污水处理厂尾水再生回用的技术与经济分析

谢鹏

摘要：中水回用作为解决我国水资源短缺和水环境污染的战略性举措，在推进可持续发展起着举足轻重的作用。再生水是指将城市污水经深度处理后得到的可重复利用的水资源。污水中的各种污染物，如有机物、氨、氮等经深度处理后，其指标可以满足农业灌溉、工业回用、市政杂用等不同用途。在目前我国水资源短缺的状况下，开发和利用再生水资源是对城市水资源的重要补充，是提高水资源利用率的重要途径。随着我国经济发展速度的不断加快，城市人口的不断增加，再生水资源的开发与利用在构建资源节约型社会、保护水资源和实现社会经济的可持续发展上具有日益突出的地位和作用。

关键词：集中污水处理厂；再生；回用；技术；经济

中图分类号：C35文献标识码： A

长期以来，受人们对再污水处理厂尾水再生认识程度的限制，再生水资源的价值没有得到应有的体现，再生水资源市场难以形成，其开发与利用受到了很大的限制。再生水资源中蕴含的巨大经济效益、社会效益和环境效益缺乏有效的方法加以评价，并由此导致再生水回用项目缺少吸引资金的内在动力，最终影响到水资源可持续利用的实现。因此，对再生水资源经济价值的进行研究，建立合理的评价方法和评价体系，对保护水资源、促进再生水资源开发与利用不断深入、完善再生水水价体系及促进再生水资源市场形成等，都具有重要的理论与实践意义。

一、技术经济分析

1低水质回用

1.1混凝+ 沉淀+ 过滤+ 消毒

以污水厂二级出水为原水, 以满足低水质回用途径为目标, 国内应用的处理工艺有: 混凝/沉淀/过滤/消毒工艺、混凝/过滤/消毒工艺、微絮凝/滤布滤池/消毒工艺、混凝/气浮/纤维球过滤/消毒工艺等。这类工艺的处理成本都较低, 出水水质均可满足低水质回用途径的水质要求, 其中混凝/沉淀(澄清) /过滤/消毒是这类工艺中最具代表性的,工艺成熟、出水水质稳定, 能有效去除二级出水中尚存的胶体物质、部分重金属、有机污染物和细菌, 有资料表明该工艺对浊度的去除率为73% ~ 88% , 对SS的去除率为60% ~ 70% , 对色度的去除率为40% ~ 60% , 对BOD5 的去除率为31% ~ 77%, 对COD的去除率为25% ~ 40%, 对总磷的去除率为29% ~ 90%, 出水水质可以满足市政杂用、工业冷却水及景观用水水质标准, 是目前我国中水回用工程中最常用的工艺。

混凝/沉淀(澄清) /过滤/消毒工艺的投资与处理费用较低, 根据目前中水回用工程的实践, 其单位水处理投资一般为800~ 1 000 元/m3, 处理成本为0. 5~ 0. 8元/m3。

1.2曝气生物滤池

以城市污水为原水, 以满足较低水质回用途径为目标, 处理工艺以简约紧凑的曝气生物滤池为核心工艺。

曝气生物滤池的最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体, 节省了后续二次沉淀池, 具有投资少、运行费用低、占地面积小、处理效率高、出水水质好等优点。曝气生物滤池最初用于污水的三级处理, 后发展成直接用于二级处理 , 目前曝气生物滤池已直接应用于城市污水的处理回用, 且呈现出良好的应用前景, 如德国的HERFORD 污水厂和大连马栏河污水处理厂均采用曝气生物滤池 , 其出水水质可达到生活杂用水标准, 适用作绿化、工业冷却水及景观用水。

根据工程实践, 该模式的单位水处理投资为1 600~ 2 000 元/m3, 处理成本为1. 0~ 1. 5 元/m3。对于拟建的城市污水厂, D模式无疑是一种经济的污水处理与再生回用方式。

2较高水质回用

2.1膜生物反应器

以城市污水为原水, 对其直接处理回用,以获得较高的回用水水质, 代表性处理工艺为膜生物反应器。膜生物反应器具有许多常规工艺无法比拟的优势, 有效克服了与污泥沉降性能有关的限制条件, 并起到了取代二沉池的作用, 同时还能达到澄清和除菌的目的, 对主要污染物(如COD )去除率>93%, 出水悬浮物和浊度近于零, 水质良好且稳定,优于生活杂用水水质, 适用作工业冷却水及对回用水品质要求较高区域的生活杂用、景观用水。

膜生物反应器以其出水水质好、设备紧凑、占地面积小等优点在污水再生回用中愈来愈受到重视。不过, 由于膜生物反应器能耗高、膜造价高且易污染等问题, 限制了其在城市污水处理方面的应用及规模[ 11~ 14 ] , 大部分应用于城市污水处理的膜生物反应器处理能力≤3 785 m3 /d。

目前, 膜生物反应器处理城市污水的投资为2 000~ 3 000 元/m3, 处理成本为1. 7~ 2. 3 元/m3。Dav is等认为随着膜组件费用的下降, 采用膜生物反应器的污水处理厂规模不久可达到5×104 m3 /d。目前, 我国尚无大规模采用膜生物反应器的污水处理厂。

