城市污水资源再生利用技术

郑州大学化工与能源学院 史远通 靳云鹤

城市污水资源再生利用技术

郑州大学化工与能源学院 史远通 靳云鹤

目前我国已制定了污水再生利用系列标准，为再生水利用于不同的对象提供了技术选择依据。实际工程中应根据国内外技术发展现况和国内污水再生利用工程经验，针对再生水使用对象和国家再生水水质标准，选择相应的处理技术和工艺。但由于我国污水再生产业还处于起步阶段，国家建设资金极端缺乏、价格体系不健全、缺乏鼓励污水再生利用的政策，严重影响了城市污水再生利用的产业化进程。因此，研究污水再生利用的运营机制、管理体制和激励机制，是加快城市污水再生利用产业化进程的重要问题。

一、再生水用于城市杂用

根据《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准（GB/ T18920－2002），城市杂用水包括城市绿化、建筑施工、洗车、道路洒水、厕所冲洗用水等。

根据《城市污水再生利用 生活杂用水水质》标准，每升再生水中总大肠菌群数不应超过3个，因此需要足够的投氯量并延长消毒时间，以保证病毒或寄生虫卵灭活或死亡。亦可采用其他消毒方法，但一定要保证输水布水系统管网末端的余氯不小于0.2mg/L。因此，再生水作为城市杂用水时，技术选择上首先应提高二级生物处理在低温条件下的硝化效果，然后在深度处理技术选择时采用过滤技术（包括砂滤、机械过滤、快滤等）。过滤前一般应投加混凝剂或助凝剂，如采用混凝沉淀过滤、微絮凝过滤、磁共沉等技术，最后对出水进行消毒技术处理。

二、再生水用于景观环境用水

根据《城市污水再生利用 景观环境用水水质》标准（GB/ T18921－2002），景观环境用水包括观赏性景观环境用水和娱乐性景观环境用水，水体分为河道、湖泊和水景三类。景观环境用水的关键是控制富营养化，因此，需尽可能降低再生水中的氮、磷含量，同时必须保持水体的流动。景观环境用水标准中要求，对于完全使用再生水作为景观河道类水体水停留时间宜在5天之内，湖泊类水体水温高于25℃时水体静止停留时间不宜超过3天。但再生水用于景观环境水体一般都是在地表水供用不足地区，同时河道和湖泊一次换水量较大，使得从控制水体富营养化角度考虑提出的上述水体流动要求难以实现，因此，目前部分地区（如北京）提出高品质再生水的要求，即将再生水质提高到类似地表水Ⅳ标准。

综上分析，二级处理出水难以满足景观环境用水水质要求，再生水处理需进一步去除BOD和SS，尽可能地降低氮和磷，并进行相应的消毒处理。因此，在再生水处理技术选择中，应首先提高二级处理过程的生物脱氮和硝化效果，如采用多级A/O技术、增加缺氧段停留时间、提高内回流比、在好氧池中增加填料等，再生水处理采用反硝化滤池技术。对于BOD、SS和TP的去除，再生水处理可选择混凝沉淀过滤、微絮凝过滤、磁共沉等技术，以满足景观环境用水水质标准要求；在北方城镇水体地表水供用不足地区，应提高再生水的水质，可选择膜技术，包括MF、UF、RO和MBR技术。对于浊度的改善可选择活性炭吸附和臭氧氧化技术。消毒可选择臭氧消毒、紫外线消毒或氯消毒。工程中应对上述技术进行优化组合，从控制水体富营养化角度可选择“强化二级处理+臭氧氧化+曝气生物滤池+反硝化滤池+消毒”的技术路线，或“强化二级处理+膜技术+消毒”的技术路线。

三、再生水用于工业用水水源

根据《城市污水再生利用 工业用水水质》标准（GB/ T19923－2005），工业用水包括冷却用水、洗涤用水、锅炉补给水和工艺与生产用水。比较工业用水水质标准与排放标准，可以发现，主要水质指标如COD、BOD、氨氮和总磷等一级A排放可满足工业用水水质要求，一级B排放尚需后续处理去除BOD约50%，去除氨氮≥20%。再生水用于冷却用水和锅炉补水时，若水质不能满足需要，将会影响系统的运行，导致结垢、腐蚀、生物增长等。结垢是由残余的有机物、钙及镁盐的沉积造成的。再生水中的高TDS、溶解性气体及高氧化态金属会导致锅炉和冷却系统腐蚀。同时，为防止结垢和腐蚀，还应对铁、锰、氯、二氧化硅含量，及硬度、碱度、硫酸盐、TDS和粪大肠菌群数进行控制。根据上述分析，再生水作为工业用水水源可选择强化二级处理技术（如在曝气池添加填料，提高硝化效果），后续处理可采用“混凝沉淀过滤+消毒”的技术，也可采用膜技术来提高处理效果并同时去除二级处理出水中的重金属，但“膜处理+消毒”技术工程投资和运行费用都较高。防止结垢、腐蚀一般采用化学法及沉淀法，如加酸酸化或加阻垢剂（如铬酸盐、多磷酸盐）等。

四、再生水用于农业

根据《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》（GB/ T20922－2007），农田灌溉用水包括纤维作物、旱地谷物、油料作物、水田作物和露地蔬菜等灌溉用水。将再生水用于农业灌溉，应确保卫生安全，并防止土壤退化或盐碱化等。含盐量是再生水用于农业灌溉最重要的水质指标之一，标准中规定了非盐碱土地区及盐碱土地区的含盐量标准。另外，还应防止重金属及有害物质在土壤中富集，并通过食物链积累于农作物中。如果再生水采用喷灌，尚需要控制悬浮物，以防堵塞喷头。对于纤维作物、旱地谷物和油料作物用水，二级处理加消毒即可满足要求；对于水田作物和露地蔬菜用水，需采用常规二级处理加混凝、沉淀、过滤等补充处理技术才能达标。

五、再生水用于地下水回灌

根据《城市污水再生利用 地下水回灌水质》标准（GB/ T19772－2005），地下水回灌包括地表回灌和井灌两种。井灌对水质的要求比地表回灌要高。再生水回灌于地下含水层，补充地下水，用以防止因过量开采地下水而造成的地面沉降和海水侵入，而且回灌于地下的再生水可能将被重新提取用作农业灌溉用水或生活饮用水水源。城镇污水处理厂的二级出水仍可能含有有机微污染物、痕量重金属、粪大肠菌、致病菌或病毒等有害物质。为防止对地下含水层的污染，提供清洁水链，对于地下水回灌的再生水水质要求较其他回用领域要严格。在地下水回灌再生处理技术选择中，需要采取多种单元技术组合才能满足回灌地下水水质要求。目前较常选择的技术有多层滤料过滤、臭氧氧化、反渗透、氯化、硅藻土过滤、混凝沉淀、活性炭吸附。消毒技术有臭氧消毒和氯消毒。

城市污水再生利用的工程设计，应对再生水水源的现状水质特性、污染物构成进行详细调查或测定，做出合理的分析预测；应切合实际并安全可靠地确定再生水水源水质和再生处理水质要求，采用不同的单元工艺组合，优化工艺设计参数。本文对污水资源的再生利用技术进行了一些探讨，期待能对城市污水有效利用有所裨益。