污水處理廠尾水再生回用的技術與經濟分析

謝鵬

摘要：中水回用作為解決我國水資源短缺和水環境污染的戰略性舉措，在推進可持續發展起著舉足輕重的作用。再生水是指將城市污水經深度處理后得到的可重復利用的水資源。污水中的各種污染物，如有機物、氨、氮等經深度處理后，其指標可以滿足農業灌溉、工業回用、市政雜用等不同用途。在目前我國水資源短缺的狀況下，開發和利用再生水資源是對城市水資源的重要補充，是提高水資源利用率的重要途徑。隨著我國經濟發展速度的不斷加快，城市人口的不斷增加，再生水資源的開發與利用在構建資源節約型社會、保護水資源和實現社會經濟的可持續發展上具有日益突出的地位和作用。

關鍵詞：集中污水處理廠；再生；回用；技術；經濟

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

長期以來，受人們對再污水處理廠尾水再生認識程度的限制，再生水資源的價值沒有得到應有的體現，再生水資源市場難以形成，其開發與利用受到了很大的限制。再生水資源中蘊含的巨大經濟效益、社會效益和環境效益缺乏有效的方法加以評價，并由此導致再生水回用項目缺少吸引資金的內在動力，最終影響到水資源可持續利用的實現。因此，對再生水資源經濟價值的進行研究，建立合理的評價方法和評價體系，對保護水資源、促進再生水資源開發與利用不斷深入、完善再生水水價體系及促進再生水資源市場形成等，都具有重要的理論與實踐意義。

一、技術經濟分析

1低水質回用

1.1混凝+ 沉淀+ 過濾+ 消毒

以污水廠二級出水為原水, 以滿足低水質回用途徑為目標, 國內應用的處理工藝有: 混凝/沉淀/過濾/消毒工藝、混凝/過濾/消毒工藝、微絮凝/濾布濾池/消毒工藝、混凝/氣浮/纖維球過濾/消毒工藝等。這類工藝的處理成本都較低, 出水水質均可滿足低水質回用途徑的水質要求, 其中混凝/沉淀(澄清) /過濾/消毒是這類工藝中最具代表性的,工藝成熟、出水水質穩定, 能有效去除二級出水中尚存的膠體物質、部分重金屬、有機污染物和細菌, 有資料表明該工藝對濁度的去除率為73% ~ 88% , 對SS的去除率為60% ~ 70% , 對色度的去除率為40% ~ 60% , 對BOD5 的去除率為31% ~ 77%, 對COD的去除率為25% ~ 40%, 對總磷的去除率為29% ~ 90%, 出水水質可以滿足市政雜用、工業冷卻水及景觀用水水質標準, 是目前我國中水回用工程中最常用的工藝。

混凝/沉淀(澄清) /過濾/消毒工藝的投資與處理費用較低, 根據目前中水回用工程的實踐, 其單位水處理投資一般為800~ 1 000 元/m3, 處理成本為0. 5~ 0. 8元/m3。

1.2曝氣生物濾池

以城市污水為原水, 以滿足較低水質回用途徑為目標, 處理工藝以簡約緊湊的曝氣生物濾池為核心工藝。

曝氣生物濾池的最大特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體, 節省了后續二次沉淀池, 具有投資少、運行費用低、占地面積小、處理效率高、出水水質好等優點。曝氣生物濾池最初用于污水的三級處理, 后發展成直接用于二級處理 , 目前曝氣生物濾池已直接應用于城市污水的處理回用, 且呈現出良好的應用前景, 如德國的HERFORD 污水廠和大連馬欄河污水處理廠均采用曝氣生物濾池 , 其出水水質可達到生活雜用水標準, 適用作綠化、工業冷卻水及景觀用水。

根據工程實踐, 該模式的單位水處理投資為1 600~ 2 000 元/m3, 處理成本為1. 0~ 1. 5 元/m3。對于擬建的城市污水廠, D模式無疑是一種經濟的污水處理與再生回用方式。

2較高水質回用

2.1膜生物反應器

以城市污水為原水, 對其直接處理回用,以獲得較高的回用水水質, 代表性處理工藝為膜生物反應器。膜生物反應器具有許多常規工藝無法比擬的優勢, 有效克服了與污泥沉降性能有關的限制條件, 并起到了取代二沉池的作用, 同時還能達到澄清和除菌的目的, 對主要污染物(如COD )去除率>93%, 出水懸浮物和濁度近于零, 水質良好且穩定,優于生活雜用水水質, 適用作工業冷卻水及對回用水品質要求較高區域的生活雜用、景觀用水。

膜生物反應器以其出水水質好、設備緊湊、占地面積小等優點在污水再生回用中愈來愈受到重視。不過, 由于膜生物反應器能耗高、膜造價高且易污染等問題, 限制了其在城市污水處理方面的應用及規模[ 11~ 14 ] , 大部分應用于城市污水處理的膜生物反應器處理能力≤3 785 m3 /d。

