护m3/d的处理水送到北京第六自来水厂,经深度处理后送到北京东南郊工业区作为工业冷却水,以及北京南部城区公园绿地、道路浇洒等市政杂用水。共投资了43.4亿,建成了一个泵站和30km的管线,成为目前全国最大的城市污水再生利用回用工程。

3.2青岛市中水回用情况

青岛市海泊河污水处理厂建于1993年,二级处理工艺为AB法即两段活性污泥法。1999年2月10日,该厂污水回用工程投入运行(以二级处理后的出水作为回用工程的进水水源)

青岛市海泊河污水处理厂中水回用工程处理规模为4.0x104m3/d,居全国首位。工艺设计处理单元除送水泵外均按4.4xIO4m3/d的规模设计。(1)进水泵池

进水泵池使用3台潜水泵(2用1备),其平面尺寸为7.ZmX3.6mo(2)机械混合池

为使投加的絮凝剂及助凝剂能同水均匀混合,本工程用机械混合方式。机械混合池2座,单池容积为34.33扩,混合时间2min左右。(3)沉淀池

设辐流式沉淀池1座,直径为32m,沉淀时间2h,沉淀池的上部设有出水槽,中部设有斜管,下部设有吸泥装置。(4)滤池

滤池为2组6池,每3个为一组,每组可运行。滤池的单池过滤面积为52.08m,,滤速为5.87m/h。(5)加药间、加氯间

为节省占地和管理上的方便,加药间和加氯间建在一起。加药设备的设置根据两种不同工艺的运转方式考虑,当进水水质较差时,采用絮凝、沉淀、过滤工艺,此情况下投加絮凝剂以C和助凝剂PAM。当水质较好时采用过滤工艺,只投加絮凝剂PAC。选用微絮凝二氧化氯进行消毒脱色除藻,滤前加二氧化氯的浓度为2.Zmg/L,滤后为4.smg/L。

处理后的中水主要回用于工业冷却、电厂冲灰、市区景观和生活杂用。经常规处理,并增加二氧化氯氧化脱色工艺后的出水水质和青岛市对水质常规指标。经处理后的出水水质都能满足青岛市的水质常规指标的要求。符合直流和循环冷却水水质标准。

青岛市海泊河污水处理厂污水回用工程建成后,每年可为城市提供1460x10,ms回用水用于工业、市政绿化、冲洗等使用,为青岛市污水资源化开辟了新的道路,由中水代替自来水,不仅可以每年为城市创造7256万元的收益,还可为城市提供增加48亿元工业产值的供水条件。若中水以0.8元/扩收费,则每年还可为处理厂回收1168万元,作为处理厂的经营补贴,从而为城市污水处理运行提供了保证。目前,引黄济青治水成本约为1元/m3,海水淡化约3元/m,,而中水的成本仅为0.48元/m,,只有引黄济青治水成本的4既,海水淡化成本的13%。综上所述,该工程建成后所带来的经济效益非常乐观。

青岛市海泊河污水处理厂的回用水作为工业用水也具有重大的社会效益,不仅可以减轻市供水公司的供水负担,而且为青岛市开辟了第二水源,对缓解青岛市

用水紧张状况起到了积极作用,为青岛市的经济可持续发展提供了有利的保证。

回用工程可以进一步去除污水二级处理中未能去除的污染物,回用水不但可以替代自来水,而且可以进一步减少污染物对环境的污染,环境效益巨大。3.3大连市中水回用情况

大连市是我国第一个开展污水厂污水工业回用的城市,在科学研究基础上,19年开始设计,1991年投产,总用水量10000m3/d,主要用户是热电厂、橡胶厂、煤气二厂、染料厂等。大连也是采取现代化手段大规模使用中水进行城市绿化和景观用水的城市,1998年设计实施第一条绿化用中水管路,海滨公园中水管路,设计用水量750耐/d。2000年第三条绿化管线投产,主管干线总长度44.skm,安装2562个喷头,服务绿地面积1.16x10场,,利用中水规模350枷3/do大连市春柳河水质净化厂是我国第一个污水处理回用示范工程,1992年正式投产。设计处理规模为1.0x10,ma/d。

目前处理水量为5.0xl少m3/d,处理水主要以工业冷却水为回用目标,其中2000m,供给红星化工厂,1500ms供给煤气二厂,1500耐供给造船厂、热电厂等工厂作为基建、消防、冷却和工艺用水。

中水的处理成本为0.15元/扩,比大连市自来水成本0.74元/m,低4/5,售价为0.3元/耐,而大连市自来水工业水价为1.5元/衬,工厂因使用中水每年可节省水费110万元。

3.4其他城市中水回用情况

太原市中水工业应用开展的也比较早,北郊污水处理厂1992年就完成1.5xl护ms/d的中水工程,主要供应太原钢铁厂作为冷却水口。

天津开发区中水回用目前在全国处于领先水平,主要是敢于创新和利用最先进的技术。针对用户对水质的不同需要和分析污水处理厂出水的特点,进行有针对性工艺设计,这样的中水回用系统运行稳定可靠,经济效益明显。由于天津市开发区特定的地理、水文条件,排水管网收集系统不可避免地渗入地下苦咸水和绿化排咸水,造成污水厂出水含盐量高。为了满足电厂等高水质要求用户,采用了先进的连续式微过滤十反渗透组合膜分离技术,效果良好。天津开发区中水主要用户是:森林公园、工业企业以及景观湖泊。

