污水回用中的循环浓缩水质模型与污水回用率

第24卷第6期环境科学学报Vol 24. No 62004年1月ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAENov.,2004文章编号:02532468(2004)06099908中图分类号:X703文献标识码:A污水回用中的循环浓缩水质模型与污水回用率樊耀波,杨问波,李刚,吴琳琳(中国科学院生态环境研究中心,北京1005摘要;污水回用中因循环浓缩,存在着水质变差问题探索其变化规律,定量确定运行参数,做到既节水又保证回用水质合格、稳定,具有重要理论和实用意义通过数学归纳法推导出一个循环浓缩水质数学模型和计算杂用水质和污水回用率的公式应用该模型,以厕所污水回用为例,就污水水质污染物去除率处理水质和杂用水质标准对杂用水质、污水回用率的影响进行讨论结果表明,在符合城市杂用水水质标准的前提条件下,分别按生化需氧量、浊度、氨氮及色度等水质指标计算得出的污水回用率是653%,829%,575%和37%,在厕所污水回用中,色度为水回用率的限制指标由于色度指标的限制,经计算水循环厕所的污水回用率一般不宜超过40%关键词:水质模型;水回用率;污水处理;水回用a water quality model for water reuse and the reusing rate of the treatedwastewaterFAN Yaobo, YANG Wenbo, LI Gang, WU Linlin Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy ofSciences, Beijing 100085)Abstract: A water quality model for water reuse was derived with mathematical induction. Based on the model, two formulas were derived tolculate Cs and r, the concentration of pollutants in the reused water and the reusing rate of the treated wastewater. The relationships amongCs,E(the removal efficiency of pollutants of wastew ater)and Co( the concentration of pollutants in influent), and also relationship betweenand the standards of reused water were discussed. The reusing rates of the treated wastewater were different for the different water quality pa-rameters, The r for the"black water"reuse were 65.3% 82.9%, 57.5%, and 37%, of BOD,, turbidity, ammonia and color, respectively. According to the study, the reusing rate of the reused waterfrom a toilet will be less than 40%, where every parameter can be up to the reKeywords: water quality model; reusing rate; wastewater treatment; water reuse随着水污染和水短缺形势的日益严峻,污水作为一种可再生资源越来越被人们所认识,许多污水处理技术应用于污水处理中,净化水回用于冲厕、洗车、循环冷却补水、绿化或景观用水1-6).