城市污水再生回用新技術(shù)

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簡介： 分析了我國水資源危機(jī)的原因,國內(nèi)外中水的各種處理工藝，以北京市的中水應(yīng)用為例,闡述了發(fā)展城市中水應(yīng)用的必要性和重要性,提出應(yīng)對水資源危機(jī)的主要對策，還有最為典型的SBR工藝在中水回用工程應(yīng)用的具體實(shí)例。
關(guān)鍵字：水資源 危機(jī) 中水回用 SBR

　　1.水資源危機(jī)原因

　　聯(lián)合國早在1977年2月就向全世界發(fā)出警告“水不久將成為一個(gè)重要的全球性危機(jī)”。如今,全世界面臨水資源危機(jī),產(chǎn)生的原因主要包括用水量急劇增加、水污染、水資源開發(fā)不合理、浪費(fèi)嚴(yán)重等幾個(gè)方面。

　　隨著社會(huì)的迅速發(fā)展和文明的不斷進(jìn)步,特別是人口的急劇增加,人類對水的依賴程度越來越高,世界用水量急劇增加。而且,我國用水浪費(fèi)嚴(yán)重,水資源利用效率較低。目前,我國農(nóng)業(yè)用水利用率僅為40%～50%,灌溉用水有效利用系數(shù)只有0.4左右。工業(yè)方面,工業(yè)用水重復(fù)利用率低,僅為20%～40%,單位產(chǎn)品用水定額高。城市生活用水方面,供水管網(wǎng)和衛(wèi)生設(shè)備的漏水是形成浪費(fèi)的主要原因,我國城市供水管網(wǎng)的漏水量約占全部供水量的10%左右。

　　此外,我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理,高耗水量行業(yè)發(fā)展集中,生產(chǎn)管理水平低,生產(chǎn)用水浪費(fèi)嚴(yán)重;人們思想認(rèn)識(shí)模糊,缺乏危機(jī)感,節(jié)水意識(shí)差,城市生活用水、家庭用水浪費(fèi)現(xiàn)象普遍;缺少全局控制,違反生態(tài)規(guī)律發(fā)展,出現(xiàn)掠奪式開發(fā)、浪費(fèi)式利用、混亂式管理;水的重復(fù)利用率低,相關(guān)法律、制度不健全,都是我國水資源危機(jī)出現(xiàn)的原因。

　　應(yīng)對水資源危機(jī)的主要對策:

　　1)轉(zhuǎn)變觀念,水不是取之不盡,用之不竭的,水是一種資源,淡水更是一種極其有限的資源,需要給予足夠的重視和保護(hù)。加強(qiáng)環(huán)境教育,培養(yǎng)個(gè)人良好的節(jié)水習(xí)慣,避免用水浪費(fèi)。另外控制世界人口的增長,也是緩解人類對水需求緊張形勢的必然選擇。

　　2)改善生態(tài)環(huán)境,提高水資源的可利用率,植樹造林,擴(kuò)大森林覆蓋率,可提高水源涵養(yǎng)量。在充分考慮生態(tài)環(huán)境影響的前提下興修水利,攔洪蓄水,可趨利避害,并加強(qiáng)水體保護(hù)、水土保護(hù),ＰＥ線的電位升高、可能達(dá)到幾千伏(取決于接地電阻的大小),通過ＰＥ線可使戶外的燈具外殼電壓大大超過安全電壓,在高壓斷路器規(guī)定的未跳間時(shí)間內(nèi),人觸及燈具外殼時(shí),將造成觸電事故。

　　建筑中水中所謂的中水是相對于上水（給水）和下水（排水）而言的。建筑中水系統(tǒng)是指民用建筑或建筑小區(qū)使用后的各種污廢水經(jīng)處理，回用于建筑或建筑小區(qū)作為雜用水。中水回用是解決城市缺水的有效途徑,是污水資源化的一個(gè)重要方面。

