城市污水處理回用工藝分析范文

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［摘要］

為了明確城市污水處理回用工藝的影響因素，通過(guò)對(duì)我國(guó)典型城市再生水廠的回用工藝與運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，對(duì)不同地區(qū)不同回用對(duì)象的典型工藝進(jìn)行歸類總結(jié)和影響要素分析，從影響城市污水處理回用工藝選擇的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策和社會(huì)等4方面要素進(jìn)行了評(píng)估和剖析，明確了工藝選擇的關(guān)鍵要素。

［關(guān)鍵詞］

污水回用;再生水;關(guān)鍵要素

1概述

我國(guó)的城市污水回用作為再生水的技術(shù)研究起步較晚，但近10年發(fā)展得比較快，且起點(diǎn)較高。在國(guó)家和地方政府的政策支持下，工藝技術(shù)不斷進(jìn)步，工程應(yīng)用不斷擴(kuò)大。根據(jù)住建部《中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒(2013)》數(shù)據(jù)顯示，2013年，我國(guó)城市再生水生產(chǎn)能力達(dá)到1760.7×104m3/d，再生水利用量354181×104m3，再生水管道長(zhǎng)度7193km。截止“十二五”末期，城鎮(zhèn)再生利用規(guī)模將達(dá)3886×104m3/d。再生水主要用于景觀環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)林牧業(yè)、城市非飲用水和地下水回灌，各類用水所占比重分別為45.4%、23.7%、23.4%、6.7%、0.8%［1］。再生水成為很多城市的“第二水源”，人們?cè)黾恿藢?duì)再生水的重視程度，但是我國(guó)的再生水仍然具有非常大的發(fā)展空間。從現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，發(fā)達(dá)國(guó)家再生水利用率占污水處理量的比例高達(dá)70%，而在我國(guó)，再生水利用率只有10%，可以看出我國(guó)的再生水利用率還具有非常大的發(fā)展空間。從發(fā)展水平看，受水資源條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的限制，全國(guó)各地區(qū)城市污水處理回用發(fā)展不均衡［2］。北方缺水地區(qū)的城市污水處理回用發(fā)展較快，而在南方水資源相對(duì)豐富的地區(qū)，城市污水處理回用工作相對(duì)滯后。“十二五”期間，我國(guó)將投入304億元新建2675×104m3/d的再生水處理能力，投資增速高達(dá)198.04%，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為24.41%，遠(yuǎn)高于行業(yè)每年5.30%的增速［3］。其間，全國(guó)城鎮(zhèn)再生水利用率將從目前的不足10%提升至15%［4］。本文通過(guò)對(duì)我國(guó)典型城市再生水廠的回用工藝與運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行的系統(tǒng)調(diào)研，對(duì)不同地區(qū)不同回用對(duì)象的典型工藝進(jìn)行歸類總結(jié)和影響要素分析，從城市污水處理回用的技術(shù)要素、經(jīng)濟(jì)要素、政策要素和社會(huì)要素等方面進(jìn)行評(píng)估和剖析，甄選出影響城市污水處理回用工藝的關(guān)鍵要素。

2關(guān)鍵要素分析

2.1技術(shù)要素

2.1.1回用途徑目前，再生水回用主要應(yīng)用于工業(yè)、景觀環(huán)境、市政雜用、農(nóng)業(yè)及地下水回灌等領(lǐng)域，由于回用對(duì)象的不同，其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)手段也不同。再生水回用到工業(yè)時(shí)主要考慮防止結(jié)垢、腐蝕、生物孳生等，重點(diǎn)關(guān)注COD、SS、氯離子、TDS、總硬度、嗅味、鹽度、氨氮和色度等指標(biāo)。再生水回用到景觀環(huán)境用水時(shí)，主要控制營(yíng)養(yǎng)鹽、色度、嗅味、有毒有害有機(jī)物、SS等指標(biāo)［5，6］。再生水作為市政雜用水時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注SS、大腸桿菌、余氯、色度、臭味、有毒有害有機(jī)物等指標(biāo)。再生水用于農(nóng)田灌溉應(yīng)確保衛(wèi)生安全，并防止土壤退化或鹽堿化等。含鹽量是污水回用于農(nóng)業(yè)灌溉的最重要的水質(zhì)指標(biāo)之一，同時(shí)也應(yīng)防止重金屬及有害物質(zhì)在土壤中富集，并通過(guò)食物積累于農(nóng)作物中。再生水用于地下水回灌時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注重金屬、糞大腸菌群數(shù)、氨氮、濁度、COD等指標(biāo)。

