城市污水再生回用优化分析

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城市污水再生回用优化分析:城市污水回用于循环冷却水的氨氮去除研究

摘要：伴随着人类社会的发展，水资源短缺的现象日趋严峻，实现对城市生活污水的合理回用成为全社会的共识。本文就城市生活污水再生回用于工业循环冷却用水出发进行了研究，结果表明城市污水回用于循环冷却水时，对二级处理后的污水中的氨氮的去除尤为重要。氨氮去除的方法有多种，由于废水性质上的差异，各有优势与不足，要针对不同性质的废水，对其成分进行分析，然后选择一种或几种方法联合的方式进行处理，才能达到理想的处理效果。

关键词：城市污水；污水回用；循环冷却水；氨氮去除

随着人类社会和经济的不断发展，水资源的消耗不断增加，水质污染也日趋严重，水资源短缺问题逐渐成为制约各国经济发展的首要因素。城市生活污水的再生利用已成为世界各国节约和防止水资源污染非常有效的措施。目前，城市用水绝大部分来源于工业用水，而循环冷却水又占工业用水的绝对比重。因此，将城市污水回用于工业循环冷却水系统作为解决各国缺水问题的首选方案。早在20世纪30年代，美国的加利福尼亚州伯班城市发电站[1]，就利用该市的城市二级处理出水作为冷却水；得克萨斯州的阿马赖洛的尼科尔电站和琼斯电站[2]，利用市内的污水处理厂的二级处理出水作为冷却水；南非在20世纪40年代开始将城市污水回用于循环冷却水，其中约翰内斯堡的奥兰多电站、凯尔文A、B电站，都使用经过二级处理的城市污水作循环冷却水的补充水[3]；英国在20世纪50年代，开始将城市污水回用于工业冷却水，其中奥尔德姆、斯托克翁特伦特和科里登三家发电厂使用城市污水。20世纪80年代以来，我国将污水回用列为重要的节水措施[3]，在北京、大连、太原、天津等地相继建立了污水回用示范工程，并开展了污水回用的研究和应用，积累了不少经验。例如，北京京能热电厂利用北京高碑店污水处理厂二级生化处理后的城市污水作为循环冷却水的补水水源；太原钢铁公司利用太原北郊污水处理厂的二级处理出水作为循环冷却水。

在城市污水中，特别是经过二级处理后的污水中的氮，90%以上是以氨的形式存在，考虑将其作为电厂循环冷却水时，对氨氮的去除尤为重要[4]。传统观点认为中水回用于循环冷却水时，氨氮在冷却塔中在硝化作用下被降解了，同时氨氮的硝化产生硝酸，降低碱度的同时也能缓解磷酸钙垢的沉积[5]，但在实际运行中发现，氨氮对循环水系统存在很大危害。本文就氨氮对工业循环冷却水的影响以及氨氮的去除方法进行综述，并对相关方面提出自己的见解和建议。

1.氨氮对循环水系统的危害

1.1氨氮能促进微生物繁殖

冷却水在循环的过程中会使水温增加，冷却塔每m3水的空气量可达2000m3，供氧充足，而且冷却塔表面积在100～350m2/m3，巨大的表面积为生物膜提供了适宜的生长场所，具有很好的细菌生长繁殖条件，易使细菌繁殖相应加快。

1.2氨氮对设备及金属管材的腐蚀

系统中微生物数量大大增加的同时，微生物产生的粘泥和腐蚀物覆盖在换热器的表面，可降低冷却水的冷却效果，堵塞换热器中冷却水的通道，阻止缓蚀剂和阻垢剂到达金属表面发挥缓蚀和阻垢作用，形成浓差腐蚀电池而引起金属设备的腐蚀。另外，氨氮在循环冷却水系统发生硝化反应产生的大量硝酸造成系统pH值下降，对系统管材主要是铜管和碳钢管造成酸性腐蚀，另外还会造成冷却塔水泥构筑物酸性腐蚀，使其产生沙化现象[6,7]。