　　北京贏得了2008年奧運(yùn)會(huì)的舉辦權(quán),按照“綠色奧運(yùn),人文奧運(yùn),科技奧運(yùn)”的精神,一大批場館設(shè)施建設(shè)在即;北京市危房改造工作已啟動(dòng);推行分質(zhì)用水,實(shí)現(xiàn)污水資源化是一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù),大力推廣中水的使用是城市節(jié)水的重要內(nèi)容。

　　2.我國建筑中水處理工藝：

　　我國建筑中水處理工藝分為以下幾種：當(dāng)以優(yōu)質(zhì)雜排水和雜排水為中水水源時(shí)因中水濃度較低，處理目的主要是去除原水中的懸浮物和少量有機(jī)物，降低水的濁度和色化學(xué)處理為主度，可采用以物理工藝流程或采用生物處理和物化處理相結(jié)合的處理工藝。如下圖：

　　當(dāng)利用生活排水為中水水源時(shí)，因中水原水中有機(jī)物和懸浮物濃度都很高，中水處理的目的是同時(shí)去除水中的有機(jī)物和懸浮物，可采用二段生物處理，或生物處理與物化處理相結(jié)合的處理工藝。如下圖：

　　當(dāng)利用污水處理廠二級(jí)生物處理出水作為中水水源時(shí)，處理目的主要是去除水中殘留的懸浮物，降低水的濁度和色度，應(yīng)選用物理化學(xué)處理（或三級(jí)處理），工藝流程如下圖：

　　污水廠二級(jí)出水為中水水源的水處理流程

　　除了以上方法以外，根據(jù)國內(nèi)外水處理技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，還有一些典型的中水處理工藝流程。下表所列即為國內(nèi)常用的典型工藝流程。表中第1、4和7是以物理化學(xué)處理為主的處理流程，處理方法主要有混凝沉淀或氣浮、化學(xué)氧化法二氧化氯、臭氧、次氯酸鈉、氯、碘化鉀）、活性炭吸附法。具有流程簡單、占地少、設(shè)備密閉性好、無臭味、易管理的特點(diǎn)。第2、3、5和6是以生化處理為主的處理流程。以優(yōu)質(zhì)雜排水和雜排水為中水水源時(shí)，采用生化處理的目的是去除水中的洗滌劑。過去常采用生物轉(zhuǎn)盤法，因室內(nèi)臭味問題一直未能解決，所以成功實(shí)例不多，目前，多采用接觸生物膜法。以生活排水為中水水源，采用二級(jí)生化處理時(shí)，多采用A/O法和A²/O。第8為物化與生化處理相結(jié)合的處理流程。其中，第7和8流程中含有濾膜裝置，具有裝置小型簡單、可以間斷運(yùn)行和無污泥的特點(diǎn)。

　　表1   典 型 處 理 流 程

序號(hào)處  理  流  程1格柵→調(diào)節(jié)池→混凝沉淀（氣?。瘜W(xué)氧化→消毒2格柵→調(diào)節(jié)池→一級(jí)生化處理→過濾→消毒3格柵→調(diào)節(jié)池→一級(jí)生化處理→沉淀→二級(jí)生化處理→沉淀→過濾→消毒4格柵→調(diào)節(jié)池→絮凝沉淀（氣?。^濾→活性炭→消毒5格柵→調(diào)節(jié)池→一級(jí)生化處理→混凝沉淀→過濾→活性炭→消毒6格柵→調(diào)節(jié)池→一級(jí)生化處理→二級(jí)生化處理→混凝沉淀→過濾→消毒7格柵→調(diào)節(jié)池→絮凝沉淀→膜處理→消毒8格柵→調(diào)節(jié)池→生化處理→膜處理→消毒

　　在國外日本80年代初總結(jié)了8種標(biāo)準(zhǔn)處理流程，如下圖表2所示，其中前4種是以生化處理為主的流程，后4種是以物化處理為主的流程。隨著水處理機(jī)理研究的不斷深入，新的處理方法、新的構(gòu)筑物、新的處理裝置和新的工藝流程會(huì)不斷出現(xiàn)。

