中水回用的技術(shù)研究

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摘要：中水可替代自來水用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、城市景觀、市政綠化、生活雜用、地下水回灌和補(bǔ)充地表水等，已成為解決當(dāng)今水資源缺乏的重要途徑。結(jié)合國(guó)內(nèi)外中水回用現(xiàn)狀，并根據(jù)中水系統(tǒng)的特點(diǎn)，就中水水源、水質(zhì)要求和處理技術(shù)分別進(jìn)行了歸納總結(jié)，最后對(duì)中水回用提出了一些建議。 

關(guān)鍵詞：中水回用；水資源；處理技術(shù) 

1、緒 論 

1.1 研究的背景

我國(guó)是一個(gè)缺水國(guó)家，特別是北方地區(qū)水資源缺乏現(xiàn)象更為嚴(yán)重。目前，由于水資源不足，已使得許多工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目無法安排。2000年全國(guó)總需水量6.00×1011m3，相應(yīng)的供水能力為5.22×1011m3，總?cè)彼?.88×1010m3。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)水資源供需矛盾進(jìn)一步加劇。據(jù)預(yù)測(cè)，2015年全國(guó)總供水量為6.20×1011~6.50×1011m3，總需水量將達(dá)7.30×1011m3，供需缺口近1.00×1011m3,2030年全國(guó)總需水量將達(dá)1.00×1012m3，全國(guó)將缺水4.00×1011~4.50×1011m3。因此，節(jié)約有限的水資源、開發(fā)和利用新水源已是當(dāng)務(wù)之急。

與水資源危機(jī)形成鮮明對(duì)照的是全國(guó)每年排污水高達(dá)3.60×1010m3，大量污水未經(jīng)處理就排入江河湖泊、海域，流經(jīng)42個(gè)大、中城市的44條河流中的90%以上被污染，全國(guó)飲用水源僅30%符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，有的城市水源遭嚴(yán)重污染，影響日常生活。一方面城市缺水十分嚴(yán)重，另一方面大量的城市污水白白流失，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。和城市供水幾乎相等的城市污水，只有0.1%的污染物質(zhì)，比海水3.5%少得多，其余絕大部分是可再用的清水。水在自然界中是唯一不可取代的，也是唯一可以重復(fù)利用而不變質(zhì)的資源。城市污水就近而得易于收集，再生處理比海水淡化成本低，處理技術(shù)也比較成熟，基建投資比遠(yuǎn)距離引水經(jīng)濟(jì)得多，當(dāng)今世界各國(guó)解決缺水問題時(shí)，城市污水被選為可靠的第二水源。因此，城市污水再利用——中水回用工程，為解決水資源不足開辟了一條新的途徑，具有廣闊的應(yīng)用推廣前景[１]。 

2、中水回用概述 

中水是指各種排水經(jīng)處理后，達(dá)到規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可在生活、市政、環(huán)境等范圍內(nèi)雜用的非飲用水。因?yàn)樗乃|(zhì)指標(biāo)低于生活飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但又高于允許排放的污水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，處于二者之間，所以叫做“中水”。

水既是地球上一切生命賴以生存、人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)中不可缺少的重要物質(zhì)，又是不可替代的重要自然資源。早從六十年代以來，世界上許多國(guó)家和地區(qū)相繼出現(xiàn)“水資源危機(jī)”。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，本世紀(jì)末，尤其是下世紀(jì)初，水資源危機(jī)將位居世界各類資源危機(jī)之首。

由于“水危機(jī)”的困擾，許多國(guó)家和地區(qū)積極著手鞏固和加強(qiáng)節(jié)水意識(shí)以及研究城市廢水再生與回用工作。城市污水回用就是將城市居民生活及生產(chǎn)中使用過的水經(jīng)過處理后回用。有兩種不同程度的回用：一種是將污水處理到可飲用的程度，而另一種則是將污水處理到非飲用的程度。對(duì)于前一種，因其投資較高、工藝復(fù)雜，非特缺水地區(qū)一般不常采用。多數(shù)國(guó)家則是將污水處理到非飲用的程度，在此引出了中水概念。中水也就是將人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中用過的優(yōu)質(zhì)雜排水(不含糞便和廚房排水)、雜排水(不含糞便污水)以及生活污(廢)水經(jīng)集流再生處理后回用，充當(dāng)?shù)孛媲鍧?、澆花、洗車、空調(diào)冷卻、沖洗便器、消防等不與人體直接接觸的雜用水。因其水質(zhì)指標(biāo)低于城市給水中飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但又高于污水允許排入地面水體排放標(biāo)準(zhǔn)，亦即其水質(zhì)居于生活飲用水水質(zhì)和允許排放污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間，故取名為“中水”[2]。

