污水回收技术国内外现状及发展远景
Status and Developing Prospect of Wastewater Reuse Technology in China and Abroad
我国水资源不足,属世界上13个贫水国之一,人均水资源量是世界平均水平的1/4。我国地域广大,时空分布不均,海河、淮河、辽河、黄河流域人均水资源量约为全国平均水平的1/5,海河流域包括京津两市人均水资源量仅为全国平均水平的1/7。
据统计,我国600余座城市有300余座缺水,全国城市缺水60×108m3/a,因缺水而减少的工业产值估计为1200亿元/a。水资源紧缺问题已制约部分地区的经济和社会发展。虽然近年展开节约用水,但各地用水量增势强劲,加剧了水资源问题的严重性。开展污水回用则开辟了一种新的水源。
一、国内外污水回用现状
污水回用归纳起来有三个层次:第一,大型污水处理厂二级出水作为城市用水水源;第二,小区内(例如一个工业区、居民区)的污水收集处理,并在小区内回用;第三,在建筑物内部的回用。
对一个城市,特别是以工业为主的大城市而言,工业用水量占用水总量79%以上。工业用水的水质要求既需要高质量的,也需要一些质量较低的,例如大量的冷却用水。因此回用水重点应该防在量大、质量要求不高的工业用水。其次是农业用水、地下水回灌,再其次则是城市的杂用水、景观、绿化等方面。
1、回用与工业
美国马里兰州巴尔的摩市伯利恒钢铁厂自1971年回用水即作为工业冷却水及部分工艺用水,用水量最高达76万m3/d。美国亚利桑那州帕洛弗迪核电站污水回用冷却水,水量达1.2~1.7×108m3/a。南非发电厂用约翰内斯堡回用污水作冷却水,水量达5×104m3/d。
北京华能热电厂用高碑店污水厂二级出水作水源,经加速澄清、加氯接触,变空隙滤池加氯消毒、过滤后入循环系统作冷却水补水。按电厂70%~90%额定负荷计算,每月平均节约自来水45×104m3,每年节约自来水540×104m3,节水率为40%。按相同用水量计算,可增加发电能力1倍以上。
大连春柳河污水处理厂二级出水经脉冲澄清、双层滤料滤池,消毒后回用于红星化工厂作工艺用水,水量达1×104m3/d。
天津石化总厂供排水厂二级出水,经微絮凝纤维滤池过滤,消毒后供工业冷却及居民小区冲厕,水量达1×104m3/d。
山东淄博市污水处理厂二级出水经絮凝气浮、纤维滤池过滤,消毒后出水计划用于电厂冷却和居民区,水量达3×104m3/d。
2、回用于农业
以色列是一个非常缺水的国家,自20世纪60年代发明滴灌技术后,实现了由农业国向工业国腾飞的经济奇迹。年利用污水2.6亿m3,占总用水量1/6。美国加州是一个农业发达大州,污水回用于农田灌溉;德克萨斯州干旱缺水,污水处理厂二级出水主要用于地下回灌。实践证明,地下回灌是解决地区水资源短缺、缓解和控制地下水位下降、防止地面沉降的有效措施。
我国利用污水灌溉已有多年历史,当前是要利用经一定处理后的污水,满足农田灌溉标准,做到对农作物、农田及环境无害。
3、回用于城市杂用水
范围极广,包括绿化、景观、浇洒马路、洗车、空调、消防、冲厕等等。
日本国内并不缺水,但是它创造了中水道系统,在建筑物内设置双供水系统。室内可用于冲厕,室外则可用于绿化、消防、冲洗马路等多个方面。1985~1996年用再生的污水排放在城市河流中,复活了150余条小河,达到“清源复活”、修复与保护水资源。美国佛罗里达州,污水回用(价格为自来水40%)供高尔夫球场、城市绿化及建筑冲厕等。
北京高碑店污水处理厂内1×104m3/d污水回用于厂内及部分生产、消防。大连经济开发区污水回用于绿化、浇洒马路等。