1.3氨氮降低杀菌效果

循环冷却水杀菌普遍使用氯系氧化性杀菌剂，氨是强还原物质，易与氧化性杀菌剂发生反应。加氯后水中的氯通常以次氯酸的形式存在，次氯酸极易与水中的氨进行反应，形成三种氯胺，因而，氨氮对氧化性杀菌剂有分解消耗作用，使杀菌剂无法达到预期杀菌效果[6]。

2.氨氮的去除技术

2.1物化法

2.1.1折点加氯法

废水中含有氨和各种有机氮化物，大多数污水处理厂排水中含有相当量的氮。如果在二级处理中完成了硝化阶段，则氮通常以氨或硝酸盐的形式存在投氯后次氯酸极易与废水中的氨进行反应，在反应中依次形成三种氯胺：

NH3+HOClNH2Cl(一氯胺)+H2O

NH2CI+HOC1NHC12(二氯胺)+H2O

NHCI2+HOC1NC13(三氯胺)+H20

上述反应与pH值、温度和接触时间有关，也与氨和氯的初始比值有关，大多数情况下，以一氯胺和二氯胺两种形式为主。

在含氨水中投入氯的研究中发现，当投氯量达到氯与氨的摩尔比值1:1时，化合余氯即增加，当摩尔比达到1.5:l时，(质量比7.6:1)，余氯下降到最低点，此即“折点”。在折点处，基本上全部氧化性的氯都被还原，全部氨都被氧化，进一步加氯就都产生自由余氯。

折点加氯可以非常有效地去除水中的氨氮，但是要使氨氮下降到国家标准(0.5mg/L)以内，实验室大概需要7~10倍于原水氨氮的氯，而在实际生产中由于外界环境等因素的影响，这个比例会更大，这对成本控制和设备维护提出更高的要求，目前尚未见以此为主要除氨方法的污水厂在运行[7]。

2.1.2吹脱法

采用填料塔或浅层折流塔，通过鼓风曝气方式，增加气液界面和迅速降低气液界面氨的分压，使废水中的氨气吹脱出来，脱氮率可达99%[8]。吹脱处理的优点是结构简单，易行，氨氮去除效率高，技术成熟，缺点是耗能高，二次污染严重，吹脱塔易结垢等，另外吹脱法不适于冬季气温低的地区，因为气温低，热损失大，运行成本会进一步增大。

2.1.3离子交换法

利用固相离子交换剂的功能基团置换废水中的相同电性的污染物离子（NH4+），再通过分离、浓缩、去除。常用的固相离子交换剂有活性炭、沸石、蒙脱石及交换树脂等。沸石是一种三维空间结构的硅铝酸盐，有规则的孔道结构和空穴，其中斜发沸石对氨离子有强的选择置换能力，且价格低。因此工程上常用斜发沸石作为氨氮废水的离子交换剂[9]。废水中的铵离子将斜发沸石中的钠或钙替代出来，失效的沸石使用再生液再生，再生液通过氨吹脱塔脱氨。此法存在的问题是：再生液需要再次脱氨，在沸石交换床内，氨解吸塔及辅助配管内存在碳酸钙沉积；废水中有机物易造成沸石堵塞而影响交换容量，须用各种化学及物理复苏剂除去粘附在沸石上的有机物；离子交换法不适宜处理高浓度氨氮废水。

2.1.4反渗透法(RO)

在反渗透膜一侧对废水施以大于渗透膜渗透压的压力，使废水中的水透过半透膜流向膜的另一侧，NH3-N则被截留在废水一侧。黄海明等[10]人根据稀土冶炼厂排放氨氮废水的水质情况，采用NH4C1和NaC1模拟废水进行了反渗透对比实验，发现在相同条件下反渗透对NaC1有较高去除率，而NH4C1有较高的产水速率氨氮废水经反渗透处理后NH4C1去除率77.3％，可作为氨氮废水的预处理。RO技术可以节约能源，热稳定性较好，但耐氯性、抗污染性差。RO工艺近来广泛应用于海水淡化和纯水制备，出水水质能满足各项污染排放标准，不足是将产生30％～40％的浓缩水，此外因老化和阻塞等问题每隔2-3年还必须更换价格昂贵的反渗透膜。

