城市污水再生利用现状分析 城市污水再生利用现状分析

城市污水再生利用现状分析

  • 期刊名字:给水排水
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  • 论文作者:周军,王佳伟,应启锋,王洪臣
  • 作者单位:北京城市排水集团有限责任公司
  • 更新时间:2020-03-24
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论文简介

城市污水再生利用现状分折周军王佳伟应启锋王洪臣(北京城市排水集团有限责任公司,北京100061 )摘要概述了我国城市供水状况和用水结构,指出了水资源短缺引起的各种供水问题的严重性,探讨了进行污水再生利用,推进污水资源化的重大意义。详细分析了国内外污水再生利用的发展情况,包括工艺流程、设施(设备)能力、实际利用量、存在问题及原因分析、技术经济效益等内容,并结合工程实践经验提出了相应的建议。关键词污水再生利用处理工艺技术经济比较Discussion on municipal wastewater reclamationZhou Jun, W ang Jia-wei, Ying Qi-feng, W ang Hong chen( Beijing Drainage Group Co., Ld.,Beijing 100061, China )Abstract: The status of urban w ater supply consumption in this country is presented, w hich indi-cated that there are serious problems caused by w ater resources shortage, and reuse of municipal w aste-water is very important. All things dealing w ith the development of w astew ater reuse home and abroadare discussed, including the w astew ater reclamation process, equipment, the facility, the capacity,thegross utilization, the technical and economic benefits, existing problems and way to solve them. Alsosome practical suggestions are recommended.Keywords: W astewater; Reclamation; Reuse; T reat ment process; Techno-economic comparison0引言平均每年增长3% ~ 5%。目前我国特大、大城市生活从20世纪50年代中期到90年代末期,我国城.综合用水量在177~ 260.8 L/(人.d)之间;中、小城市年总供水量从9.6亿m3增加到470.5亿m',其市生活综合用水量在136~ 208 L/(人.d )之间;北中工业用水289.4亿m',占61.5% ;城市生活用水方城市用水量明显低于南方城市;居民生活用水181亿m3,占38.5%。 目前城市年总供水量已达占综合用水的50.5% ~ 79.2%。2000 年底全国640亿m3 ,2000年底日供水能力达21.8亿m',供城市平均生活用水量为220.2 L/(人d)。当前工水普及率达到96.7%。然而由于我国人均水资源业用水占城市供水总量的61.5%,到2030年将占占有量低,时空分布不均,水资源短缺现象严重。估68%~73%,表明城市水资源利用结构总体来说计目前城市用水缺水率平均为10%[1], 经济发展比是从生产、生活并重型向生产主导型转换。因此,较迅速的沿海地区缺水问题更为严重。注重城市工业节水是减缓城市水资源供需矛盾的城市工业用水由工业规模大小和工业行业结关键。构确定。工业用水中火电是第一大部门,占工业为了应对水资源供需日益尖锐的矛盾,通常采用水的25%左右,其次是造纸、化工、冶金、食品等用开发地表水,开采地下水以及跨流域调水作为解行业。