北京市政府1986年作出规定:即建筑面积在2×104m2以上的旅馆、饭店、公寓及建筑面积在3×104m2以上的机关、科研、大专院校、大型文化、体育等建筑,应配套建设回用设施并应与主体建筑三同时。已在北京市清洁车辆厂、劲松宾馆、环保研究院小区、国际贸易中心、方庄小区等等,多处应用。
天津市梅江住宅小区,以纪庄子二级出水作水源6×103m3/d作冲厕用水。
二、污水回用技术
污水回用技术,必须抓住两头,即取什么水质水作水源和经过处理以后作什么用,即回用水的水质应符合何种水质标准。
1、城市污水处理二级出水作水源的区域性回用
城市污水处理厂二级出水的回用,一般称之为区域性回用。其利用形式有两种:直接回用和间接回用。直接回用多用于污水处理厂附近的工厂工业冷却、农田灌溉、回灌地下水、草场、市政用水等。回用的途径及方式受到地域的限制,比较单一,调配运转不方便。间接回用是从水域的整体考虑,从水体上游取水净化供城市使用,产生的污水经城市污水处理厂净化后排入水体的下游,回归于水体(此过程构成了水的循环),再经过一定河段的自然净化,可为下游城市地区利用。间接利用是将水的社会循环与自然循环有机结合,在水体自净容量的限度内,对水体基本不造成损害的一种利用方式。这种方式需要从宏观上进行科学规划和管理,是水资源可持续利用的重要途径。
传统活性污泥法:
原污水→格栅→泵→沉砂→一沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒→排放。
二级出水仍含有一定量的污染物,其中:BOD5 20~30mg/L;COD 60~100 mg/L;SS 20~30 mg/L;NH3-N 15~25 mg/L;P 6~10 mg/L及细菌、某些重金属。为达到一定回用水质要求,需做深度处理。它的核心技术是过滤,经过滤后,BOD、COD、SS、浊度、色度等水质指标均可达杂用水水质要求。在过滤之前一般均设有加化学药剂混凝、沉淀或澄清,因此对磷应当有所去除。
实例:北京华能热电厂污水回用作循环冷却水,引用北京市高碑店处理厂的二级排水作水源。回用水源水质和回用水质标准见表1。
表1 污水二级排放标准及热电厂回用水质标准
项目二级处理排放标准热电厂回用水标准PH6.5~8.56.5~8.5SS (mg/L)<30<30BOD(mg/L)<30<20COD(mg/L)<120<60
污水回用处理流程如图1所示。加速澄清池中加入石灰、聚合硫酸铁作混凝剂加入聚丙烯酰胺作助凝剂,在澄清池内进行混凝沉淀,再经过加酸、杀菌和过滤,其作用是去除暂时硬度、游离二氧化碳、胶体硅等杂质,还可降低色度、磷酸盐和COD等。
聚合硫酸铁 石灰乳 硫酸 液氯 液氯
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
原水→机械搅拌加速澄清池→推流式氯接触池→变空隙滤池→推流式氯接触池─┐
循环水系统←过滤水池←┘
图1 污水回用处理流程
95%的出水回用作循环水系统的补水,5%作输煤系统冲洗和绿化、冲厕等用水。
在循环水中加入天津化工研究院提供的TS-9508型阻垢剂3~5mg/L或中天兰清水处理公司提供的TRL-400B型阻垢剂2~6mg/L,以及每周三次冲击加入有效含量为9%的次氯酸钠,维持余氯0.1~0.2mg/L。浓缩倍数可达4倍,一般在2.5~3.0倍下操作。
传统活性污泥法加生物脱磷脱氮:
污水脱磷脱氮深度处理在经济发达国家已广泛采用。1996年日本有162处污水厂有深度处理设施,西欧各国远早于日本,已相当普及。
最典型的生物脱磷流程如下:
原污水 排水
────→ 厌氧 ────→ 好氧 ────→ 二沉池 ───→
(释放磷) (吸收鳞、去除BOD) │
↑ │
└───────────────-┴──→
&nb
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