城市污水再生回用新技術

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

　　1.水資源危機原因

　　聯(lián)合國早在1977年2月就向全世界發(fā)出警告“水不久將成為一個重要的全球性危機”。如今,全世界面臨水資源危機,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、浪費嚴重等幾個方面。

　　隨著社會的迅速發(fā)展和文明的不斷進步,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,我國用水浪費嚴重,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)生設備的漏水是形成浪費的主要原因,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)結構不合理,高耗水量行業(yè)發(fā)展集中,生產(chǎn)管理水平低,生產(chǎn)用水浪費嚴重;人們思想認識模糊,缺乏危機感,節(jié)水意識差,城市生活用水、家庭用水浪費現(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)、浪費式利用、混亂式管理;水的重復利用率低,相關法律、制度不健全,都是我國水資源危機出現(xiàn)的原因。

　　應對水資源危機的主要對策:

　　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。加強環(huán)境教育,培養(yǎng)個人良好的節(jié)水習慣,避免用水浪費。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,并加強水體保護、水土保護,ＰＥ線的電位升高、可能達到幾千伏(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)定的未跳間時間內(nèi),人觸及燈具外殼時,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重要方面。

　　北京贏得了2008年奧運會的舉辦權,按照“綠色奧運,人文奧運,科技奧運”的精神,一大批場館設施建設在即;北京市危房改造工作已啟動;推行分質(zhì)用水,實現(xiàn)污水資源化是一項十分緊迫的任務,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：當以優(yōu)質(zhì)雜排水和雜排水為中水水源時因中水濃度較低，處理目的主要是去除原水中的懸浮物和少量有機物，降低水的濁度和色化學處理為主度，可采用以物理工藝流程或采用生物處理和物化處理相結合的處理工藝。如下圖：

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

　　當利用污水處理廠二級生物處理出水作為中水水源時，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，應選用物理化學處理（或三級處理），工藝流程如下圖：

　　污水廠二級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)外水處理技術的發(fā)展狀況，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、設備密閉性好、無臭味、易管理的特點。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，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，采用二級生化處理時，多采用A/O法和A²/O。第8為物化與生化處理相結合的處理流程。其中，第7和8流程中含有濾膜裝置，具有裝置小型簡單、可以間斷運行和無污泥的特點。

　　表1   典 型 處 理 流 程

序號處  理  流  程1格柵→調(diào)節(jié)池→混凝沉淀（氣?。瘜W氧化→消毒2格柵→調(diào)節(jié)池→一級生化處理→過濾→消毒3格柵→調(diào)節(jié)池→一級生化處理→沉淀→二級生化處理→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→一級生化處理→二級生化處理→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年代初總結了8種標準處理流程，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。隨著水處理機理研究的不斷深入，新的處理方法、新的構筑物、新的處理裝置和新的工藝流程會不斷出現(xiàn)。

　　3.中水工程在北京的實施

　　北京市將在以下方面改進中水利用的管理工作:

　　1)加強立法,完善中水利用的地方性法規(guī);

　　2)建立完整的水價體系,用經(jīng)濟手段推動中水利用的實施;

　　3)將推行使用中水納入城市規(guī)劃;

　　4)改革中水設施的管理體制;

　　5)加強中水利用研究,推動中水設計、建設、運行管理有序進行。

　　為解決北京市水資源嚴重緊缺的局面,北京市總體規(guī)劃提出“節(jié)流、開源與保護水資源并重”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10余座城市污水處理廠,在解決污水處理、保護環(huán)境的同時,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充,加強區(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)形式相結合的技術可行,經(jīng)濟合理,有利于中水回用政策的貫徹實施,符合城市污水資源化發(fā)展的方向。并寄希望于更多關心和愛護人類生存環(huán)境的人們在各自的領域中多作貢獻,共同推動環(huán)境保護工程朝著更加健康、科學的方向發(fā)展。

　　目前,國內(nèi)城市污水經(jīng)二級處理后再生回用于工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)的并不多。華能北京熱電廠設計容量為654/770ＭＷ,其工業(yè)用水和循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水源為高碑店污水處理廠的二級處理出水,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,已達到循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標準。

　　                 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例分析

　　SBR工藝最為典型，該工藝設備簡單,占地少,運行方便。下面我介紹一下活性污泥工藝(SBR)處理學校洗浴廢水的工程實例。

　　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)標準》(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用。

　　4.1.1工程概況

　　石家莊鐵道學院在2002年利用國家財政部的專項資金進行校園污水管網(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)標準》(GB/T18920-2002)。該工程主要包括建設中水處理站和改造三棟學生公寓的室內(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院浴室排放的洗浴廢水,水源單一,原水中有機物污染濃度較低,實測BOD=45.4mg/l,COD=93mg/l,屬于優(yōu)質(zhì)雜排水。學院浴室每天開放5h(14:00～19:00),共有160個紅外傳感淋浴噴頭,經(jīng)實測每個淋浴器平均用水量為450l/h,該浴室每天的用水量為360mg/d。此理論計算結果與浴室總水表的每天實測用水量基本一致?？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計算。

　　處理后的中水主要用于學院9#,10#,11#三棟學生公寓的沖廁,每天供水時間為6:00～23:00。學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個廁所;10#為5層男生公寓,每層2個廁所;11#為5層女生公寓,每層2個廁所。三棟學生公寓共有男生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:小便池多孔管小時用水定額為q2=160Ｌ/(m·h),供水時間t=17h。每個男廁內(nèi)小便池多孔管實測長度為2.5ｍ,總長度L=70m,則Qz2=q2tL=190.4m3/d