　　3.中水工程在北京的實(shí)施

　　北京市將在以下方面改進(jìn)中水利用的管理工作:

　　1)加強(qiáng)立法,完善中水利用的地方性法規(guī);

　　2)建立完整的水價(jià)體系,用經(jīng)濟(jì)手段推動(dòng)中水利用的實(shí)施;

　　3)將推行使用中水納入城市規(guī)劃;

　　4)改革中水設(shè)施的管理體制;

　　5)加強(qiáng)中水利用研究,推動(dòng)中水設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行管理有序進(jìn)行。

　　為解決北京市水資源嚴(yán)重緊缺的局面,北京市總體規(guī)劃提出“節(jié)流、開源與保護(hù)水資源并重”的方針,確定了利用有限水資源滿足城市發(fā)展是必由之路的總體思路,大范圍、大規(guī)模的污水處理回用被納入城市總體規(guī)劃。根據(jù)總體規(guī)劃要求,北京市將建設(shè)10余座城市污水處理廠,在解決污水處理、保護(hù)環(huán)境的同時(shí),加大再生水的回用力度,開發(fā)城市第二水源,緩解北京的缺水狀況。在當(dāng)前集中污水處理廠投資大、回用難度大的情況下,作為總體回用工程的補(bǔ)充,加強(qiáng)區(qū)域性中水處理回用及居民小區(qū)中水聯(lián)建工作顯得尤為重要。

　　事實(shí)證明,建筑物中水回用、區(qū)域中水回用、城市污水再生回用的多種回用系統(tǒng)形式相結(jié)合的技術(shù)可行,經(jīng)濟(jì)合理,有利于中水回用政策的貫徹實(shí)施,符合城市污水資源化發(fā)展的方向。并寄希望于更多關(guān)心和愛護(hù)人類生存環(huán)境的人們在各自的領(lǐng)域中多作貢獻(xiàn),共同推動(dòng)環(huán)境保護(hù)工程朝著更加健康、科學(xué)的方向發(fā)展。

　　目前,國內(nèi)城市污水經(jīng)二級(jí)處理后再生回用于工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的并不多。華能北京熱電廠設(shè)計(jì)容量為654/770ＭＷ,其工業(yè)用水和循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水源為高碑店污水處理廠的二級(jí)處理出水,具體再生流程見圖1。經(jīng)深度處理后的回用水質(zhì)為BOD<5mg/l、SIO2<18.4mg/l、CL-<180mg/l、SS<10mg/l、堿度<300mg/l,已達(dá)到循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　                 圖1

　　此外,河北邯鄲熱電廠、山西侯馬熱電廠利用石灰深度處理城市二級(jí)出水,也成功地回用到冷卻系統(tǒng)。

　　4．SBR工藝在中水回用工程中實(shí)例分析

　　SBR工藝最為典型，該工藝設(shè)備簡單,占地少,運(yùn)行方便。下面我介紹一下活性污泥工藝(SBR)處理學(xué)校洗浴廢水的工程實(shí)例。

　　該工藝對洗浴廢水中COD,BOD,SS及LAS有較高的去除率,處理后出水用于學(xué)生公寓沖廁,其水質(zhì)符合《城市污水再生利用　城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18920-2002)。

　　間歇式活性污泥法簡稱ＳＢＲ,是近年來在國內(nèi)外被引起廣泛重視和研究日趨增多的一種廢水生物處理工藝,并在中水回用工程中得到了大量的應(yīng)用。

　　4.1.1工程概況

　　石家莊鐵道學(xué)院在2002年利用國家財(cái)政部的專項(xiàng)資金進(jìn)行校園污水管網(wǎng)改造工程中,采用了SBR工藝處理洗浴廢水并回用于學(xué)生公寓的沖廁。中水原水為優(yōu)質(zhì)雜排水,處理后出水水質(zhì)執(zhí)行《城市污水再生利用　城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18920-2002)。該工程主要包括建設(shè)中水處理站和改造三棟學(xué)生公寓的室內(nèi)外中水供水管網(wǎng),其中室內(nèi)外中水管網(wǎng)改造在2002年學(xué)院寒假期間完成,中水處理站于2003年8月建成并投入正式運(yùn)行。