2.2生化法

2.2.1 传统生物脱氮技术

传统生物法去除氨氮是在各种微生物相互作用下，首先经过硝化过程，在有氧条件下，硝化菌将氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐：然后再经过反硝化过程，在无氧或低氧条件下，反硝化菌将污水中的硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气[11]，从而实现脱氨的目的。较成熟的生物脱氮技术有生物滤池（BAF）、传统活性污泥工艺（A/O）和曝气生物流化床（ABFT），膜生物反应器（MBR）。采取哪种工艺应因地制宜。

周海滨等人[12]研究了在进水NH3-N及BOD5低负荷条件下，生物滤池（BAF）、传统活性污泥工艺（A/O）和曝气生物流化床（ABFT）三种工艺脱氮效果，结果表明生物流化床（ABFT）无论从技术还是经济上都有较明显的优势，并以长兴污水处理厂出水为对象进行了3个月的中间试验，中试结果表明，有效水力停留时间为1.5 h时，NH3-N的去除率能稳定在95％以上；秋季常温条件下，出水NH3-N平均为0.04 mg/L，平均去除率为96.9％；冬季低温条件下．出水NH3-N平均0.35 mg/L，平均去除率为95.2％ ，完全符合出水NH3-N须

李佳[13]研究了低碳源，高氨氮水质特点的某污水厂，其出水回用电厂循环冷却水深度处理工艺的选取情况，结果表明经过处理效率、经济因素、运行维护等方面的综合比较，三个方案中A/O结合接触氧化法+D型滤池较有优势，成为本工程再生水厂的推荐处理工艺。但再生水厂的正常运行仍需科学的调试，严格管理各个处理环节。

2.2.2新型生物脱氮技术

随着对脱氮理论更深层的研究，新型生物脱氮技术也逐步得到发展，这包括同时硝化反硝化，短程硝化反硝化以及厌氧氨氧化。

所谓同时硝化反硝化（SND），就是硝化反应和反硝化反应在同一反应器中、相同操作条件下同时发生。周育红等 [14]结合国内外的研究，对同时硝化反硝化同传统的生物脱氮工艺进行了比较，并深入研究SND的机理，结果表明SND可以大大降低运行费用，具有很大的发展前途。

所谓短程硝化反硝化[15]是在同一个反应器中，先在有氧的条件下，利用氨氧化细菌将氨氧化成亚硝酸盐，然后在缺氧的条件下，以有机物或外加碳源作电子供体，将亚硝酸盐直接进行反硝化生成氮气。王鹏等人[16]研究了短程硝化反硝化的脱氮机理，并分析了温度、DO 浓度、游离氨浓度、游离亚硝酸浓度、pH值、泥龄及有机物浓度7个方面对于短程硝化反硝化的影响，结果表明低溶解氧，低温低氨城市污水难以实现短程硝化反硝化，应加强相关机理的研究。

所谓厌氧氨氧化是在缺氧条件下，以亚硝态氮或硝态氮为电子受体，利用自养菌将氨氮直接氧化为氮气的过程。与传统生物法相比，厌氧氨氧化无需外加碳源，需氧量低，无需试剂进行中和，污泥产量少，是较经济的生物脱氮技术 厌氧氨氧化的缺点是反应速度较慢，所需反应器容积较大，且碳源对厌氧氨氧化不利，对于解决可生化性差的氨氮废水具有现实意义。陈曦等人[17]研究了温度和pH值对厌氧氨氧化微生物活性的影响，结果表明，该微生物的最佳反应温度为30℃，pH 值为7.8。