目前, 膜生物反應器處理城市污水的投資為2 000~ 3 000 元/m3, 處理成本為1. 7~ 2. 3 元/m3。Dav is等認為隨著膜組件費用的下降, 采用膜生物反應器的污水處理廠規模不久可達到5×104 m3 /d。目前, 我國尚無大規模采用膜生物反應器的污水處理廠。

2.2連續式微濾+ 消毒

以二級出水為原水, 以滿足較高水質回用途徑為目標, 其處理工藝以對懸浮固體、細菌等去除率高的膜技術為核心, 連續式微濾( CMF) + O3 消毒工藝是這類處理工藝中較典型的一種。與傳統工藝相比, CMF 工藝在去除SS 、濁度以及衛生學指標方面表現得更為卓越, 輔以臭氧脫色, 可以獲得較高品質的回用水, 出水中的SS 與細菌幾乎為零, 適合對中水的部分水質指標(色度、嗅味、pH、大腸桿菌等)要求高的居住區生活雜用。

該工藝的投資與處理成本高于傳統“老三段”工藝, 單位水處理投資為2 000~ 3 000 元/m3, 處理成本為1. 0~ 2. 0 元/m3。國內采用CMF+ O3 消毒工藝的還很少, 天津紀莊子中水回用工程( 5 × 104m3 /d)中采用CMF+ O3 工藝的處理規模為2 × 104m3 /d, 供居住區回用 。

3高水質回用

3.1連續式微濾+ 反滲透+ 消毒

以二級出水為原水, 以滿足高水質回用途徑為目標, 出水水質達到飲用水標準, 甚至優于國家飲用水標準。該模式的處理工藝有: 脫碳預處理/石灰澄清/碳酸化/過濾/反滲透( RO ) /后續除二氧化碳/消毒、石灰再碳酸化處理/粒狀活性炭吸附/消毒、微濾( CMF) /反滲透( RO )等。其中, CMF + RO工藝以其處理工藝簡單、出水水質穩定、優良而具有良好的發展前景, 在去除鹽分的同時還去除了水中所有的細菌、病毒、重金屬和有機污染物等, 出水水質優于飲用水標準, 可廣泛應用于工業純水、鍋爐補水、居住區雜用、工業冷卻水、景觀用水及一切除飲用以外的用水, 極大地拓寬了回用水的使用范圍。

此模式的投資與處理成本是非常昂貴的, 單位水處理投資為2 700~ 3 700元/m3, 處理成本為2. 7~ 3. 2元/m3。由于處理成本較高, CMF+ RO 工藝在國內的應用還很少, 天津開發區的新水源一廠是國內首家采用該工藝的水廠。

4生活雜用、環境用水（小區中水回用）

是小區污水再生回用方式, 也是就地收集回用的形式, 污水處理中小區的概念泛指居民住宅區、療養院、商業中心、機關學校等由一種功能或多種功能構成的相對獨立的區域, 原水為生活污水,處理規模< 4 000 m3 /d。我國小區污水再生回用模式尚處于探索與試驗階段 , 目前有應用的主要是以生物接觸氧化法、生物轉盤、氧化溝、SBR、曝氣生物濾池等為核心處理單元的系列工藝以及膜生物反應器, 處理成本為0. 8~ 2. 9 元/m3。

考慮到居民使用中水的衛生健康、心理接受程度, 以及隨著生活水平提高對回用水水質要求的提高, 工藝緊湊、能大幅去除有機污染物和細菌及病毒、出水水質好的膜生物反應器, 將在小區污水再生回用中具有廣泛的應用前景。

5生活雜用（樓宇中水回用）

生活雜用多數指是樓宇中水回用模式, 指一棟或幾棟建筑物內的污水再生回用形式, 原水一般是優質雜排水、雜排水和生活污水, 回用途徑主要是沖廁、清掃、綠化、冷卻水等, 處理工藝主要有直接過濾和以生物接觸氧化法、生物轉盤、曝氣生物濾池等為核心處理單元的系列工藝以及膜生物反應器等 , 處理成本為0. 5~ 1. 7 元/m3。目前, 國內樓宇中水回用的工程實例較多, 多數缺水城市的商業、賓館水價> 2元/m3, 一些城市已達到3~ 6 元/m3, 對于尚未納入城市中水系統的大型商場、賓館、飯店等采用G 模式具有很大的經濟效益與環境效益。

結語

大型城市污水處理廠與再生水廠的一次性投資大、建設周期長, 對我國而言, 無法在短期內建設足夠的城市污水廠與再生水廠來減少污水排放量與增加回用水量。而且, 以回用為目標的污水處理規模未必越大越經濟, 小規模的污水處理與回用系統由于輸水距離短, 具有一次性投資少、建設周期短與見效快等優點, 已得到廣泛的關注, 小區中水回用與樓宇中水回用是城市污水集中處理回用的必要補充, 在我國的城市中水回用中將長期地發揮重要作用。

參考文獻

[1] 趙傳義,王麗萍.徐州荊馬河污水處理廠A~2/O工藝調試運行[J]. 西南給排水. 2005(06)

[2] 肖錦主編.城市污水處理及回用技術[M]. 化學工業出版社,2002

[3] 付麗麗.礫石接觸氧化法對生活污水處理及回用研究[D]. 東北師范大學 2006