　　4.1.2中水原水及水量平衡

　　該中水回用工程的原水采用學(xué)院浴室排放的洗浴廢水,水源單一,原水中有機(jī)物污染濃度較低,實(shí)測BOD=45.4mg/l,COD=93mg/l,屬于優(yōu)質(zhì)雜排水。學(xué)院浴室每天開放5h(14:00～19:00),共有160個(gè)紅外傳感淋浴噴頭,經(jīng)實(shí)測每個(gè)淋浴器平均用水量為450l/h,該浴室每天的用水量為360mg/d。此理論計(jì)算結(jié)果與浴室總水表的每天實(shí)測用水量基本一致?？紤]損耗,水量折減系數(shù)取0.85,本工程中水原水量ＱＹ按306mg/d計(jì)算。

　　處理后的中水主要用于學(xué)院9#,10#,11#三棟學(xué)生公寓的沖廁,每天供水時(shí)間為6:00～23:00。學(xué)生公寓沖廁用水不均勻,流量變化較大,因此采用變頻泵供水。其中9#為6層男生公寓,每層3個(gè)廁所;10#為5層男生公寓,每層2個(gè)廁所;11#為5層女生公寓,每層2個(gè)廁所。三棟學(xué)生公寓共有男生2700余人,女生800余人。所需中水沖廁水量QZ計(jì)算如下:

　　(1)蹲便器每天沖洗用水量Qz1:每天沖廁次數(shù)n=2700人×2次/(男生·ｄ)+ 800人×4次/(女生·ｄ)=8600次/ｄ,高水箱蹲便器沖洗用水量q1=10L/次,則       Qz1=nq1=86mg/d。

　　(2)小便池每天沖洗用水量Qz2:小便池多孔管小時(shí)用水定額為q2=160Ｌ/(m·h),供水時(shí)間t=17h。每個(gè)男廁內(nèi)小便池多孔管實(shí)測長度為2.5ｍ,總長度L=70m,則Qz2=q2tL=190.4m3/d

　　以上兩項(xiàng)用水量總計(jì)為:QZ=QZ1+QZ2=276.4m3/d。中水回用沖廁水量QZ與中水處理水量QY相近,QY≈1.1QZ利于實(shí)現(xiàn)水量平衡,其多余水量可利用室外中水管網(wǎng)上已預(yù)留好的地下給水栓澆灑綠地。

　　4.1.3　工藝流程

　　中水處理工藝流程:洗浴廢水→毛發(fā)截留井→調(diào)節(jié)池→提升泵→ＳＢＲ反應(yīng)池→潷水器→重力式過濾罐→消毒→中水池→沖廁。

　　該工程的處理構(gòu)筑物包括毛發(fā)截留井、調(diào)節(jié)池、ＳＢＲ反應(yīng)池及中水池均為埋地半封閉式聯(lián)體設(shè)置,工藝布局緊湊,主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),地面綠化。只有過濾罐和消毒裝置設(shè)置于地上磚混結(jié)構(gòu)的設(shè)備間內(nèi),管理人員只需在設(shè)備間內(nèi)便可完成操作和管理,工程總占地面積為144.6平方米。洗浴廢水經(jīng)原有排水管道匯集后,截流引入毛發(fā)截留井,以去除原水中的毛發(fā)纖維及塑料固形物。調(diào)節(jié)池用于均衡原水水質(zhì)水量,內(nèi)設(shè)4臺(tái)提升泵(2用2備),由時(shí)間繼電器控制啟泵,SBR反應(yīng)池內(nèi)的液位傳感器控制高水位停泵。SBR反應(yīng)池共設(shè)2座,每座SBR反應(yīng)池設(shè)2臺(tái)水下自吸式射流曝氣機(jī),1臺(tái)浮筒式潷水器。射流曝氣機(jī)直接安裝于池底,進(jìn)氣管頂端設(shè)消音器,設(shè)備運(yùn)行時(shí)噪音很小,傳質(zhì)效果較好,充氧效率可達(dá)到16%～22%。浮筒式潷水器通過四組滑輪固定于兩端的導(dǎo)軌上,在潷水器內(nèi)水泵壓力排水(揚(yáng)程8m)的過程中,利用水的浮力,潷水器本身隨水位變化沿導(dǎo)軌上下移動(dòng),其收水口始終淹沒于水面下20cm處。出水管采用波紋管實(shí)現(xiàn)變形,撇水最低水位處設(shè)固定支架,防止已沉淀的活性污泥排出。

