国内外污水再生利用发展分析

专题水工业市场2010年第8期国内外污水再生利用发展分析一、国内外再生水利用现状近十年来，为了应对人口增长和城市化所导致的不断加剧的水荒以及日益严厉的污染状况，污水再生利用在全世界范围内呈现显著增长趋势。很多国家设定了污水再生利用的目标，用再生水取代部分淡水供应。表1是美国等国家污水再生利用现状和目标。从表1中可以看出，以色列和新加坡在实施污水再生利用方面是两个领先的国家。在新加坡，再生水被用作饮用水和非饮用水。在以色列，再生水主要用于农业灌溉。美国、澳大利亚和欧洲在污水再生利用项目实施和相关的研究活动方面都非常积极，水资源再生利用量稳步增长，并为未来设定了较高的污水再生利用目标。同样，日本和韩国的再生水回用量也在稳步增长，两国政府积极推动污水再生利用计划。印度有长期使用污水（处理后和未处理污水）进行农业灌溉的历史，工业回用是新兴的趋势。在香港和台湾，污水回用处于实施初期，目前仅有几座小型水再生处理项目正在试运行。但是，两地水务已经将污水再生利用纳入其水资源综合管理计划，表明了再生水在未来水行业管理中的重要性。北京根据地区水资源现状及规划，确定了“五水联调”方针，是指通过对密云水库等地表水、南水北调水、再生水、雨洪水以及地下水的一体化调度，优化水资源的供给配置，形成循环水务体系。为了有效实现这一目标，北京排水集团正在全面实施将中心城污水厂升级改造为高品质再生水厂工程。升级改造后，出水主要指标将达到地表水IV类标准，向城市河湖环境、工业、绿化等领域提供高品质再生水8亿立方米/年，占全市水资源需求量的20%。工程建设规模243万立方米/日，配套调水管线80公里，总投资约90亿元。二、再生水发展的动力从目前形势来看，推动再生水行业不断前进的原因主要体现在以下几点。1、水量需求不断增加。人口不断增长使世界性的水荒在不断蔓延，这点在发展中国家昀为突出。即使发达国家人口增长出现负值，城市化的进程也会带来水资源的紧张。在这种形势下，必须开发新的水源，而污水再生利用因为其诸多优点，越来越被认作是一种重要的水资源。目前在很多地区都采纳了更为综合性的水资源规划和管理方式。新加坡采纳的“国家四大水喉”战略便是颇具代表性的范例，该战略整合了集水区水、进口水、再生水和淡化水四种水源，以满足国家的用水需求。2、水资源逐渐减少。近些年来干旱频发，以澳大利亚为例，截文/张文超　张建新　白宇　甘一萍（高碑店污水处理厂科技研发中心　100022）地区污水利用现状和目标美国日再生水产量：980万立方米/日（约为污水产生量的6%）年预估增长率为15%澳大利亚日再生水产量：60万立方米/日污水回用量占供水量的百分比从1996/97年间的1%增长至2004/05年间的4%欧洲日再生水产量：260万立方米/日（约为污水产生量的2.4%）2025年，水再生利用率提高70%（与2005年相比）以色列日再生水产量：96万立方米/日（约为污水收集量的70%）到2020年，100%的生活污水实现再生利用，即满足50%的灌溉用水需求新加波日再生水产量：29万立方米/日到2011年，全国30%的用水需求依靠再生水得到满足日本日再生水产量：55万立方米/日（污水产生量的1.5%）韩国日再生水产量：136万立方米/日（污水产量的7.7%）污水回用率从2000年的2.9%增长至2003年的5.4%，到2006年达到7.7%表1　美国等国的再生水现状和目标污水再生利用的产业政策与技术研究水工业市场2010年第8期至2009年，已出现了长达10年的干旱，致使国内水资源急剧下降。污水再生利用现在已经被认为是解决气候变化导致的水资源严重短缺问题的一种可能的解决方案，尤其是2000年至2003年的大旱肆虐之后，澳大利亚500多座城市污水处理厂开始进行污水再生处理，以减缓政府施行的限水政策的影响。以色列也实施了含水层蓄水回采计划，提供多年再生水储存，可供干旱年份作为农业灌溉用水。3、环境政策日趋严格。以美国南湾水资源循环利用项目为例，环境保护署限制圣何塞/圣克拉拉污水处理厂在夏季将出水排入旧金山湾，以便保护几种濒危物种赖以生存的盐碱滩栖息地。对此，该厂不得不进行污水再生处理，将再生水配送给附近的卫生区回用，保证夏季实现“零排放”。此时污水再生利用是应对严格环境政策的备选方案。在某些情形下，由于实行了严格的出水排放标准，对于将出水排入当地水体的传统方式，污水再生利用成为一种经济的替代方案。例如，地表水排放为了避免水体恶化，现在常常要求进行营养物去除。北京已经全面实施将中心城污水厂升级改造为高品质再生水厂工程。升级改造后，出水主要指标将达到地表水IV类标准，向城市河湖环境、工业、绿化等领域提供高品质再生水。