城市生活用水(包括市政环境用水、商业、决方案。在传统方式之外,开发非传统水源是解决办公.事业单位用水和居民生活用水等)近几年来水资源短缺问题的另一条行之有效的途径。 在非传随着我国城市人口的增加和生活水平的提高,全国统水源中,比较制水和输水成本以及供水价格,污水再生利用以其明显的经济优势和社会效益而具有广表1 日本再生水利用工程实例阔的应用前景2]。处理流程1国内外污水再生 利用现状东京都江东地区1.1 国外的污水再生利用工业回用二级处理出水→混凝沉淀活性炭加氯回用水处理物理、化学和生物技术的进步,导致了江崎市工业回用二级处理出水 →加氯杀菌回用“污水再生利用时代”的到来[3]。美国、日本、以色东京千代田区某|杂排水→格栅油水分离- ~曝气槽→沉淀槽-一过滤槽-、楼中水回用氣消毒一冲厕列.南非、澳大利亚、俄罗斯等国早已开展污水经处东京港区某楼中杂排水+格网→膜( RD膜)处理- +活性炭吸附→氯消毒理后回用的工作4]。水回用. +冲厕(1)美国模式。美国的城市污水处理等级基本川崎市再生水用二级处理出水 →好氧滤池:→活性炎吸附-景观回用上都在二二级以上,处理率达到100%。自1920 年在于景观水体L→臭氧氧化一景观回用亚利桑那州修建第-一个分质供水系统用于浇灌绿:27 m3/d,- -般介于0.5万~1万m3/d之间。100%地、冲厕、洗车、冷却水等以来,美国的城市污水再生的生活污水和72%的市政污水已经实现再生利用,.利用已经从试验研究阶段进入生产应用阶段,其范.其中42%的再生水用于灌溉,30%回灌地下和排入围涉及农业.工业、地下水回灌和景观娱乐等方面,河道供间接回用,其余的用于工业和城市杂用。以其比例大致为62%用于各种灌溉和景观,31.5%用色列污水再生利用量在总供水量中所占的比例目前于工业,5%用于地下回灌,1.5%用于娱乐、渔业等。已超过了10%。美国再生水利用模式的突出特点是集中处理回用,(4)其它国家。表2为部分国家再生水利用情很少直接用于城市生活杂用。再生水利用工程主要况5.6]。此外阿根廷、巴西智利、秘鲁、科威特、塞分布于水资源短缺、地下水严重超采的西南部和中浦路斯、突尼斯等国都开始利用再生水,其中用于农南部的加利福尼亚、亚利桑那、得克萨斯和佛罗里达业灌溉的比例最大。等州。美国的再生水标准各州不一,并且针对不同表2部分国家再 生水利用实例的回用对象所制定的标准也不--样,但标准都很严国家城市再生水利用规模/万m2/d回用对象格。俄罗斯莫斯科55.5工业(2)日本模式。1955 年日本开始再生水利用,波兰费罗茨瓦夫17藏溉、地下水回灌墨西哥联邦区,15.5浇灌花园1978年受节能政策调整和城市水荒的影响,从中央沙特阿拉伯利雅得2石油提炼、灌溉到地方都制定了中水利用指导计划,从1980年开始印度0.015-0.025商业大楼杂用水以东京为首的中水利用设施建设迅速发展。城市污南非约翰内斯堡电厂冷却水水集中处理再生利用和分散再生利用都大量存在,纳米比亚|温得和克0.045,饮用水.其最突出的特点有两个:①分散处理并回用于城市1.2 国内的污水再生利用生活杂用的再生水所占的比例很大;②独特的工业目前我国城市污水排放量已达414亿m'/a,已水道。对工业用水道的水质各个城市都有不同的标建污水处理设施400余座,城市污水处理率达到准。此外,日本政府对供水设施建设和在水价上有30%,二级处理率达到15%。根据“十五”计划纲要较高的补贴,水价对于再生水设施建设的影响并不要求,2005年我国城市污水处理规模将超过4000是主要的。表1为日本再生水利用的几个实例及其万m3/d,城市污水集中处理率将达到45% ,这就给处理流程。城市污水再生利用创造了基本条件。(3)以色列模式。以色列再生水利用最突出的.我国的再生水利用理论研究和实践经历了“六特点是它已经把再生水作为国家水量平衡的重要组五”期间的起步阶段( 1980~ 1985),“七五”到“九五”成部分,早在20世纪60年代,就把污水再生利用列期间的技术储备和示范工程引导阶段(1986~2000)为一项国家政策。截至1987年,已建造了210个市和目前的发展阶段7,主要活动如表3所示。政再生水利用工程,规模最大为20万m3'/d, 最小为目前我国再生水的用途主要为市政杂用、工业、W表3我国城市污水再生利用 历程阶段时期研究课题重大实践项目政策法规标准规范起步阶段|六五建设部“六五”计划再北京市环保研究所中水试点 工程;生水利用课题北京国际贸易中心中水工程水污染防治及城市污北京市中水设施建设管理试行七五生活杂用水水质标准( CJ25. 