　　該工程處理設(shè)備由電氣自控系統(tǒng)程序化周期運(yùn)行,設(shè)計(jì)每天運(yùn)行4個(gè)周期,每周期6h。第一個(gè)SBR反應(yīng)池第一周期開始時(shí)間定為5:00,第二個(gè)SBR反應(yīng)池第一周期開始時(shí)間延后1h。各過程的歷時(shí)和相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行均按事先編制并可調(diào)整的程序,由繼電器集中自動(dòng)控制。在每個(gè)周期中,提升泵進(jìn)水約1h左右停止,在進(jìn)水階段采用限制曝氣,以利于提高反應(yīng)階段混合液的基質(zhì)濃度和抑制絲狀菌污泥膨脹,同時(shí)維持缺氧 厭氧狀態(tài),促進(jìn)聚磷菌釋放磷;反應(yīng)階段連續(xù)曝氣3h,活性污泥在好氧狀態(tài)下充分降解有機(jī)物、硝化和攝取磷;沉淀階段1h,此時(shí)的SV(污泥沉降比)達(dá)到15%左右,不易發(fā)生污泥膨脹;出水和閑置階段共1h。中水池貯存處理后出水,用于中水水量調(diào)節(jié),同時(shí)起到消毒接觸池的作用,以保證消毒接觸時(shí)間大于30min。中水池內(nèi)設(shè)2臺(tái)潛污泵,變頻控制向?qū)W生公寓供水,并設(shè)自來水緊急補(bǔ)水管道,以備假期浴室關(guān)閉或設(shè)備檢修時(shí)向中水池補(bǔ)水。浸于水中的機(jī)械設(shè)備均安裝自耦裝置,以利于提升檢修。

　　4.1.4　調(diào)試運(yùn)行及處理效果

　　該工程于2003年3月開工,到4月底完成了全部土建施工及處理設(shè)備的安裝,隨后進(jìn)行活性污泥培養(yǎng)。接種污泥取自石家莊市橋西污水處理廠污泥脫水機(jī)房的干化污泥,含水率60%左右,每座SBR反應(yīng)池投加干污泥1200kg,注入原水后進(jìn)行連續(xù)曝氣。其間用100ml量筒取水樣觀測SV,當(dāng)SBR反應(yīng)池內(nèi)混合液中出現(xiàn)少量活性污泥絮體時(shí),停止曝氣,靜置沉淀后上清液排至室外污水管道,然后重新進(jìn)水、曝氣。約1個(gè)月左右,觀測到混合液的SV達(dá)到8%～12%。此后按設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間3h曝氣,沉淀1h,潷水器出水經(jīng)過過濾器排出,投加消毒劑,檢測此時(shí)的出水水質(zhì)。8月初各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,通過驗(yàn)收并正式投入中水沖廁回用。

