污水资源化回用工艺技术及工程应用研究

摘　要：污水回用工程是一项在国外起用的较早技术【1-2】，具有投资成本低、经济效益高、环境效益好等优点。本文针对我国目前缺水现状，简要分析介绍了污水回用的原因、现状、技术原理和回用方式，并结合北京市高碑店污水处理厂的二级出水的污水回用状况分析了污水回用的经济效益和环境效益，并得出结论：污水回用工程作为一项符合可持续发展的“绿色工程”，值得在我国深入推广使用。

关键词：中国水资源；污水资源化；污水回用；节能环保
随着国民经济的迅速发展，城市人口逐渐增加和人民生活水平逐渐提高，各种用水量亦随之增长，但与用水需求量逐年增加相矛盾的是城市可供水量的相对稀缺，客观来说，水资源短缺已逐渐成为我国众多城市发展面临的一个共同的课题[3]。城市缺水问题的解决应与城市污水处理统筹考虑，从构建循环经济的战略上将水的社会循环与自然循环有机统一。从国外发达国家在解决城市水资源短缺问题的策略来看，污水深度处理与回用事业一方面可有效改善水环境、作为城市第二水源缓解水资源供需矛盾，另一方面污水深度处理的财政负担可利用再生水的收费来补偿，这一思路对我国改善水环境、缓解水资源紧缺不吝是较为现实的途径。
1.污水资源化的意义
　　污水资源化工作归根到底是为了应对我国水资源短缺的局面而展开的，由于我国水资源具有上述几个方面的特征，因此污水资源化就显的尤为必要。污水资源化有以下几个方面的意义：（1）增加了水资源的来源，促进我国国民经济的发展。我国由于经济处于高速发展阶段，各行各业对于水资源的需求量比较大，其中农业、工业尤甚。（2）间接减少了污水的排放量，有利于环境保护。污水排入环境后，在环境中积累，往往会造成各种环境问题的产生，如赤潮、水体富营养化[4]等。通过污水的回用减少了排入环境中的污染物的量，有助于环境问题的解决。（3）符合可持续发展战略的要求。可持续发展战略要求我们“当代人的发展应在不危害后代人对环境、自然资源利用的前提下，和谐、有序、稳定的发展”。我们当代人应提高水资源的循环利用率，为后代人预留更多更清洁的水资源，促进经济、社会的可持续发展。
2.污水资源化回用工艺探讨
　　污水资源化回用方式从功能上分可以分为以下几种：（1）补充水源 ；（2）工业用水；（3）农林牧副业用水 ；（4）城镇杂用水 ；（5）景观环境用水。从以上可以看出现阶段研究污水回用不仅仅能够很大程度上解决我国的水资源短缺问题，还能够将其作为一个产业进行开发，在这方面的研究将通过工程应用实例进行说明。
2.1新型污水资源化回用处理工艺
（1）.生物处理法
　　生物处理法【6】主要指利用生物的代谢作用将污水中的各种污染物去除的过程，其中生物的种类和数量对污染物的去除中起着关键的作用。现将污水回用工艺中常用的生物处理工艺一一介绍如下：BAC（生物活性炭工艺）、曝气生物滤池等工艺。
  （1）曝气生物滤池 
　　曝气生物滤池工艺有：BIOSTYR、BIOFOR以及BIOPUR等，其原理虽然基本相同，又各有特点。在所用滤料、水流方向（进水与进气同向流、逆向流）以及单个滤池功能（硝化反硝化在同一滤池中进行与硝化反硝化在不同滤池中进行）上均各有千秋。曝气生物滤池工艺特点：
　　1）生物曝气滤池（BAF法）负荷高，效率高：一般悬浮生长活性污泥法生物脱氮除磷A2/O工艺，处理城市污水其污泥负荷为0.05~0.15kgBOD/kgMLSS·d，容积负荷0.15~0.45kgBOD/m3·d，而BAF工艺仅要求除碳时容积负荷为2~5kgBOD/m3·d，要求除氮时为0.5~2.5kgBOD/m3·d
　　2）占地小，土建投资省：BAF工艺由于负荷高，停留时间短，因此土建等投资少，占地也可节省。在土地面积有限时，BAF工艺可以充分发挥其占地省的特点。