为污水处理厂排放寻找一种经济的解决方案并满足环保约束条件，已经成为世界多国实施污水回用项目的主要驱动力之一。4、经济所需。对于工业用户来说，现在生产用水消耗成本已经很高，使用再生水进行生产会获得更大的收益，尤其像北京这样的缺水城市，已经从政策上禁止使用自来水进行生产。即使南水北调来水后，再生水的利用还是会节省大部分资金。三、再生水生产工艺发展表2是国外不同利用途径的再生水工艺。从表中可以看出，大多数国家或者地区昀普遍的做法是通过增加过滤和消毒装置将现有二级处理设施升级为三级处理设施。但是，随着再生水需求不断提高，对再生水水质也提出了更高的要求并有更严格的标准出现。再生水生产采用集成处理工艺已成为一种昀新的发展趋势。这些技术可以保障公众健康，满足严格的水质要求，使再生水可用于溪流等景观水体和地下水并进入直接和间接饮用等更为广泛的领域。近些年来，国外对再生水的水质安全非常重视且要求日益严格，多采用多级技术单元组合保障体系生产再生水，从而有效保证再生水的使用安全。一些发达国家污水处理厂建设较早，再生水厂多采用在污水厂流程基础上新建形式。欧洲等项目名称处理规模工艺方案清河47扩建（15万吨）：MBR+臭氧现有设施改造+反硝化滤池+膜过滤+臭氧卢沟桥10曝气生物滤池＋砂过滤＋臭氧北小河4MBR+臭氧酒仙桥14曝气生物滤池＋滤布滤池＋臭氧吴家村4曝气生物滤池＋滤布滤池＋臭氧方庄4MBR+臭氧小红门60曝气生物滤池＋膜过滤+臭氧高碑店100现有设施改造+反硝化滤池+膜过滤+臭氧表3　北京中心城8座新建再生水厂规模及工艺回用途径美国澳大利亚欧洲以色列新加坡日本城市受限不受限S+DS+F+DS+DS+C+F+DS+DS+C+F+DS++MF+DS+F+D农业粮食作物非粮食作物S+F+DS+DS+C+F+DS+LDS+C+F+DS+LDS+F+ASR+DS+F+D休闲S+F+DS+C+F+DS+C+F+DS+C+F+D景观蓄水区S+DS+DS+DS+F+D工业冷却工艺用水S+DS+F+DS+DS+C+F+DS+DS+C+F+DS++MF+DS+F+D环境回用S+DS+DS+DS+F地下水补给S+D间接饮用水S+MF+RO+DS+MF+RO+D表2　美国等国不同途径的再生水工艺注：S=二级处理；F-过滤；D-消毒；C-絮凝；LD-泄湖滞留；ASR-含水层贮存回采；MF-微滤；RO-反渗透专题水工业市场2010年第8期国家土地资源相对丰富，多段集成工艺应用较多。其单元工艺包括生物滤池、砂滤池、滤布滤池等过滤技术；MBR\MF\UF\RO等膜技术；絮凝沉淀等物理化学方法、臭氧H2O2等高级氧化技术。四、北京市再生水新建项目工艺选择目前北京市污水处理厂出水大部分是直接排入下游河道，没有得到有效利用，即使已经利用的6.5亿方再生水尚有部分未经深度处理，系二级处理直接回用，出水中氮磷营养物质和色度臭味等制约了污水再利用的范围和推广，不能作为工业用水、河湖景观用水、城市杂用水的替代水源。北京水务目前正在积极推进两个转变，将北京市的水资源进行合理配置，并积极新建再生水厂，提高再生水的品质和安全系数。表3为中心城8座污水处理厂升级改造规模及工艺方案。从表3中可以看出，再生水工艺以生物滤池和膜技术为核心。这两项工艺的共同特点是可以节省大量占地，适合老旧水厂的升级改造。同时工艺的尾端都设有臭氧单元，可以有效去除水中的色度、嗅味和微生物指标，保障再生水使用过程中的安全性。实现水资源综合管理，提高再生水利用率，是目前全球水务发展的重要方向。环境、人口、城市化进程及经济等多种因素决定了再生水发展的必要性。北京市正在进行新建再生水厂的建设，从而满足对水资源的不断需求。有效防止膜元件系统启动时的破损。三、运行数据RO系统自07年底投运以来，已稳定运行近三年。进水电导255-995цs/cm，温度为15.9-37.9℃，波动较大。表1中有典型的系统中水和RO产水水质分析，以及对RO产水的水质要求。为排除温度对运行参数的影响，我们采用换算到25℃标准化数据来进行分析运行状况。图4、图5分别为进水压力、标准化产水量、标准化透盐率的数据。从中可以看出，在将近三年的运行中，各项运行参数都变化不大，且目前的系统脱盐率还保持在97%以上，说明膜元件性能长期稳定。RO膜元件在钢铁行业中应用，将中水处理成生产工艺用水，可降低冶金企业吨钢新水耗量。PROC10低污染膜元件在国丰钢铁的中水回用项目中运行近三年，产水水质一直符合该厂要求，运行稳定，节水节能效果显著。参考文献[1]唐山国丰钢铁网站[2]美国海德能公司《反渗透和纳滤膜产品技术手册》2010版作者联系方式谢春玲电话：[phone]邮箱：[e-mail]图4　进水压力和标准化产水量图图5　标准化透盐率图（上接第67页）