石家庄市中水回用工程和城市河流污染整治结合在一起进行。石家庄市也是一个严重缺水城市,城市内的大部分河流水资源都被利用,没有了生态用清洁水源的河流逐渐都成为排污河。石家庄市投入16亿元,进行城市水环境整治,建设了1.6x105m3/d处理能力的二级污水处理厂,并通过河道整治工程形成一条新的景观河道民心河。初始阶段该河流由水库补给清洁水源,适当补充一些污水处理厂出水(大约20一30%)。由于该水库是石家庄市唯一饮用水源,无力支持景观用水,也由于二级出水造成的城市河道富营养化现象严重,2002年石家庄市又花费1亿元建设了1.0xl护ms/d的中水处理和管网系统,主要用做民心河景观用水。现在民心河以中水为景观水水源,运行一直很好。该项目得到联合国环境规划署的城市人居奖。

合肥市的中水回用情况和石家庄市类似。由于缺乏生态用水,合肥市的城市河流污染严重,城市湖泊富营养化严重。合肥王小埋污水厂出水主要是总磷和大肠杆菌超过景观用水标准。该厂新建的深度处理设施出水,通过人工补氧后主要供应合肥市的环城水体,让河水和湖泊水流动起来。此外,绿地灌溉、小区利用和工业利用都有一定数量。中水回用规模为l.ox10sm3/d,总投资为7988万元。四、中水回用的发展方向

从国内外污水回用的发展状况来看,中水回用现己受到比较普遍的重视,许多缺水地区已经建立了一批技术可靠、管理科学、运行稳定的回用工程。在中水回用方面,国内外对下列问题给予高度关注。(1)制定合理的、完善的回用水水质标准

对于污水回用,仍存在一些对人体健康和环境的不确定因素。由于对污水回用还没有全面的科学依据,各国制定的回用水水质标准有较大差异。因此深入研究,制定合理的、完善的回用水水质标准,将大大推动污水回用的发展。(2)发展高效价廉的污水回用处理技术

完善的污水回用处理技术是促进污水回用进一步发展的保证,目前,常用的污水回用处理方法:

1)固液分离:絮凝、沉淀和过滤;

2)生物处理:好氧生物处理、氧化塘和消毒;

3)深度处理:活性炭、空气吹脱、离子交换、石灰处理、膜工艺和反渗透。为了保证污水回用安全可靠,下列问题需重点研究

1)再生水中微生物、化学污染物和有机污染物特性的评估;2)再生水中微量污染物的健康危险评估;3)评估微生物特性的检测技术;

4)研究如何提高污水中颗粒物质的去除率以提高消毒效率:5)污水回用处理工艺的优化;6)膜工艺的研究与应用;

7)土壤一蓄水层处理系统的可持续利用特性的评8)再生水贮存系统对水质的影响。(3)控制工业废水处理达标后排放

不同生产部门的工业废水性质不同,如含有难于生物降解的有机物、有毒有害的有机物或有毒有害的重金属等。如果工业废水未处理达标就排放到城市排水管道,输送到城市污水处理厂后,不但给城市污水处理厂的运行带来困难,而且了城市污水的回用。

有研究显示,如果工业废水得到有效的处理,则城市污水经二级或三级处理后,可以不受地用于农业灌溉;如果工业废水没有得到有效的预处理,由于潜在的食物链污染问题,城市污水回用于农业灌溉就受到。所以必须严格控制工业废水中各种有毒有害污染物的浓度,以确保人体健康不受威胁。(4)集中回用与分散回用相结合

集中回用是在城市污水处理厂内,建设深度处理设施,对二级出水进行深度处理后回用;分散回用是在距离污水处理厂较远的居住区,建立的小型污水回用处理厂,就地回用。与集中回用相比,分散回用可以节约输送管线费用,但增加了污水处理设施和回用设施的投入,因此选择集中还是分散的回用方式,主要取决于两种回用方式的成本和效益的比较。五、中水回用常用处理工艺

城市污水处理厂深度处理工艺选择,取决于回用对象对水质要求。目前多数污水处理厂出水,经过深度处理后用于工业冷却水、建筑用中水、市政杂用水,景观用水、以及农业灌溉用水,对水质要求相对不高而且不同用途间比较接近,所以中水处理工艺也比较接近。

经过多年的研发和实践,根据不同的水质要求或不同污水处理厂的处理工艺已开发出各种各样的污水再生深度处理工艺。主要有:

(1)二级处理尾水一消毒一中水

(2)二级处理尾水一过滤一消毒一中水

(3)二级处理出水一化学混凝沉淀(或气浮)一过滤一氯消毒一回用。(4)二级处理出水一生物接触氯化一接触过滤一氯消毒一回用。(5)二级处理出水一生物曝气滤池一精密过滤一氯消毒一回用。(6)A/0处理出水一微絮凝过滤一氯消毒一回用。

(7)二级处理出水一过滤一超滤膜生化反应器一回用。(8)二级处理出水一粗滤一超滤膜一回用。

(9)二级处理出水一预过滤一超滤膜过滤一反渗透一回用。

六、结论

经实践证明中水回用在技术上经济上都是可行的已成为一些缺水国家和地区解决水危机的有效途径，中水回用在我国仍处于起步阶段，国家应以经济为杠杆调节自来水的价格体系，建设和完善中水回用系统，缓解大部分城市的水荒;以实现城市的可持续发展。随着经济的发展，水资源的日益短缺，中水回用技术将发挥越来越重要的作用前景十分广阔。

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