　　3）易于运行管理，减少污泥膨胀问题：由于滤料上附着生长有较高的生物量，不需要污泥回流，因而不需要经常调整反应器内污泥量和剩余污泥排放量，易于运行的维护与管理。另外，在悬浮生长活性污泥法中，因污泥膨胀问题而导致的固液分离困难和处理效果降低一直困扰着操作管理者，而曝气生物滤池由于微生物附着生长，即使丝状菌大量繁殖，也不会导致污泥膨胀，相反还可以利用丝状菌较强的分解氧化能力，提高处理效果。
　　4）出水水质好：BAF处理出水水质，从试验资料以及国外资料可知，BOD5及SS值均可达10mg/l以下，而悬浮生长活性污泥法二级处理出水水质BOD5达10mg/l尚有可能，而SS值达到20mg/l已很困难了。
　　5）耐冲击负荷能力强：BAF具有生物膜法特点，耐冲击负荷，运行稳定，操作方便，与任何处理方法一样，
  （2）BAC（生物活性炭工艺）
  生物活性炭工艺[8-11]是指在活性炭上固定微生物, 提高活性炭的吸附容量,延长活性炭的使用寿命,增强对水中有机物的降解能力。BAC滤池对去除溶解性BOD5，NH4+-N效果较好。
  BAC工艺是以生物代谢为主，颗粒吸附为辅的原理。BAC微生物代谢主要依靠附着于活性炭层的多相的微生物群，具有生物膜法的显著特点。此外，为保持微生物活性，BAC采用较高的反冲洗速率。
（2）膜处理工艺
　　 膜工艺处理污水技术是指利用膜的吸附、机械拦阻、吸附架桥等作用，将污水中的物质去除的工艺过程。膜工艺的优点：1）纯物理处理方法，不会带来二次污染；2）处理效率高、占地省。膜处理的缺点：1）初期投资较高，但随着膜组件国产化，成本有较大幅度降低；2）运行费用较高，需增加的运行费用约1.0元/m3。
2.2污水资源化工艺
　　通常意义上来讲，污水资源化回用是指将使用过的水经过处理后再次利用的过程，这里涉及到两层含义：污水的来源是指已经利用后的水包括生活污水、工业污水以及污水处理厂处理后的出水等；还须包含一定的处理过程，我国已建的典型污水回用工程有北京高碑店（规模30万吨/天）、天津纪庄子（10万吨/天）等。从已建运行的污水中水厂中可以看出：对于常规的污水回用（水质要求不是很高的），传统的老三套（混凝、沉淀、过滤）基本上可以将水质达到杂用水标准，个别情况下须增加深度处理工艺如生物接触氧化工艺、生物吸附工艺、脱盐工艺、膜处理工艺【5】等，工艺的选择与回用水的对象有关，须综合考虑各方面因素后确定最终的工艺流程。工艺选择常须考虑的因素有回用水对象、输送距离、进水水质、经济发展水平、地方政策和产业结构等 ，其中用水对象和进水水质对其其决定性作用。用户对水质要求较高则需对水质进行深度处理，工艺选择较为局限；进水SS较高的话，往往在工艺前加一个混凝沉淀设施，确保出水的SS达标。此外，当地的经济结构对回用水也会有影响：如果以工业为主，回用水水质则较高；若仅仅用于市政杂用水和景观用水，则水质要求相对来说较低。
3.结论
　　污水资源化回用是顺应可持续发展的要求提出并展开实施的，是为人类的后代谋福利的惠民工程，综合考虑污水回用的实行具有以下几个方面的意义[6]：
  （1）减少供水压力，提升经济竞争力  水资源作为一项可重复利用的资源，充分发挥这一优势具有重大意义。
  （2）节能环保    污水回用将本应排入环境实体中的污水再次回收利用，通过深度的处理设施将其净化并重新利用，减少了排入环境中的污染物含量，进而提升了当地的环境状况。
  （3）节约供水成本  污水作为一个潜在的资源，长期以来人们总是须对其处理后排入环境中。
 
参考文献
[1] 张智，杨春 城市污水回用技术，重庆建筑大学学报2000.8
[2]《污水再生利用工程设计规范》(GB 50335-2002)2003.3
[3] 同济大学环境科学与工程学院、国家环保总局培训中心、全国污水回用研究会  污水深度处理与资源化培训讲义，2003
[4]安鼎年，张俊贞 污水回用技术国内外现状及发展远景，北京中国环保产业第3期，2003
[5]王湛主编  膜分离技术基础，北京化工出版社，2000
[6] and N. logies for Wastewater Treatment Appropriate for Reuse：Potential for