2.1.2主要技術(shù)手段為了保證上述回用水質(zhì)指標(biāo)，當(dāng)前應(yīng)用的技術(shù)手段主要為物化～過(guò)濾吸附法、生物處理法、膜處理工藝、自然生物處理技術(shù)和組合工藝聯(lián)用技術(shù)等。物化～過(guò)濾吸附法是再生水處理中使用最廣泛、機(jī)理研究較為清楚的方法，具有處理效果穩(wěn)定、工藝流程簡(jiǎn)單、操作管理方便等特點(diǎn)，主要技術(shù)形式有天鐵冶金集團(tuán)有限公司熱軋廢水處理與再生回用工程［7］等采用的V型濾池;成都沙河再生水廠［8］采用的D型濾池;天津市津南區(qū)雙橋再生水工程［9］等采用的濾布濾池等。生物處理法主要利用生物代謝作用將水中的各種污染物去除，其中生物的種類和數(shù)量對(duì)污染物去除起關(guān)鍵作用。再生水回用工藝中常用的生物處理工藝有:如南昌大學(xué)前湖校區(qū)中水回用工程［10］等采用的曝氣生物濾池;無(wú)錫惠山再生水廠［11］等采用的反硝化濾池;深圳中心城水廠二期工程［12］等采用的生物活性炭濾池等。膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域，形成了新的再生水回用處理方法，包括微濾、超濾、膜生物反應(yīng)器、反滲透等。再生水回用工藝中常用的膜處理工藝有:如天津市團(tuán)泊新城再生水廠［13］采用的膜生物反應(yīng)器(MBR);淮北再生水廠工程［14］采用的超濾/微濾(UF/MF)工藝;北京亦莊經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)污水回用工程［15］采用的反滲透工藝等。污水自然生物處理技術(shù)主要是依靠自然生物凈化功能使污水得到凈化的技術(shù)。主要包括人工濕地、穩(wěn)定塘、土地處理系統(tǒng)等，如冀州市再生水廠［16］采用的濕地處理系統(tǒng)可以有效地處理水質(zhì)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918－2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3技術(shù)要素關(guān)注點(diǎn)1)再生水廠進(jìn)水指標(biāo)。對(duì)于再生水廠而言，污水處理廠二沉池出水的水質(zhì)指標(biāo)在很大程度上決定了后續(xù)再生水廠的工藝選擇。再生水廠的主體工藝會(huì)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特性選擇，對(duì)于需要重點(diǎn)提升的水質(zhì)指標(biāo)選擇相應(yīng)的工藝，一般以滿足再生水出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918－2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)或城市污水再生利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。工藝類型以傳統(tǒng)水處理工藝為主，部分采用膜處理工藝。2)再生水回用對(duì)象用水水質(zhì)需求。再生水回用的工藝選擇同樣需要考慮回用對(duì)象用水的水質(zhì)需求。這類需求對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的需求往往高于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918－2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)或城市污水再生利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步采取相應(yīng)工藝處理。

2.2經(jīng)濟(jì)要素

2.2.1再生水成本與工程投資項(xiàng)目投資建設(shè)成本即再生水廠總建設(shè)費(fèi)用，包括征地費(fèi)用、設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、建筑工程費(fèi)、安裝工程費(fèi)、預(yù)備費(fèi)用、建設(shè)期貸款利息和鋪底流動(dòng)資金等［17］。不同工藝之間的噸水投資和運(yùn)行成本不盡相同，最大相差近10倍。不同工藝的噸水投資和運(yùn)行成本與建設(shè)規(guī)模也有關(guān)系［18］。地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度對(duì)工藝的選擇也很重要［19］。具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，且屬于嚴(yán)重資源型缺水的城市，對(duì)再生水需求量較大，同時(shí)政府支持力度大的，多采用高標(biāo)準(zhǔn)的再生水工藝。否則，采用中、低標(biāo)準(zhǔn)的再生工藝［20－23］。