1- 89 )水资源化技术以北京市为首的一批建筑小区)中|办法( 1987)污水净化与资源化水工程建设部"城市中水设施管理暂景观娱乐用水水 质标准( GB12941 - 91 );行业引导阶段|八五技术行办法"( 1995 )规范:建筑中水设计规范,污水回用设计规范污水处理与水工业关九五键技术研究行业标准再生水回用于景观水体水质标准污水资源化利用技术-些集中再生水利用工程发展阶段|十五与示范再生水利用被写人“十五”纲要国标: 建筑中水设计规范,污水回用设计规范农业、环境娱乐和补充水源水等。根据具体的使用理得当都未发生卫生问题。但是大多数地区对此仍目的和水质要求不同,水源、污水再生利用的设施和保持保守态度,如美国环保局认为,除非别无水源可技术也不同。用,尽可能不以再生水作为饮用水源9]。市政杂用主要为绿化、车辆冲洗、道路喷洒、冲表4为近年来我国北方部分城市集中污水处理厕、建筑施工和消防等用水,因与人体接触的可能性回用工程6.10.11]。较大,故需进行严格的消毒。部分工程的处理工艺如下[12]:再生水用于农业可以采用直接灌溉和排至灌溉( 1 )中国市政工程东北设计研究院与大连春柳渠或自然水体进行间接回用两种方式,需求量大,水表4我国北方部分城市集中污水处理回用工程质要求一-般也不高,是污水再生利用产业的主要需城市污水处理厂回用规模/万m2/d回用对象|起始时间求者之一。一般经二级处理的城市污水处理厂出水高碑店30电厂“冷却水.道路.绿地2000 年水质都能达到甚至超过农业灌溉用水标准。北京北小河绿化、市政、河道1995年后东郊工业1995年再生水用于工业包含两方面:工业利用再生的天津纪庄子0造纸及其他工业城市污水,工业废水的内部循环。工业对再生水的需石家庄桥西景观、河道2000年前求量很大,对水质的要求也多种多样。再生水可用于保定景观.河道| 2000年前量大面广的冷却水、洗涤冲洗用水及其他工艺低质用秦皇岛|海港区煤码头用水水,因此它最适合冶金、电力、石油化工、煤化工等工邯郸邯郸北电厂冷却水,1998年业部门的利用5]。青岛海泊河冲厕、浇酒、冷却延安西路.05洗涤用水1990年环境娱乐性用水主要为形成娱乐性或观赏性湖威海电厂冷却水和冲灰水| 1993年泊等。娱乐用水又可以分为主要接触和次要接触两枣庄景观河道大类。主要接触是指人体同水的接触是长时间的和泰安绿化河道补水、工业1995 年直接的,并且有吸人的可能,比如游泳;次要接触是指春柳河冷却.工艺用水1991年诸如划船、钓鱼和观赏等活动,一般情况下并无浸水大连傅家庄2.8浇酒道路绿地1992年马栏河工业冷却水1995年后.的可能。根据用水与人体接触的方式不同,必须采用鞍山20鞍钢工业用水不同的处理程度8]。北郊太钢高炉冷却水污水再生利用的其他方式还包括地下水回灌和太原南堰化工区工业用水饮用型回用。地下水回灌用于防止地面沉降、海水及杨家堡汾西工业区苦咸水人侵及补充地下水储量。再生水用于生活饮大同电厂冷却水西安邓家村绿化生活杂用、工业2002 年用水源我国尚无先例,但在国外已有应用,如南非的铜川温得霍克市和美国堪萨斯州的查纽特等,而且由于处河污水处理厂经过长期科技攻关与工程实践提出的价和经济评价技术尚不完善,增加了发展污水再生城市污水回用于工业循环冷却水的再生水处理流利用的风险。程:(3)建立污水再生利用激励机制,制定鼓励污水二级处理出水-→澄清-过滤→消毒杀菌-→除氨再生利用的相关政策。长期以来我国的传统水资源氮、水质稳定→出水价格--直处于较低的水平,对于用户而言使用再生(2 )清华大学与太原化工厂等单位合作,提出城水并不比使用自来水在成本上有多大的节约,因此市污水回用于化工循环冷却水的再生处理流程:我国的水价体系不能够激励用户主动地采用再生二级处理出水- >颗粒填料生物接触氧化-→混凝水。其次是尚未建立起再生水的收费机制,在这种沉淀→双层滤料过滤→回用情况下,污水处理厂不愿意也没有相应的财力进行(3)中国科学院生态环境研究中心与北京燕山污水深度处理和配套管网的投资。最后是缺乏污水石油化工公司提出石油化工废水回用于冷却的处理再生利用产业的投资激励政策,造成了投资来源的流程:匮乏。