2.3循环水系统脱氮

循环水系统由冷却塔、循环泵和换热设备组成。在冷却塔内，水与空气接触，进行蒸发冷却，然后供换热设备循环使用。冷却塔由于蒸发、风吹、排污而需补充水，当将城市污水再生处理后作为补充水进入循环水系统中时，补充水中的氨氮在冷却塔内得以脱除。

周彤等[18]研究利用了循环水系统自身去除氨氮，并分析了影响循环水系统去除氨氮的因素，结果表明经深度处理的城市污水，含氨氮20～50mg／L时，在循环冷却水的pH值为7～8、浓缩倍数为2的条件下，循环水中的氨氮浓度可小于lmg／L。因此使用经深度处理的城市污水作为工业循环冷却水的补充水，不会造成循环永中氨氮的积累。

结论

城市污水回用于循环冷却水时，氨氮去除方法有多种，由于废水性质上的差异，各有优势与不足。要针对不同性质的废水，对其成分进行分析，然后选择一种或几种方法联合的方式进行处理，才能达到理想的处理效果。

城市污水再生回用优化分析:浅谈城市工业污水处理及回用

【摘 要】近年来，随着我国工业的不断发展，经济得到了飞跃性进步，有效提升了我国人民的生活水平。与此同时，城市的工业污水越来越多，有的甚至对人们的日常生活及生命安全造成了威胁。本文将简单分析我国城市目前处理工业污水的集中基本的方法，然后找到处理及回用工业污水的策略，从而有效提升工业发展的综合效益。

【关键词】城市；工业污水；处理

随着科技的不断发展与进步，全球人口的日益增加，人们对水的需求总量不断增多，从而产生水资源短缺。另外，在城市规模不断扩大及工业水平不断发展的情况下，人们经常不注意生活及工业用水排放，造成水质恶化，水体不断遭到污染，水资源问题已经成为世界性课题。

1 几种基本的处理工业污水方法

不同的工业污水具有不同的水质及回收目的，因而要根据实际情况合理选择相应的处理及回收方法，从而实现对工业污水的最全面的使用。不同的处理污水方法具有不同的适用条件及特点，在实际的工作过程中，如果只是单纯的运用某种污水处理方法，往往很难实现除去工业污水当中的所有污染物，因而大部分的工业污水都利用多种处理方法进行综合处理。通常来讲，处理工业污水的方法有这样几种：首先是一级处理，将工业污水中那些比较大的悬浮性的物质除掉，这种方式主要利用物理原理，在经过一级处理后依然无法排放的工业污水，或者具有回用价值的污水，还要进行二级处理。所谓的二级处理，也就是将工业污水当中那些已经溶解的、呈现胶体状态物质处理掉。二级处理采用的是生物原理，因此也叫做生物化学处理方法。通常情况下，经过二级处理后的工业污水就可以正常排放了，有部分水也可以实现回用。如果还有更高一步的要求，就要对工业污水进行三级处理，即深度处理。通过这个步骤，能够将工业污水当中的溶解盐类、难降解物质、营养物质有效去除，从而能够直接回用到工业当中。一般情况下，经过前两个级别的处理，工业污水就能够正常排放和回用，但如果对回收水质有较高要求，就必须高度重视三级处理，因为在工业水平不断提高的情况下，工业污水中会含有大量的、难去除的污染物。

以上三个级别的污水处理方法所利用的技术如下：沉淀、混凝、消毒、过滤等等。更新近一点的技术则有反渗透、炭吸附、电渗析、离子交换等等。

2 城市工业污水的回用

2.1 工业用水的回用方法

从目前来看，城市的工业污水回用于工业的方法如下：首先，城市相关的污水处理厂对工业污水进行二级处理，即混凝、沉淀、过滤及消毒，然后回用；其次，城市相关的污水处理厂对工业污水进行二级处理，即生物接触性氧化的方法、混凝、沉淀、过滤，然后回用；再次，城市相关的污水处理厂对工业污水进行二级处理，即微絮凝、过滤、消毒然后回用；最后，城市相关的污水处理厂对工业污水进行二级处理，利用淹没式的生物滤池过滤，然后消毒回用。