2.2.2再生水價(jià)格再生水的價(jià)格由再生水的生產(chǎn)成本和輸送成本及再生水生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)企業(yè)的利潤(rùn)構(gòu)成，生產(chǎn)期間成本用于補(bǔ)償再生水生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備的投入建設(shè)，所耗費(fèi)的藥劑、電力、人工等的投入，以及運(yùn)營(yíng)、管理等的費(fèi)用;輸送成本主要是建設(shè)輸水管網(wǎng)和提升泵站、增壓設(shè)備等所消耗的費(fèi)用以及管網(wǎng)和泵站的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和管理等所需的費(fèi)用。利潤(rùn)部分則是再生水生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)企業(yè)按照國(guó)家的有關(guān)規(guī)定計(jì)取的法定利潤(rùn)［24］。

2.2.3經(jīng)濟(jì)要素關(guān)注點(diǎn)1)投資成本和運(yùn)行成本。投資成本和運(yùn)行成本是再生水工藝選擇的關(guān)鍵要素。各種單元工藝噸水投資從700～2800元不等，噸水運(yùn)行成本從0.68～2.50元不等。投資和運(yùn)行成本從小到大分別為:“老三段”及其改進(jìn)工藝＜生物濾池工藝＜膜工藝。2)地方經(jīng)濟(jì)水平。地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度也是工藝選擇的影響因素，如北京、天津等地人均GDP較高，具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，通常選擇高標(biāo)準(zhǔn)的處理工藝，如采用膜工藝或組合工藝。鄭州、西安等城市人均GDP處于全國(guó)中等水平，城市污水處理回用工藝可采用“老三段”這種投資較低、運(yùn)行較可靠的工藝。對(duì)于人均GDP較低的邊遠(yuǎn)地區(qū)，可以優(yōu)先考慮在污水處理廠中增加深度處理工藝提標(biāo)到一級(jí)B或A標(biāo)準(zhǔn)［25］。3)再生水價(jià)與再生水價(jià)格的差價(jià)。再生水價(jià)和再生水價(jià)格的差價(jià)也是制約再生水工藝選擇的要素之一。對(duì)于再生水廠而言，在滿足水質(zhì)需求的前提下，工藝的不同決定了再生水生產(chǎn)成本的差異性。再生水廠雖然存在政府的扶持，但如果不考慮差價(jià)因素將會(huì)影響再生水廠的可持續(xù)運(yùn)行。

2.3政策要素

2.3.1政策規(guī)劃隨著水環(huán)境治理力度加大和市政污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快，污水處理率越來(lái)越高，再生水利用量也越來(lái)越大，再生水的政策法規(guī)、利用風(fēng)險(xiǎn)、水價(jià)機(jī)制、利益相關(guān)者認(rèn)知等焦點(diǎn)問(wèn)題日益受到廣泛關(guān)注，再生水發(fā)展面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，其中再生水政策是促進(jìn)市再生水合理有效利用的保障和重要前提，也是影響再生水工藝選擇的因素之一［26］。對(duì)于各地方而言，近年來(lái)北京、天津、沈陽(yáng)、深圳、銀川、昆明等主要城市政府相繼推出《城市再生水管理辦法》，細(xì)化和規(guī)范城市再生水的工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理。此外，北京、上海、西安、杭州等城市均出臺(tái)了涉及本地區(qū)的再生水利用“十二五”規(guī)劃。

2.3.2政策要素關(guān)注點(diǎn)由于我國(guó)各地區(qū)水資源狀況及經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的不同，致使各地區(qū)對(duì)再生水產(chǎn)業(yè)采取不同的政策，從而也使得城市污水處理回用工藝的選擇有著很大的不同。對(duì)于再生水需求量大、管理體系相對(duì)健全、優(yōu)惠政策配套完備的地區(qū)，再生水產(chǎn)業(yè)發(fā)展良好，再生水處理技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，一些領(lǐng)銜的組合技術(shù)及集成工藝得到良好的應(yīng)用。根據(jù)調(diào)研，我國(guó)目前運(yùn)行、已建或計(jì)劃待建的再生水廠不少都是政府政策導(dǎo)向的結(jié)果，特別是我國(guó)早期建設(shè)的一些污水處理回用示范工程和政府積極引導(dǎo)與保障措施密不可分［27］。