再生水的价格是污水再生利用市场化的核心石化废水经处理达标排水一>生物接触氧化-→絮要素。一方面,在再生水的水质和水量能满足安全凝沉淀- >精密过滤-→杀菌-→回用性和稳定性的情况下,价格是决定需求的主要因素,(4)中国市政工程华北设计研究院提出再生水合理的价格机制能够对再生水的需求产生经济激回用于景观水体的工艺流程:励;另一方面,再生水的价格水平又决定了污水再生A2/0处理出水-➢微絮凝过滤- >消毒→回用利用企业是否能够得到足够的收益以满足其财务平(5)我国以石油废水为原水再生处理回注油田衡的需求。因此,为了培育再生水市场并为污水再:地下的处理流程:生利用产业的良性运转提供资金保证,应当建立起石油废水-→隔油-气浮-→生物处理- >过滤-→活再生水的收费制度,以补偿污水再生利用设施的投性炭-→杀菌-→脱氧-→回注资、建设和运营的支出。2污水再生 利用工作中存在的问题(4 )对公众进行适当的宣传、引导。国内公众仍城市污水可以作为可靠的非传统水源,这已成未完全接受污水再生利用,主要是由于信息不充分,为当今世界各国在解决缺水问题时的共识。但是,对健康的担忧,心理的障碍以及出于成本上的考虑由于污水再生利用的复杂性,在我国开展污水再生所造成的。由于缺乏相应的宣传和公众参与,公众利用必须注意以下几个方面的问题:意识不到水资源管理面临的严重问题,意识不到污( 1 )制定污水再生利用系统的总体规划。由于水再生利用对于保护水资源的重要性,对污水再生再生水用户通常比较分散,用水量较小,因此敷设再利用产生了误解和对健康不必要的担忧,这些都会生水管道系统是推广污水再生利用的关键。为了保阻碍他们接受再生水[ 13]。证处理后的再生水能够送到各个用户,首先必须编(5)制定城市节水和污水再生利用的技术指标制城市污水再生利用规划,确定污水深度处理的规体系;定期发布适用集成的技术措施;制订适度超前模、位置、再生水管道系统的布局,以指导再生水厂的标准、规范,为技术发展留下空间。本着“优水优和再生水管道的建设和管理。由于以前的道路和市用,劣水劣用”的原则,依不同的回用对象和相应标政管道建设时未能预留再生水管道的位置,或者即准,确定不同的处理技术,可大大节省工程投资和运使可以安排再生水管道也需要破路才能施工,造成行成本。了推广城市污水再生利用的一个主要困难。2003年,我国城市污水再生利用国家标准化管(2)正确评价污水再生利用的环境和公众健康理委员会批准颁发并实施了三项国家标准:《城市污风险。在规划污水再生利用工程以前,要对其环境水再生利用分类)( GB/T18919 - 2002人《城市污和健康风险进行详细、科学的不确定性分析和风险水再生利用城市杂用水水质》( GB/T18920 -评价6]。但是我国目前这一-过程涉及的系列环境评2002 )《城市污水再生利用景 观环境用水水质》W深圳特区城市中水道系统规划研究熊必永'张杰l李捷2( 1北京工业大学水质科学与水环境恢复工程实验室,北京 100022;2哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090 )摘要在实现污水再生利用的诸多方式之中 ,城市中水道是实现污水回用的适宜工程系统,是.城市供排水走向水健康循环利用的桥梁。介绍了深圳特区城市中水道系统规划,规划特区中水道供水能力2005年达22万m'/d,2010年为49万m3/d。届时将大幅度缓解水资源不足的压力,显著改善特区水环境。关键词城市中水道 再生水水健康循环深圳市随着经济的发展,城市化进程的加快,由于水资将规划原则和要点介绍如下。源短缺及水环境恶化而引发的一-系列水问题日益成1规划背景为社会经济发展的瓶颈。而污水再生利用,一方面深圳市是--个水资源严重短缺的城市,多年平均可以缓解水资源短缺的紧张局面,充分、高效地利用人均水资源量约为广东省人均水资源量的1/7,是我有限的淡水资源;同时又减少了排放至自然水体的国缺水最严重的7个城市之一。由于深圳特区社会污染物总量,具有多方面的功效,已经成为世界各国经济的快速发展,需水量逐年增加,虽然依靠东江引解决水问题的优选策略。水工程和东部引水工程可以暂时满足特区目前的用在实现污水再生利用的诸多方式之中,城市中水需求,但是水的供需矛盾已经越来越突出。据深圳水道是实现污水回用的适宜工程系统。其水源取自市供水系统布局规划预测,深圳市2010年需水量为城市二级污水处理出水。