2.2 城市生活杂用水的回用方法

城市的工业污水会用于工业的方法如下：首先，城市相关的污水处理厂对工业污水进行二级处理，利用淹没式的生物滤池过滤，然后消毒回用。其次，城市相关的污水处理厂对工业污水进行二级处理，即混凝、沉淀、过滤及消毒，然后回用；再次，城市相关的污水处理厂对工业污水进行二级处理，即微絮凝、过滤、消毒然后回用；最后，城市相关的污水处理厂对工业污水进行二级处理，即生物接触性氧化的方法、混凝、沉淀、过滤，然后回用；

2.3 城市河道的生态用水回用方法

在城镇化水平不断提高的同时，我国城市河流的水质问题日益严重，很多河流及湖泊都时常断流、缺水，对城市环境及居民生活都产生了很大的影响。所以如果采用回用水进行景观水体使用，应高度重视水体富营养问题以及相应水体中的有毒物质和病原体对自然环境及人体健康所产生的影响。现阶段，在河道水回用方面，通常都会采取以下几种流程：城市相应的污水处理工厂进行二级处理的出水，经过相应的砂虑和消毒后进行排放；城市相应的污水处理工厂进行二级处理的出水，经过相应的微絮凝、过滤以及消毒然后进行合理的回用；城市相应的污水处理工厂进行二级处理的出水，通过采取混凝、沉淀，并且过滤消毒之后，进行回收利用；城市相应的污水处理工厂进行二级处理的出水，采用淹没式的生物滤池，然后进行消毒和回收利用；城市相应的污水处理工厂进行二级处理的出水，通过相应的生物学方面的接触氧化法，然后进行相应的混凝、沉淀以及过滤，最后进行回收利用。

3 浅析城市的工业污水的回用策略

3.1 城市工业污水的回用方法

从目前看来，对城市工业污水的回用类型有两种，也就是相对集中的回用和分散性的回用。相对集中的回用即在全市范围内，利用相应的城市污水处理厂经过处理后的水，进行深度处理，然后输送到城市的水管网当中，合理分配到各家各户。这种方式能够有效提升规模效益，利于城市的宏观管理。而分散性回用，则为单个或几个建筑物当中设置相应的中水系统，吧处理完的自身排出的污水回用，这种方式能够有效节约费用，可针对不同要求、不同对象，灵活的采用相应的处理工艺。

3.2 工业污水分散回用的策略

在我国经济不断发展，城镇化水平逐渐提升的情况下，各个工厂及小区排放的污水越来越多，采用大型的污水管道截流到相应的污水处理厂进行集中处理的难度越来越大，且投资高、工期长。很多城市的管道系统无法达到这种水平，所以城市中的工厂或者住宅小区进行生活污水站自建工程，将相应的污水处理后再次利用，大大提升了对水资源的利用效率。

3.3 工业污水集中回用的策略

因为城市的中水系统是由不同的污水处理厂组成，相应的污水厂又要根据实际情况采用科学的方法处理污水，对工业污水的处理程度及相应回用水用户的要求不同，相应的工艺流程也就千差万别。

4 结语

随着我国工业化水平、城镇化水平的不断提升，城市工业污水的排放量越来越大。合理采用相应的处理城市工业污水的方法，有效提升城市工业污水回用效率，将有利于促进我国经济水平及人们生活水平的提高。

城市污水再生回用优化分析:城市污水回用及效益分析

摘要：我国是干旱缺水严重的国家，开发新水源、减少水资源的消耗成为目前水环境治理的首要任务。城市污水经深度处理后可回用于某些特定领域，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。

关键词：污水回用 环境经济 环境效益 经济效益

1、引言

1.1我国水资源的分布特点

我国是一个干旱缺水严重的国家。我国的淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%。但是，我国水资源的特点之一是总量多、人均少，第二个特点是地区分布不均，由东南向西北递减，与人口、耕地的分布不协调。