2.4社會(huì)要素城市污水再生利用具有很大的潛力，再生水對(duì)人體健康和環(huán)境的安全性影響也是再生水工藝選擇時(shí)必須考慮的問(wèn)題。各種因素的影響程度排列如下:再生水安全性＞可能有異味或?qū)е赂泄偕喜皇娣緦?duì)污水再生的情況不了解＞再生水成本可能很高＞心理上難以接受［28］。

2.4.1再生水安全性分析

考慮到再生水的不同用途和污染物可能的影響途徑，為了保證再生水水質(zhì)安全，應(yīng)考慮的因素有［29］:1)保護(hù)公眾健康。這是評(píng)價(jià)水質(zhì)安全性的首要目標(biāo)。2)用水要求。工業(yè)或其他用水，對(duì)水質(zhì)有特殊要求，與健康無(wú)關(guān)。應(yīng)根據(jù)具體要求制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。3)灌溉影響。灌溉可能引起很多相關(guān)問(wèn)題，如污染土壤、地下水、地表水，以及暴露人群的健康效應(yīng)。4)環(huán)境安全。使用再生水區(qū)域以及周圍地區(qū)的動(dòng)植物、受納水體等，都是保護(hù)對(duì)象。5)感觀要求。對(duì)于較高要求的再生水，如沖洗廁所、綠地灌溉、娛樂(lè)用水等，在美學(xué)方面應(yīng)和飲用水有相似的要求。6)切合實(shí)際。標(biāo)準(zhǔn)必須符合當(dāng)前的政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)狀況。

2.4.2再生水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)目前，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要包括人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)兩方面。針對(duì)再生水工藝的選擇，應(yīng)對(duì)該工藝出水的人體健康風(fēng)險(xiǎn)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)兩方面進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)，保證再生水用戶廣泛的接受度。

2.4.3社會(huì)要素關(guān)注點(diǎn)為保障再生水對(duì)環(huán)境及人體健康方面的安全，再生水在工藝選擇是要關(guān)注以下重點(diǎn):1)再生水安全消毒技術(shù)與工藝。消毒是污水再生處理的必要環(huán)節(jié)，也是保證再生水生物安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。再生水生物學(xué)指標(biāo)應(yīng)作為強(qiáng)制性指標(biāo)嚴(yán)格進(jìn)行監(jiān)管，以保障再生水使用的健康和公共衛(wèi)生安全。2)再生水有毒有害物質(zhì)控制技術(shù)。再生水中有毒有害污染物組成十分復(fù)雜，僅對(duì)特定有毒有害化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)和去除，難以有效保障再生水水質(zhì)安全，以綜合生物毒性(生物效應(yīng))削減為目標(biāo)的再生水處理技術(shù)研究有待加強(qiáng)。3)再生水氮磷深度去除技術(shù)［30］。城市污水經(jīng)二級(jí)生物處理后仍含有較高濃度的氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。含有高濃度營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的再生水回用于城市環(huán)境與景觀水體，存在導(dǎo)致水華暴發(fā)、影響生態(tài)安全的風(fēng)險(xiǎn)。因此，開(kāi)發(fā)以水華控制為目標(biāo)，對(duì)再生水中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行深度去除的技術(shù)，對(duì)保障再生水利用，特別是環(huán)境、景觀利用的生態(tài)安全是非常重要的。

3結(jié)論

再生水工藝的選擇受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策和社會(huì)等要素的影響，4個(gè)要素相輔相成，對(duì)再生水發(fā)展均有關(guān)鍵影響。1)再生水工藝選擇的技術(shù)要素主要考慮回用對(duì)象的用水需求。2)再生水廠單元工藝噸水投資從700～2800元不等，噸水運(yùn)行成本從0.68～2.50元不等，噸水投資和運(yùn)行成本是工藝選擇主要考慮的經(jīng)濟(jì)要素。3)再生水工藝的選擇應(yīng)充分考慮地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和水資源短缺的狀況。4)再生水安全消毒、有毒有害物質(zhì)控制和氮磷深度去除技術(shù)是社會(huì)關(guān)注重點(diǎn)，用戶對(duì)再生水的水質(zhì)和安全的要求對(duì)再生水工藝的選擇有很大影響。

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作者：郭有智 楊彥 于璐 蔡健明 龔海晨 單位：河海大學(xué) 海水淡化與非常規(guī)水資源開(kāi)發(fā)利用研究中心 江蘇省非常規(guī)水源開(kāi)發(fā)及利用工程技術(shù)研究中心 河海大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院