2.2连续式微滤+ 消毒

以二级出水为原水, 以满足较高水质回用途径为目标, 其处理工艺以对悬浮固体、细菌等去除率高的膜技术为核心, 连续式微滤( CMF) + O3 消毒工艺是这类处理工艺中较典型的一种。与传统工艺相比, CMF 工艺在去除SS 、浊度以及卫生学指标方面表现得更为卓越, 辅以臭氧脱色, 可以获得较高品质的回用水, 出水中的SS 与细菌几乎为零, 适合对中水的部分水质指标(色度、嗅味、pH、大肠杆菌等)要求高的居住区生活杂用。

该工艺的投资与处理成本高于传统“老三段”工艺, 单位水处理投资为2 000~ 3 000 元/m3, 处理成本为1. 0~ 2. 0 元/m3。国内采用CMF+ O3 消毒工艺的还很少, 天津纪庄子中水回用工程( 5 × 104m3 /d)中采用CMF+ O3 工艺的处理规模为2 × 104m3 /d, 供居住区回用 。

3高水质回用

3.1连续式微滤+ 反渗透+ 消毒

以二级出水为原水, 以满足高水质回用途径为目标, 出水水质达到饮用水标准, 甚至优于国家饮用水标准。该模式的处理工艺有: 脱碳预处理/石灰澄清/碳酸化/过滤/反渗透( RO ) /后续除二氧化碳/消毒、石灰再碳酸化处理/粒状活性炭吸附/消毒、微滤( CMF) /反渗透( RO )等。其中, CMF + RO工艺以其处理工艺简单、出水水质稳定、优良而具有良好的发展前景, 在去除盐分的同时还去除了水中所有的细菌、病毒、重金属和有机污染物等, 出水水质优于饮用水标准, 可广泛应用于工业纯水、锅炉补水、居住区杂用、工业冷却水、景观用水及一切除饮用以外的用水, 极大地拓宽了回用水的使用范围。

此模式的投资与处理成本是非常昂贵的, 单位水处理投资为2 700~ 3 700元/m3, 处理成本为2. 7~ 3. 2元/m3。由于处理成本较高, CMF+ RO 工艺在国内的应用还很少, 天津开发区的新水源一厂是国内首家采用该工艺的水厂。

4生活杂用、环境用水（小区中水回用）

是小区污水再生回用方式, 也是就地收集回用的形式, 污水处理中小区的概念泛指居民住宅区、疗养院、商业中心、机关学校等由一种功能或多种功能构成的相对独立的区域, 原水为生活污水,处理规模< 4 000 m3 /d。我国小区污水再生回用模式尚处于探索与试验阶段 , 目前有应用的主要是以生物接触氧化法、生物转盘、氧化沟、SBR、曝气生物滤池等为核心处理单元的系列工艺以及膜生物反应器, 处理成本为0. 8~ 2. 9 元/m3。

考虑到居民使用中水的卫生健康、心理接受程度, 以及随着生活水平提高对回用水水质要求的提高, 工艺紧凑、能大幅去除有机污染物和细菌及病毒、出水水质好的膜生物反应器, 将在小区污水再生回用中具有广泛的应用前景。

5生活杂用（楼宇中水回用）

生活杂用多数指是楼宇中水回用模式, 指一栋或几栋建筑物内的污水再生回用形式, 原水一般是优质杂排水、杂排水和生活污水, 回用途径主要是冲厕、清扫、绿化、冷却水等, 处理工艺主要有直接过滤和以生物接触氧化法、生物转盘、曝气生物滤池等为核心处理单元的系列工艺以及膜生物反应器等 , 处理成本为0. 5~ 1. 7 元/m3。目前, 国内楼宇中水回用的工程实例较多, 多数缺水城市的商业、宾馆水价> 2元/m3, 一些城市已达到3~ 6 元/m3, 对于尚未纳入城市中水系统的大型商场、宾馆、饭店等采用G 模式具有很大的经济效益与环境效益。

结语

大型城市污水处理厂与再生水厂的一次性投资大、建设周期长, 对我国而言, 无法在短期内建设足够的城市污水厂与再生水厂来减少污水排放量与增加回用水量。而且, 以回用为目标的污水处理规模未必越大越经济, 小规模的污水处理与回用系统由于输水距离短, 具有一次性投资少、建设周期短与见效快等优点, 已得到广泛的关注, 小区中水回用与楼宇中水回用是城市污水集中处理回用的必要补充, 在我国的城市中水回用中将长期地发挥重要作用。

参考文献

[1] 赵传义,王丽萍.徐州荆马河污水处理厂A~2/O工艺调试运行[J]. 西南给排水. 2005(06)

[2] 肖锦主编.城市污水处理及回用技术[M]. 化学工业出版社,2002

[3] 付丽丽.砾石接触氧化法对生活污水处理及回用研究[D]. 东北师范大学 2006