1.2污水回用的兴起与发展

减轻水体污染程度、改善生态环境、解决城市缺水问题的有效途径之一便是污水回用。美国在1920年就开始了再生水的利用，形成了水在社会大循环中的良性循环，到1980年已有回用工程536项，年回用水量9.37亿m3。我国沿海缺水城市大连，在1992年率先建成了污水回用示范工程，取得了实效[1]。

现代城市污水回用已经有近百年的历史，技术上已经很成熟。与国外发达国家相比，我国的城市污水回用起步晚，但总体上我国城市污水回用不但技术上已经成熟，而且从经济效益和环境效益考虑也是可行的[2]。

2、污水回用主要途径

根据目前城市污水回用技术的发展情况，城市污水回用的途径主要包括农业用水，环境用水，工业用水，市政杂用水，地下水回灌等[3]、[4]。

2.1农业用水

农业用水是城市污水回用的一个大用户，主要包括大田作物、花卉和林地的灌溉。污水回用于农田灌溉时，不仅能给农业生产提供稳定的水源，而且污水中 的氮、磷、钾等成分也为土壤提供了肥力，既减少了化肥用量，又增加了农作物产量，而且通过土壤的自净能力可使污水得到进一步的净化，尤其污水回用可控制农村地区无节制地超采地下水。

2.2环境用水

主要用于城市水系补充用水以及绿化隔离带和园林灌溉用水。用中水补充河湖水系替代其它水源，既达到优水优用、节约用水的目的，又美化了环境。

2.3工业用水

工业用水包括冷却水，锅炉用水，工艺用水，产品用水等。在城市供水中， 50%～80%是工业用水，工业用水占城市用水的比例很大，但与生活饮用水等相比，要求的水质水平较低，城市污水经二级处理后，再经适当的三级处理， 一般都能满足工业用水水质要求。

2.4市政杂项用水

主要用于建筑施工、喷洒路面、洗车和冲厕等。中水回用时应格外注意卫生，不应含有致病菌，应清洁、无臭、无毒，且悬浮物含量满足应用要求。

2.5地下水回灌

再生水回用于地下水回灌体现了“减量化、资源化、无害化”的污染治理原则和可持续发展的战略思想。将城市污水二级处理后回灌于地下，水在流经一定距离后同原地下水源一起作为新的水源开发。这样既可以阻止因过量开采地下水而造成的地面沉降，还能利用土壤自净作用提高回水水质，直接向工业和生活杂用水供水。

3、污水回用效益分析

污水回用不仅开辟了第二大水源，减少了城市新鲜水的取用量和污水的排放量，减轻了城市供水不足，有效地节约和利用有限的、宝贵的淡水资源，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益[5]。

3.1 污水回用社会效益分析

社会效益指人类活动所产生的社会影响，从而带来的社会效果或贡献。污水回用符合国家的可持续发展战略政策，是我国现阶段环保投资的重点领域。污水回用带来的社会效益十分明显，分直接效益和间接效益。

（1）直接效益

污水回用工程以污水处理厂二级出水为源水，经深度处理达到回用水水质标准后便可投入使用。

（2）间接效益

污水回用工程是一项保护环境、创建国家卫生城市，为子孙后代造福的公用事业工程。该工程实施后，可有效地解决服务区域水资源短缺问题，为城市服务，为社会服务，可改善城市市容，提高卫生水平，保护人民身体健康，保护自然风景，促进城市旅游事业的发展。

3.2污水回用环境效益分析

环境效益是指由于人类的活动给自然环境系统，也包括社会环境系统造成的影响而产生的效应。污水回用带来的环境效益是显著的，它在治理环境污染和生态破坏方面起着至关重要的作用。