3、城市中水回用的應(yīng)用概況

 3.1 國(guó)外

以色列是在中回用方面最具特色的國(guó)家。它地處干旱和半干旱地區(qū)． 人均水資源占有量?jī)H為476m2。其主要對(duì)策是農(nóng)業(yè)節(jié)水和城市中水回用。占全國(guó)污水處理總量46%的出水直接回用于灌溉，其余33.3%和約20%分別回灌于地下或排入河道，其中水回用程度之高堪稱世界第一。他們采取的中水回用處理過程為：城市污水的收集→傳輸?shù)教幚碇刑幚?rarr;季節(jié)性儲(chǔ)存→輸?shù)接脩?rarr;使用及安全處置。在回用方式上， 包括小型社區(qū)的就地回用， 中等規(guī)模城鎮(zhèn)和大城市的區(qū)域級(jí)回用[3]。

美國(guó)水資源總量較多．城市中水回用工程主要分布于水資源短缺、地下水嚴(yán)重超采的加利福尼亞，亞利桑那、德克薩斯和佛羅里達(dá)等州．其中以南加州成績(jī)最為顯著。中水回用以農(nóng)業(yè)灌溉居多．也有少量中水用于工業(yè)用水和作高層建筑生活用水。

日本以有較多的“中水道”(即中水系統(tǒng))供生活雜用而著稱[4]．約占中水回用量的40%。早在20世紀(jì)60年代．日本沿海和西南一些缺水城市，如東京、名古屋、川崎、福岡等地即開始考慮將城市污水處理廠的出水經(jīng)進(jìn)一步處理后回用于工業(yè)，生活或生活雜用(以沖洗衛(wèi)生設(shè)備為主)。截至1986年， 日本直接回用水的城市污水處理廠出水已達(dá)3×108m3/a．雖不及總?cè)∷康?% ．但已成為城市一種穩(wěn)定、可靠的水源， 并制定了相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中，以生活雜用水所占的比重最大。 

3.2 國(guó)內(nèi)

我國(guó)城市污水多數(shù)未經(jīng)處理直接排放，建設(shè)部有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)城市2003年污水處理率達(dá)到42％，不足污水排放量的一半。即使經(jīng)過處理后的污水也極少回用，結(jié)果導(dǎo)致一方面水體受到污染，另一方面城市水資源短缺。近年來，城市污水回用已經(jīng)逐漸提到日程上來，北京、天津、沈陽、鞍山、撫順、大連、青島、石家莊、太原、大同、西安、深圳等地已經(jīng)建成或擬建一批污水處理或回用工程項(xiàng)目，同時(shí)將改造舊有的污水灌溉系統(tǒng)。我國(guó)城市小區(qū)建設(shè)中水系統(tǒng)的條件已基本具備，并日趨完善。首先，具有利于中水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和平穩(wěn)運(yùn)行的水量大特點(diǎn)（排水量大，雜用水需求也大，水量容易平衡）；其次，城鎮(zhèn)居民小區(qū)的不斷規(guī)?；?，以及水處理技術(shù)的發(fā)展，將使中水系統(tǒng)的初始投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅度降低。再次，住房的商品化，小區(qū)管理的興起和完善，為中水系統(tǒng)的投資回報(bào)奠定的基礎(chǔ)。 