但目前所知的污水处理技术对水中的污染物均很难完全去除,即大多数污染物的去除率小于100%特别是要求在技术经济均可行的条件下更是如此目前污水回用技术多以生化处理技术为主,不可生化降解和水处理系统不能除去的污染物会残留在处理水中如粪便污水或生活污水中的粪胆红素、毛纺印染废水中的染料、微生物自身的代谢产物及污水中的溶解性总固体等水回用的一个基本特征是水在回用系统中进行多次循环如果水循环次数过多或污水回用率过高,回用水中难以由该技术去除的物质就会积累起来直至回用水中一项或多项污染物指标超过回用水的标准,使水质失去回用价值这是导致冲厕和洗车水回用工程中色度逐收稿日期:2003-11-26;修订日期:20040205基金项目:国家高级技术研究发展计划(863计划)(课题编号:2002AA201220A)作者简介:樊耀波(1954-),男,副研究员, yian@mil,rees,ac,cn,01062849109环境科学学报24卷渐加重和有机物浓度逐渐升高的一个重要原因46.本文将这种因循环利用,回用水中残留污染物浓度逐渐升高的现象称为循环浓缩现象目前,水质模型的研究多集中在水处理技术对污染物去除效果、工艺参数的确定与优化等方面在水回用中,有一些关于微生物学指标安全和风险评价方面的数学模型研究,而有关水回用循环浓缩问题的水质模型研究未见报道在水回用技术的应用中,水回用的循环浓缩问题常常被忽视.人们在开发推广和选用项水回用技术时,常常注意到其污染物去除率的高低和出水水质的优劣,甚至过分宣传某项技术的性能,而对某项技术在水回用工程应用中存在的循环浓缩问题认识不足,对因循环浓缩导致的水质下降问题没有思想准备,更没相应的防范措施.因此,一旦水回用循环浓缩问题严重,一些水回用工程要么不能正常运行,要么被迫关闭,不仅造成严重的资源浪费,还常常引起法律纠纷为此,本文拟就水回用中的循环浓缩问题进行探讨,试推导出一个回用水循环浓缩水质数学模型;并以膜生物反应器污水处理工程实例数据和《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GBT189202002)标准为依据,应用该循环浓缩水质模型,计算出各水质指标的污水回用率;并对污水回用率、污水水质污染物去除率、回用水水质及标准等之间的相互关系和影响进行讨论;为提高和改进污水处理与回用工艺的性能和效率、合理选择污水回用率、保证回用水符合回用水质标准、保证水回用工程的长期稳定运行、最大限度地发挥其节水和水污染控制的效能提供科学依据1水回用系统及物料平衡图1给出了水回用系统的流程和物料平衡示意图图中包括水处理器清水池和用水点水处理器为膜生物反应器或其它生化水处理系统,用水点或水回用用途可以是冲厕或洗车水回用系统具有如下循环工艺过程:新鲜补充水进入清水池,由水泵输出用于冲厕或洗车,经使用后的污水进入水处理器,污水经处理后回流到清水池,为了防止残留污染物的浓缩,需要排放一定的处理水,排放的水量由新鲜水补充图1中的符号说明如下:Q为新鲜水水处理器膜生物反应器或|ca补充量(m3h1);C1为新鲜水中某污染指其它水处理系统a水池标浓度(mL);Q为杂用水量(m3h);C.为杂用水中某污染指标浓度冲厕成洗车(mg:L1);Q.为粪便水或其它污水原液量m3h);Q。为污水量(m3h1);C为图1水回用系统及物料平衡示意图污水中某污染指标浓度(mgL1);Cn为Fig. 1 Flow diagram of a wastewater reuse system处理水中某污染指标浓度(mgL1);Q,为处理水回用水量(m3h1);Q,为外排污水量(m3h-");以上各量均为平均值2循环浓缩水质模型的推导为进行循环浓缩水质模型的推导,首先提出以下假设条件.(1)污水处理器处于稳定运行状态,具有稳定的水中污染物去除率E(E=(C。-C》C0,E<100%).(2)设W为每次水循6期樊耀波等污水回用中的循环浓缩水质模型与污水回用率环由粪便水或其它污水原液Q.(m3·h-1)带进杂用水Q(m3h1)中的某污染物指标的量;在Q.与Q混合后,形成了污水量Q(m3h"),污水中该污染指标的混合浓度设为C0(mgL);且设每次水的循环带入的污染物总量W不变,形成的污水量Q。也不变,所以W可以由污水量Qo与混合浓度Co的乘积来表示,即:W=C0Q.(3)水力停留时间HRT,HRT=VQ,V为水回用系统除了清水池之外各水池、水槽的总容积;Q为杂用水量,为处理水回用量Q混入新鲜补量Q水后,形成循环杂用水量(4)N为循还次数,即杂用水量Q以HRT为周期在水循环系统中完成循环的次数推导通过数学归纳法进行,在以上假设条件下,处理水污染指标浓度值Cn与污水中某污染指标浓度C、污染物去除率E及循环次数N=0~n(n为正整数)的关系推导如下N=0,设为水回用系统水启动状态,系统中需要全部注入新鲜水,Q=Q,即处理水回用量Q,=0,此时Qo =Q+Q(1)Qo= Qp +q(2)Co wlQC=C0(1-E)(4)式中:Q为系统起动时新鲜水量(m3h1);Cm为系统起动时处理水中某污染指标浓度(mgL")若令d=1-E,d为污染指标残存率,0