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，通過對我國典型城市再生水廠的回用工藝與運行現狀進行系統調研，對不同地區不同回用對象的典型工藝進行歸類總結和影響要素分析，從影響城市污水處理回用工藝選擇的技術、經濟、政策和社會等4方面要素進行了評估和剖析，明確了工藝選擇的關鍵要素。

［關鍵詞］

污水回用;再生水;關鍵要素

1概述

我國的城市污水回用作為再生水的技術研究起步較晚，但近10年發展得比較快，且起點較高。在國家和地方政府的政策支持下，工藝技術不斷進步，工程應用不斷擴大。根據住建部《中國城市建設統計年鑒(2013)》數據顯示，2013年，我國城市再生水生產能力達到1760.7×104m3/d，再生水利用量354181×104m3，再生水管道長度7193km。截止“十二五”末期，城鎮再生利用規模將達3886×104m3/d。再生水主要用于景觀環境、工業生產、農林牧業、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”，人們增加了對再生水的重視程度，但是我國的再生水仍然具有非常大的發展空間。從現在的發展狀況來看，發達國家再生水利用率占污水處理量的比例高達70%，而在我國，再生水利用率只有10%，可以看出我國的再生水利用率還具有非常大的發展空間。從發展水平看，受水資源條件、經濟發展水平的限制，全國各地區城市污水處理回用發展不均衡［2］。北方缺水地區的城市污水處理回用發展較快，而在南方水資源相對豐富的地區，城市污水處理回用工作相對滯后。“十二五”期間，我國將投入304億元新建2675×104m3/d的再生水處理能力，投資增速高達198.04%，年均復合增長率為24.41%，遠高于行業每年5.30%的增速［3］。其間，全國城鎮再生水利用率將從目前的不足10%提升至15%［4］。本文通過對我國典型城市再生水廠的回用工藝與運行現狀進行的系統調研，對不同地區不同回用對象的典型工藝進行歸類總結和影響要素分析，從城市污水處理回用的技術要素、經濟要素、政策要素和社會要素等方面進行評估和剖析，甄選出影響城市污水處理回用工藝的關鍵要素。

2關鍵要素分析

2.1技術要素

2.1.1回用途徑目前，再生水回用主要應用于工業、景觀環境、市政雜用、農業及地下水回灌等領域，由于回用對象的不同，其水質標準與技術手段也不同。再生水回用到工業時主要考慮防止結垢、腐蝕、生物孳生等，重點關注COD、SS、氯離子、TDS、總硬度、嗅味、鹽度、氨氮和色度等指標。再生水回用到景觀環境用水時，主要控制營養鹽、色度、嗅味、有毒有害有機物、SS等指標［5，6］。再生水作為市政雜用水時，應重點關注SS、大腸桿菌、余氯、色度、臭味、有毒有害有機物等指標。再生水用于農田灌溉應確保衛生安全，并防止土壤退化或鹽堿化等。含鹽量是污水回用于農業灌溉的最重要的水質指標之一，同時也應防止重金屬及有害物質在土壤中富集，并通過食物積累于農作物中。再生水用于地下水回灌時應重點關注重金屬、糞大腸菌群數、氨氮、濁度、COD等指標。

2.1.2主要技術手段為了保證上述回用水質指標，當前應用的技術手段主要為物化～過濾吸附法、生物處理法、膜處理工藝、自然生物處理技術和組合工藝聯用技術等。物化～過濾吸附法是再生水處理中使用最廣泛、機理研究較為清楚的方法，具有處理效果穩定、工藝流程簡單、操作管理方便等特點，主要技術形式有天鐵冶金集團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量對污染物去除起關鍵作用。再生水回用工藝中常用的生物處理工藝有:如南昌大學前湖校區中水回用工程［10］等采用的曝氣生物濾池;無錫惠山再生水廠［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。膜分離技術廣泛應用于污水處理領域，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:如天津市團泊新城再生水廠［13］采用的膜生物反應器(MBR);淮北再生水廠工程［14］采用的超濾/微濾(UF/MF)工藝;北京亦莊經濟開發區污水回用工程［15］采用的反滲透工藝等。污水自然生物處理技術主要是依靠自然生物凈化功能使污水得到凈化的技術。主要包括人工濕地、穩定塘、土地處理系統等，如冀州市再生水廠［16］采用的濕地處理系統可以有效地處理水質達到城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918－2002)一級A標準。

2.1.3技術要素關注點1)再生水廠進水指標。對于再生水廠而言，污水處理廠二沉池出水的水質指標在很大程度上決定了后續再生水廠的工藝選擇。再生水廠的主體工藝會根據進水水質特性選擇，對于需要重點提升的水質指標選擇相應的工藝，一般以滿足再生水出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918－2002)一級A標準或城市污水再生利用相關標準。工藝類型以傳統水處理工藝為主，部分采用膜處理工藝。2)再生水回用對象用水水質需求。再生水回用的工藝選擇同樣需要考慮回用對象用水的水質需求。這類需求對水質指標的需求往往高于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918－2002)一級A標準或城市污水再生利用相關標準，需要進一步采取相應工藝處理。

2.2經濟要素

2.2.1再生水成本與工程投資項目投資建設成本即再生水廠總建設費用，包括征地費用、設備購置費、建筑工程費、安裝工程費、預備費用、建設期貸款利息和鋪底流動資金等［17］。不同工藝之間的噸水投資和運行成本不盡相同，最大相差近10倍。不同工藝的噸水投資和運行成本與建設規模也有關系［18］。地方的經濟發展程度對工藝的選擇也很重要［19］。具有較高的經濟實力，且屬于嚴重資源型缺水的城市，對再生水需求量較大，同時政府支持力度大的，多采用高標準的再生水工藝。否則，采用中、低標準的再生工藝［20－23］。