4、中水來源和途徑 

4.1 中水來源

中水來源廣泛．主要有雨水、冷卻水、盥洗水、淋浴水、游泳池排污水、洗衣排水、廚房排水、沖廁排水等。在實(shí)際情況下，這些水往往混合排放，形成綜合生活污水。而污染較嚴(yán)重的綜合生活污水。從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性角度考慮，一般不適合當(dāng)作中水。所以應(yīng)該對(duì)這些水用單獨(dú)的管網(wǎng)做分流收集，經(jīng)過處理后再回用。根據(jù)CECS30：91《建筑中水設(shè)計(jì)規(guī)范》選擇中水水源時(shí)，一般可按下列順序取舍：①冷卻水；②淋浴排水；③盥洗排水；④洗衣排水；⑤廚房排水；⑥廁所排水。具體情況下，可以是幾種水的組合，形成優(yōu)質(zhì)雜排水。比如冷卻水、淋浴排水和盥洗排水的組合。污染的程度相對(duì)較小，便于回用，是優(yōu)質(zhì)雜排水。中水經(jīng)過處理后，可以在很多地方使用。美國(guó)、以色列、日本等國(guó)。廁所沖洗、園林灌溉、道路保潔、城市噴泉等都大量使用中水。但是處理過的中水一般都不作為飲用水和與人體皮膚直接接觸的水[5]。 

4.2 中水回用的途徑

城市污水的再生回用已開展五十多年，就其回用途徑而言，大致有農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)回用、城市雜用、地下回灌和生活飲用等。

4.2.1 農(nóng)業(yè)灌溉

農(nóng)業(yè)灌溉主要包括農(nóng)作物，牧草，苗木，農(nóng)副產(chǎn)品洗滌及冷凍等用水。其工作內(nèi)容包括將污水施于土地以便得到處理與滿足植物生長(zhǎng)兩個(gè)方面。

城市污水回用用于農(nóng)業(yè)灌溉，歷史悠久，范圍也最廣泛。農(nóng)業(yè)灌溉為污水回用的首選對(duì)象，理由有3條

1)        農(nóng)業(yè)灌溉用水量大。

2)        既可利用污水的肥效，還可以利用土壤-植物系統(tǒng)的自然凈化功能減輕污染。

3)        灌溉用水的水質(zhì)要求較低，一般不需要對(duì)污水進(jìn)行深度處理，制水成本相對(duì)較低。

4.2.2 工業(yè)回用

在城市用水中，工業(yè)用水所占比例很大。城市污水再生后回用于工業(yè)的主要用途3項(xiàng)[6]。

1)        冷卻用水：冷卻水在工業(yè)用水中一般占70%~80%或更多，且水質(zhì)要求相對(duì)較低，因而是城市污水工業(yè)回用的大戶和主要對(duì)象。

2)        鍋爐補(bǔ)充水：對(duì)一般鍋爐水，尚需軟化、脫鹽的處理后，方可使用，由于水質(zhì)要求高，近期內(nèi)還不能普遍利用。

3)        工藝用水：由于不同的工業(yè)工藝對(duì)水質(zhì)要求差別很大，因此根據(jù)工藝對(duì)水質(zhì)的要求而定。

4.2.3 城市雜用

1)        生活雜用水：生活雜用水范圍主要包括居住建筑、公共建筑和工業(yè)企業(yè)非生產(chǎn)區(qū)內(nèi)用于沖洗衛(wèi)生用具、澆花草、空調(diào)、沖洗車輛、澆灑道路等。

2)        環(huán)境、娛樂和景觀用水：主要包括以下幾個(gè)方面：①澆灑城鎮(zhèn)公園或其他公共場(chǎng)所；②澆灌樹木、苗圃；③供釣魚和劃船的娛樂湖；④供游泳和劃水的娛樂湖；⑤人工瀑布、噴泉用水等。