再生水厂可与城市污水处19. 324亿m3。现有水资源量,东部引水3.478亿m',理厂合建,亦可设于靠近再生水大用户的位置。城东深引水7.554亿m3 ,境内水资源3.865亿m',供需市二级处理出水经深度处理后,达到再生水水质标缺口4.427亿m'。供需矛盾如图1所示。准,供给工业、农业、生活、景观绿化.市政杂用等。虽然深圳特区的污水处理能力近年来有了长足城市中水道是目前应用研究的主要方向之一-。的提高,已经达到78.7万m'/d,城市污水处理率为笔者主持了深圳特区城市中水道系统规划,现56%,在国内居于领先地位,但是仍然远远不足以满( GB/T18921 - 2002 )。这三项城市污水再生利用国发展污水再生利用产业,扩大再生水的需求,提高污家标准的颁布实施填补了我国城市污水再生利用水水再生利用在解决水资源短缺的诸多解决方案中的质标准的空白,为实现污水资源化提供了技术依据。重要性;可以规范污水再生利用产业,保障再生水安该系列标准还包括《城市污水再生利用补 充水源全性和经济效益目标的实现;可以激励污水再生利水质》和K城市污水再生利用工业 用水水质》。用企业提高运营效率、降低成本;可以优化政府职3结语能,为污水再生利用产业的发展提供良好的体制环污水再生利用产业在我国尚处于发展之初,它境。在未来是否能够发展到--定的市场规模,成为缓解参考文献水资源短缺和水污染严重的重要手段,将不仅取决1赵明,舒春敏. 我国城市供水状况及节水对策.干旱区资源与环于其自身的经济技术可行性,而且还与政府的产业境.2003,17(1): 32-37政策密切相关。健全的污水再生利用产业政策可以2钱易.中国城市废水回用的障碍和发展战略.21世纪国际城市东部引水18%在不同的国家和地区,污水再生利用具有不同的境内水资源20%用水对象和用户,用水量也就相差甚多。例如在“中水道”技术的发源地日本,污水再生利用主要是以城市生活冲厕和小溪河流恢复生态环境用水为主要用东深改造39% \水对象,很少利用在农业方面。与此恰恰相反的是,:供需缺口23%世界上污水再生利用比例最大,应用范围最广,水利用效率最高的以色列,农业回用十分广泛,目前已经图12010 年深圳市需水量构成足特区水环境改善的需要。目前,全市地表水体和建立了100多个供农业利用的污水储存库,预计2025近海海域受到以生活污水为主的污染有加重趋势。年农业用水的65%将来自城市污水再生水。这种注特区内的主要河流污染十分严重,均为v类或超V重改善水环境,而不是单纯为了解决水资源短缺危机类水体,且内河均由北向南流入海域,对近海海城水的做法很值得我们借鉴和学习。同时,也从另外-一个质带来极大的威胁。深圳特区水环境质量的日趋恶侧面证明了污水再生回用的必要性和迫切性。化,进-步加剧了水资源不足的危机,严重地阻碍了在深圳特区的用水结构当中(见图2),由于特深圳特区的高速发展。区特殊的城市性质和工业结构,农业用水只占其中日本东京湾治理和国内渤海湾水质污染等国内很少的一部分,工业用水也只占24 5%左右,主要的外的许多事例已经证明:在目前的污染状况之下,仅用水大户是城市生活用水,占75%以上,并有逐年仅依靠污水的二级处理是不能有效地改善现在的水上升的趋势。因此,根据特区目前的用水情况和特环境质量的,污水只有经过深度处理或者是超深度区相关规划,确定特区的污水再生利用对象为工业用处理后才能够有效地改善类似于特区深圳湾、大鹏水(主要是冷却用水)、绿化用水、市政杂用水以及城湾等封闭性、半封闭性水域的水环境质量。这已经市河湖景观生态环境用水等几个方面。公共建筑用逐渐成为国内外水行业专家的共识。水量30.3%规划特区城市中水道系统,其直接目的是开发城市第二水资源,缓解水资源紧张的矛盾;更深层次其它用水量1.1%6的意义在于减轻内河与近海海域的污染,为创建健市政用水量5.29%6康水循环做一个良好开端,从而逐步恢复深圳地区的内河与海域水环境,促使特区水资源的可持续利居住生活用工业用水量24.5%用,为特区社会经济的可持续发展提供保障。水量389%2再生水用户和工程规划规模图2深圳特区 用水构成污水处理及资源化发展战略研讨会与展览会,北京.2001(9):55~573 Asano T,Mills R A. 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