2.2.2再生水價格再生水的價格由再生水的生產成本和輸送成本及再生水生產和運營企業的利潤構成，生產期間成本用于補償再生水生產過程中設備的投入建設，所耗費的藥劑、電力、人工等的投入，以及運營、管理等的費用;輸送成本主要是建設輸水管網和提升泵站、增壓設備等所消耗的費用以及管網和泵站的運營、維護和管理等所需的費用。利潤部分則是再生水生產和經營企業按照國家的有關規定計取的法定利潤［24］。

2.2.3經濟要素關注點1)投資成本和運行成本。投資成本和運行成本是再生水工藝選擇的關鍵要素。各種單元工藝噸水投資從700～2800元不等，噸水運行成本從0.68～2.50元不等。投資和運行成本從小到大分別為:“老三段”及其改進工藝＜生物濾池工藝＜膜工藝。2)地方經濟水平。地方的經濟發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，具有較高的經濟實力，通常選擇高標準的處理工藝，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、運行較可靠的工藝。對于人均GDP較低的邊遠地區，可以優先考慮在污水處理廠中增加深度處理工藝提標到一級B或A標準［25］。3)再生水價與再生水價格的差價。再生水價和再生水價格的差價也是制約再生水工藝選擇的要素之一。對于再生水廠而言，在滿足水質需求的前提下，工藝的不同決定了再生水生產成本的差異性。再生水廠雖然存在政府的扶持，但如果不考慮差價因素將會影響再生水廠的可持續運行。

2.3政策要素

2.3.1政策規劃隨著水環境治理力度加大和市政污水處理基礎設施建設的加快，污水處理率越來越高，再生水利用量也越來越大，再生水的政策法規、利用風險、水價機制、利益相關者認知等焦點問題日益受到廣泛關注，再生水發展面臨著巨大的機遇和挑戰，其中再生水政策是促進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］。對于各地方而言，近年來北京、天津、沈陽、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》，細化和規范城市再生水的工程建設和運營管理。此外，北京、上海、西安、杭州等城市均出臺了涉及本地區的再生水利用“十二五”規劃。

2.3.2政策要素關注點由于我國各地區水資源狀況及經濟發展狀況的不同，致使各地區對再生水產業采取不同的政策，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。對于再生水需求量大、管理體系相對健全、優惠政策配套完備的地區，再生水產業發展良好，再生水處理技術得到長足發展，一些領銜的組合技術及集成工藝得到良好的應用。根據調研，我國目前運行、已建或計劃待建的再生水廠不少都是政府政策導向的結果，特別是我國早期建設的一些污水處理回用示范工程和政府積極引導與保障措施密不可分［27］。

2.4社會要素城市污水再生利用具有很大的潛力，再生水對人體健康和環境的安全性影響也是再生水工藝選擇時必須考慮的問題。各種因素的影響程度排列如下:再生水安全性＞可能有異味或導致感官上不舒服＞對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安全，應考慮的因素有［29］:1)保護公眾健康。這是評價水質安全性的首要目標。2)用水要求。工業或其他用水，對水質有特殊要求，與健康無關。應根據具體要求制定水質標準。3)灌溉影響。灌溉可能引起很多相關問題，如污染土壤、地下水、地表水，以及暴露人群的健康效應。4)環境安全。使用再生水區域以及周圍地區的動植物、受納水體等，都是保護對象。5)感觀要求。對于較高要求的再生水，如沖洗廁所、綠地灌溉、娛樂用水等，在美學方面應和飲用水有相似的要求。6)切合實際。標準必須符合當前的政策、技術、經濟狀況。

2.4.2再生水風險評價目前，環境風險評價主要包括人體健康風險評價和生態風險評價兩方面。針對再生水工藝的選擇，應對該工藝出水的人體健康風險及生態風險兩方面進行全方位的評價，保證再生水用戶廣泛的接受度。

2.4.3社會要素關注點為保障再生水對環境及人體健康方面的安全，再生水在工藝選擇是要關注以下重點:1)再生水安全消毒技術與工藝。消毒是污水再生處理的必要環節，也是保證再生水生物安全的關鍵環節。再生水生物學指標應作為強制性指標嚴格進行監管，以保障再生水使用的健康和公共衛生安全。2)再生水有毒有害物質控制技術。再生水中有毒有害污染物組成十分復雜，僅對特定有毒有害化學物質進行評價和去除，難以有效保障再生水水質安全，以綜合生物毒性(生物效應)削減為目標的再生水處理技術研究有待加強。3)再生水氮磷深度去除技術［30］。城市污水經二級生物處理后仍含有較高濃度的氮、磷等植物營養物質。含有高濃度營養物質的再生水回用于城市環境與景觀水體，存在導致水華暴發、影響生態安全的風險。因此，開發以水華控制為目標，對再生水中氮、磷等營養物質進行深度去除的技術，對保障再生水利用，特別是環境、景觀利用的生態安全是非常重要的。

3結論

再生水工藝的選擇受到技術、經濟、政策和社會等要素的影響，4個要素相輔相成，對再生水發展均有關鍵影響。1)再生水工藝選擇的技術要素主要考慮回用對象的用水需求。2)再生水廠單元工藝噸水投資從700～2800元不等，噸水運行成本從0.68～2.50元不等，噸水投資和運行成本是工藝選擇主要考慮的經濟要素。3)再生水工藝的選擇應充分考慮地方經濟發展水平和水資源短缺的狀況。4)再生水安全消毒、有毒有害物質控制和氮磷深度去除技術是社會關注重點，用戶對再生水的水質和安全的要求對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 海水淡化與非常規水資源開發利用研究中心 江蘇省非常規水源開發及利用工程技術研究中心 河海大學 環境科學與工程學院