　　4.1.5運(yùn)行管理

　　由于該工程的主要處理構(gòu)筑物均為地埋式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),因此一定要做好土建工程的主體防水,并做好水下處理設(shè)備的預(yù)埋件,特別是調(diào)節(jié)池池底提升泵基礎(chǔ)支座,SBR池內(nèi)曝氣機(jī)及潷水器導(dǎo)軌固定支座等,嚴(yán)禁鑿洞后補(bǔ),以免池體漏水。

　　調(diào)節(jié)池、SBR反應(yīng)池及中水池均應(yīng)合理設(shè)置各自的溢流管道,以確保系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行。

　　過濾器應(yīng)及時(shí)進(jìn)行反沖洗。本工程在正式運(yùn)行20多天后,發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)下降,主要是懸浮物增多,及時(shí)反洗后水質(zhì)重新達(dá)標(biāo)。且過濾器的反沖洗排水應(yīng)設(shè)置固定的排放管路,本工程利用處理后中水作為反沖洗水源,排水接入調(diào)節(jié)池,二次加壓水泵兼做反沖洗水泵,降低了設(shè)備投資。

　　該工程的毛發(fā)截留井起初按標(biāo)準(zhǔn)圖集98S7只做了一道濾網(wǎng),在調(diào)試運(yùn)行中出現(xiàn)了調(diào)節(jié)池提升泵和SBR反應(yīng)池內(nèi)曝氣機(jī)堵塞現(xiàn)象,后又增設(shè)兩道空隙寬度為2mm細(xì)格柵,截留效果較好,但要及時(shí)進(jìn)行人工清理。

　　由于該校寒暑假期間浴室基本關(guān)閉,每周只開放一天,在此期間(約40d)中水處理站需隔天運(yùn)行一個(gè)處理周期。經(jīng)過今年一個(gè)暑假的間歇運(yùn)行表明,基本維持了SBR反應(yīng)池內(nèi)活性污泥的生物活性,暑期結(jié)束后2～3d能迅速達(dá)到連續(xù)運(yùn)行的條件。

　　4.1.6結(jié)語

　　(1)SBR工藝處理洗浴廢水,由于原水中有機(jī)物濃度較低,但是BOD/COD=0.48左右,其可生化性尚好,因此關(guān)鍵是確定好反應(yīng)階段的曝氣時(shí)間和溶解氧濃度。本工程設(shè)計(jì)曝氣時(shí)間為3h,需氧量為1.5～2.5kgO2/kgBOD,控制好氧工序DO在2.5mg/l左右,并選擇合適的曝氣機(jī)。

　　(2)根據(jù)學(xué)校類建筑用水的特點(diǎn):中水原水(洗浴廢水)在某一時(shí)段內(nèi)(5h)集中連續(xù)排放,而SBR反應(yīng)池進(jìn)水并不連續(xù),屬于低負(fù)荷間歇進(jìn)水方式,因此調(diào)節(jié)池的容積要根據(jù)水量平衡計(jì)算確定(見圖1),本工程調(diào)節(jié)池容積為原水日處理水量的2/3。

　　(3)沖廁用水量在時(shí)間上也存在很大的不均衡,而SBR出水并不連續(xù),因此本工程設(shè)計(jì)SBR的出水階段在用水高峰時(shí)段之前。由于夜間停止用水,因此可利用SBR夜間的2個(gè)反應(yīng)周期的出水,為第二天早晨的用水最高峰時(shí)段貯備充足的水量(見圖2),使SBR反應(yīng)池的實(shí)際運(yùn)行方式更接近實(shí)際需要和廢水排放情況,同時(shí)中水的供應(yīng)采用定壓變流量變頻供應(yīng)。系統(tǒng)自控采用繼電器控制與人工控制來實(shí)現(xiàn),一般為自動(dòng)運(yùn)行,出現(xiàn)問題時(shí)自動(dòng)報(bào)警,故障排除后仍按照設(shè)計(jì)時(shí)段自動(dòng)運(yùn)行。

　　(4)學(xué)校每年寒暑假期間,原水水量較小且不連續(xù)排放,應(yīng)安排合理的運(yùn)行以維持污泥的活性。

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