　　以上兩項用水量總計為: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利于實現(xiàn)水量平衡,其多余水量可利用室外中水管網(wǎng)上已預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反應池→潷水器→重力式過濾罐→消毒→中水池→沖廁。

　　該工程的處理構筑物包括毛發(fā)截留井、調(diào)節(jié)池、ＳＢＲ反應池及中水池均為埋地半封閉式聯(lián)體設置,工藝布局緊湊,主體為鋼筋混凝土結構,地面綠化。只有過濾罐和消毒裝置設置于地上磚混結構的設備間內(nèi),管理人員只需在設備間內(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4臺提升泵(2用2備),由時間繼電器控制啟泵,SBR反應池內(nèi)的液位傳感器控制高水位停泵。SBR反應池共設2座,每座SBR反應池設2臺水下自吸式射流曝氣機,1臺浮筒式潷水器。射流曝氣機直接安裝于池底,進氣管頂端設消音器,設備運行時噪音很小,傳質(zhì)效果較好,充氧效率可達到16%～22%。浮筒式潷水器通過四組滑輪固定于兩端的導軌上,在潷水器內(nèi)水泵壓力排水(揚程8m)的過程中,利用水的浮力,潷水器本身隨水位變化沿導軌上下移動,其收水口始終淹沒于水面下20cm處。出水管采用波紋管實現(xiàn)變形,撇水最低水位處設固定支架,防止已沉淀的活性污泥排出。

　　該工程處理設備由電氣自控系統(tǒng)程序化周期運行,設計每天運行4個周期,每周期6h。第一個SBR反應池第一周期開始時間定為5:00,第二個SBR反應池第一周期開始時間延后1h。各過程的歷時和相應的設備運行均按事先編制并可調(diào)整的程序,由繼電器集中自動控制。在每個周期中,提升泵進水約1h左右停止,在進水階段采用限制曝氣,以利于提高反應階段混合液的基質(zhì)濃度和抑制絲狀菌污泥膨脹,同時維持缺氧 厭氧狀態(tài),促進聚磷菌釋放磷;反應階段連續(xù)曝氣3h,活性污泥在好氧狀態(tài)下充分降解有機物、硝化和攝取磷;沉淀階段1h,此時的SV(污泥沉降比)達到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),同時起到消毒接觸池的作用,以保證消毒接觸時間大于30min。中水池內(nèi)設2臺潛污泵,變頻控制向?qū)W生公寓供水,并設自來水緊急補水管道,以備假期浴室關閉或設備檢修時向中水池補水。浸于水中的機械設備均安裝自耦裝置,以利于提升檢修。

　　4.1.4　調(diào)試運行及處理效果

　　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備的安裝,隨后進行活性污泥培養(yǎng)。接種污泥取自石家莊市橋西污水處理廠污泥脫水機房的干化污泥,含水率60%左右,每座SBR反應池投加干污泥1200kg,注入原水后進行連續(xù)曝氣。其間用100ml量筒取水樣觀測SV,當SBR反應池內(nèi)混合液中出現(xiàn)少量活性污泥絮體時,停止曝氣,靜置沉淀后上清液排至室外污水管道,然后重新進水、曝氣。約1個月左右,觀測到混合液的SV達到8%～12%。此后按設計運行時間3h曝氣,沉淀1h,潷水器出水經(jīng)過過濾器排出,投加消毒劑,檢測此時的出水水質(zhì)。8月初各項出水水質(zhì)指標均達到設計要求,通過驗收并正式投入中水沖廁回用。

　　4.1.5運行管理

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

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

　　過濾器應及時進行反沖洗。本工程在正式運行20多天后,發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)下降,主要是懸浮物增多,及時反洗后水質(zhì)重新達標。且過濾器的反沖洗排水應設置固定的排放管路,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,降低了設備投資。

　　該工程的毛發(fā)截留井起初按標準圖集98S7只做了一道濾網(wǎng),在調(diào)試運行中出現(xiàn)了調(diào)節(jié)池提升泵和SBR反應池內(nèi)曝氣機堵塞現(xiàn)象,后又增設兩道空隙寬度為2mm細格柵,截留效果較好,但要及時進行人工清理。

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

　　4.1.6結語

　　(1)SBR工藝處理洗浴廢水,由于原水中有機物濃度較低,但是BOD/COD=0.48左右,其可生化性尚好,因此關鍵是確定好反應階段的曝氣時間和溶解氧濃度。本工程設計曝氣時間為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。

　　(2)根據(jù)學校類建筑用水的特點:中水原水(洗浴廢水)在某一時段內(nèi)(5h)集中連續(xù)排放,而SBR反應池進水并不連續(xù),屬于低負荷間歇進水方式,因此調(diào)節(jié)池的容積要根據(jù)水量平衡計算確定(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),因此本工程設計SBR的出水階段在用水高峰時段之前。由于夜間停止用水,因此可利用SBR夜間的2個反應周期的出水,為第二天早晨的用水最高峰時段貯備充足的水量(見圖2),使SBR反應池的實際運行方式更接近實際需要和廢水排放情況,同時中水的供應采用定壓變流量變頻供應。系統(tǒng)自控采用繼電器控制與人工控制來實現(xiàn),一般為自動運行,出現(xiàn)問題時自動報警,故障排除后仍按照設計時段自動運行。

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

　　參考文獻

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