（1）污水回用工程提高了服务区域水体的污染治理水平，增强了区域防治水体污染的综合实力。

（2）污水回用工程缓解了水资源短缺现状，减少了水资源的开发利用量，为社会经济环境的持续发展提供了必备的物质基础。

（3）污水回用工程可间接有效地控制水土流失、土地沙漠化等环境问题，很大程度上使环境质量得到改善。

3.3污水回用经济效益分析

污水回用工程可产生直接的经济效益，同时对社会经济的长远可持续发展的作用也是显著的。污水回用的直接经济效益包括污水厂销售再生水等产品的直接经济效益、用户以再生水替代优质水的直接经济效益、再生水利用而增加城市工业用水带来的经济效益和再生水利用而增加农业用水带来的经济效益。然而，城市污水处理厂的出水毕竟是污水，直接排放势必会造成不同程度的污染，通过处理回用就可废物利用，减少由此造成的经济效益为间接经济效益[6]。

（1）污水回用工程可有效地节约水资源，最大程度的利用水资源，同时有效利用污水、废水。宏观上，减少了水资源的开发利用，对国民经济有一定的促进作用。微观上，可促使企业有效利用废水，促进了企业经济效益的提高。

（2）污水回用在一定程度上降低了对纳污水体的污染程度，可减少国家对于污水治理方面的投资。

（3）污水回用工程可促使企业采用新技术、加快技术改造，提高了企业的技术水平，同时减少了企业的环境支出，可促进企业资金的流通和再生产。

（4）污水回用工程的建设及运营可促进一系列新兴产业的发展。

（5）污水回用可促进区域水产业良性、稳定的发展。

4、结论

在水资源极度紧缺的当下，污水回用不仅能减少污染、增加水资源，还可以降低给水处理与供水费用，改善生态环境与社会经济环境，促进工农业的发展，促进和保障人体健康。污水回用产生的经济、社会和环境效益显著，符合国家可持续发展、创建节水型城市的发展战略。因此，继续研究和开发污水深度处理新工艺，积极建设污水回用设施具有巨大发展前景。

城市污水再生回用优化分析:浅议城市污水回用的发展趋势

摘要：污水回用可解决城市水资源短缺和水危机问题，极大缓解水资源供需矛盾。本文分析了城市生活污水处理的工艺技术，然后探讨了城市污水回用的发展趋势。

关键词：城市污水回用；技术；发展趋势

随着我国人口的不断增长和经济的飞速发展，用水量和排水量正在逐年递增，而有限的水资源又不断被污染，再加上地区性水资源分布不均和周期性干旱，导致水资源的供需矛盾日趋尖锐。水资源短缺已经成为制约我国社会经济发展的瓶颈。污水经适当的再生处理，可重复利用，实现水在自然界中的良性循环。城市污水就近可得，易于收集和处理，数量巨大且来源稳定可靠，不受气候等自然因素的影响，无水资源权争议问题。作为城市的第二水源，污水处理再生利用与远距离引水或调水、海水淡化等相比更为经济。城市污水再生回用具有重要的意义。

一、城市污水再生回用的概念

污水包括生活污水、工业废水和降水三类。城市污水再生回用指将城市污水适当处理达到规定的水质标准后，回用于生活、市政、环境等范围内的非饮用水方面。它是中水回用的同义语，但是其范围又比中水回用要广。城市污水再生回用按服务范围可分为三类：（1）建筑中水回用，指在大型建筑物或几栋建筑内建立小型中水处理站，以生活污水、（优质）杂排水为水源，经适当处理后回用于建筑冲厕、建筑周围绿地道路浇洒等生活杂用。（2）小区污水再生回用，指在小区（住宅或工业）、机关院校内建立中小型中水处理站，以生活污水或（优质）杂排水、工业废水等为水源，经适当处理后回用于建筑冲厕、汽车冲洗、区内绿地道路浇洒等市政杂用。（3）区域污水再生回用，指在城市区域范围内建立大中型再生水厂，以城市污水或污水处理厂的二级出水为水源，经适当处理后回用于生活、市政、环境等范围内的非饮用水方面。