4.2.4 地下回灌

地下回灌，是借助于工程設(shè)施，將經(jīng)適當(dāng)處理后的污水直接或用人工誘導(dǎo)的方法引入地下含水層，其主要有以下幾個(gè)：

1)        補(bǔ)充地下水量，穩(wěn)定或抬高地下水位，提高含水層的供水能力；

2)        控制地面沉降或塌陷

3)        濱海和島嶼地區(qū)，可使地下咸水淡化和防止海水入侵；

4)        污水間接回用的緩沖途徑。

4.2.5 生活飲水

城市污水處理后回用于生活飲用有兩種類型，即直接回用與間接回用。

5、中水回用處理技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 

處理水水質(zhì)不同，回用用途不同，選用的處理方法和工藝也不同。

中水處理技術(shù)按處理機(jī)理不同可分為物理化學(xué)處理法、生物處理法、膜處理法三大類[7]。

5.1 物理化學(xué)處理法

物理化學(xué)處理法是以混凝沉淀(氣浮)技術(shù)和過濾吸附技術(shù)相結(jié)合的基本方式，主要用于處理優(yōu)質(zhì)雜排水。該處理法適用于處理規(guī)模較小的中水工程，主要特點(diǎn)是處理工藝流程短，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、方便，占地相對(duì)較??；但相對(duì)生物處理來講，運(yùn)行費(fèi)用較大，并且出水水質(zhì)受混凝劑種類和數(shù)量的影響，有一定的波動(dòng)性。

工藝流程為：

原水→ 格柵→ 調(diào)節(jié)池→ 絮凝沉淀池→ 超濾膜→ 消毒→ 出水 

5.2 生物處理法

污水中含有大量的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)，污水的常規(guī)生物處理主要是去除污水中可降解的有機(jī)物質(zhì)，利用好氧微生物的吸附、氧化作用，降解污水中的有機(jī)物質(zhì)。生物處理法包括好氧生物法、厭氧生物法和兼性生物氧化法，中水回用一般多采用好氧生物膜微生物處理技術(shù)，主要包括活性污泥法、接觸氧化法等。生物處理法的特點(diǎn)是適用于較大規(guī)模的處理工程，但近年來隨著水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，也開發(fā)出了一些小型的生物處理設(shè)施，適用于較小水量的工程，可同樣獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果；生物處理法的出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較少，尤其對(duì)于大型污水處理工程，生物處理法顯得尤為突出。

工藝流程為：

原水→ 格柵→ 調(diào)節(jié)池→ 接觸氧化池→ 沉淀池→ 過濾→ 消毒→ 出水

生物處理法可分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。 

5.3膜處理法

膜處理法屬于物理處理或物理化學(xué)處理方法，是指利用膜技術(shù)來處理水，使之符合一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前膜處理方法主要有兩種，即連續(xù)微濾和膜生物反應(yīng)器。連續(xù)微濾系統(tǒng)是以微濾膜為中心處理單元，配以特殊設(shè)計(jì)的管路、閥門、自清洗單元、加藥單元和自控單元等，形成一閉路連續(xù)操作系統(tǒng)。當(dāng)污水在一定壓力下通過微濾膜時(shí)，就達(dá)到了物理分離的目的。連續(xù)微濾系統(tǒng)的特點(diǎn)有：設(shè)備控制簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行；占地小、結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化設(shè)計(jì)可根據(jù)用戶需求靈活地?cái)U(kuò)大或縮??；高抗污染的聚偏氟乙烯膜材料，耐氧化，使用壽命長(zhǎng)；運(yùn)行費(fèi)用較低。膜生物反應(yīng)器處理原理在于使污水中的大分子等難降解成分在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，從而達(dá)到較高的去除效果。高濃度生物量使膜生物反應(yīng)器工藝能以緊湊的系統(tǒng)獲得較高的有機(jī)物去除率，可以有效的克服與污泥沉降性能有關(guān)的限制，并起到了取代二沉池的作用，同時(shí)還能達(dá)到澄清和防菌的目的。對(duì)于已建成的污水處理廠，若改用膜生物反應(yīng)器工藝，在不增加反應(yīng)器容積的情況下，可使處理水量大大提高。膜生物反應(yīng)器工藝具有出水水質(zhì)好、占地少、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等許多常規(guī)工藝無法比擬的優(yōu)勢(shì)，其在污水處理與回用中所起的作用也越來越大，并具有非常廣闊的應(yīng)用前景。膜處理的主要特點(diǎn)是處理水質(zhì)穩(wěn)定、可靠，但工程投資較大、處理成本較高[8]。