二、城市生活污水处理的工艺技术分析

城市污水的处理技术多种多样，目前应用较广的仍然是A/O和A2/O工艺。所有生物除磷脱氮工艺都包含厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的交替循环。按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，可将己有的生物除磷脱氮工艺分成几个系列：A/O系列、氧化沟与序批式反应器（SBR）等。

1.A/O工艺系列。

1.1A/O（缺氧―好氧）工艺。

20世纪60年代，Ludzack首次提出了前置反硝化工艺，将缺氧段置于工艺的第一级，直接利用污水中的有机物作为反硝化的碳源，解决了碳源不足的问题，但好氧池的硝酸氮也会被携带至沉淀池，影响沉淀池水质。20世纪70年代，Barnard又提出改良型Ludzaok-ettinger脱氮工艺，即广泛应用的A/O工艺。在A/O工艺中，好氧池的混合液和沉淀后的污泥同时回流到缺氧池，这样，回流液中的大量硝酸盐回流到缺氧池后，可以从原污水得到充足的有机物，使反硝化脱氮得以充分进行。

1.2A/O（厌氧―好氧）工艺。

没有硝化的A/O工艺，即厌氧―好氧生物除磷工艺。除了厌氧段和好氧段被隔成体积相同的多个完全混合式反应格外，该工艺与Bardenpo工艺类似，其最主要特征是高负荷运行、泥龄短、水力停留时间短。其缺点是好氧段达不到硝化，因此回流污泥中不会携带硝酸根至厌氧区，这里为厌氧段，而不是生物脱氮工艺中的缺氧段，它还省去了脱氮A/O工艺中混合液从好氧段到缺氧区的内回流。此工艺脱氮功能差，是一种生物除磷工艺。

1.3A2/O工艺。

为了达到同时除磷脱氮的目的，在A/O工艺中增设缺氧区，构成厌氧―缺氧―好氧系统，简称A2/O工艺，可用于仅要求硝化的情况，也可用于要求硝化／反硝化的情况。该工艺具有进水负荷高、耐冲击的优点，且运转灵活、稳定，适用于高浓度、高碳／氮比的生活污水。用于低浓度的、低碳／氮比的生活污水，相对能耗较高，而且除磷效果较差。

2.SBR工艺。

SBR工艺也是在同一反应器完成脱氮除磷的工艺。它是通过对进水、曝气时间、反应器内溶解氧浓度等运行参数的合理控制，在时间序列上实现厌氧／缺氧／好氧的组合，在控制良好的情况下，N、P的去除率可以达到90％以上，与其他工艺相比，SBR工艺的处理构筑物少，处理过程大为简化，该工艺对水质、水量的变化具有一定的适应性，不易产生污泥膨胀。

3.氧化沟工艺。

氧化沟工艺是适于生物脱氮的一种处理工艺，它主要是利用氧化沟内空间上的好氧、缺氧的变化来达到硝化、反硝化脱氮的目的，可以在较低负荷和较长污泥龄条件下运行。氧化沟系统较常规A/O等工艺省去了污泥回流和混合液回流，因此，节省动力10％～20％，但如用于处理负荷高、水量大的污水，该工艺所需占地面积偏大。

4.UCT工艺。

UCT工艺是南非的Marais等推出的。在UCT工艺中，沉淀池的回流污泥和好氧区的污泥混合液分别回流至缺氧区，其中携带的NO3在缺氧区内经反硝化而去除。为了补充厌氧区中污泥的流失，增加了缺氧区至厌氧区的混合液回流。在废水CODCR/TKN适当的情况下，缺氧区中反硝化作用完全，可以使缺氧区出水中的NO3－浓度保持近于零，从而使接受缺氧区混合液的厌氧区NO3－亦接近于零，保持较为严格的厌氧环境，从而提高了厌氧放磷及整个系统的除磷效率，但除磷却还是达不到要求，仍需要补充短链脂肪TP才可能达到1mg/l标准，要达到0.5mg/l的标准更是难了。同时，由于增加了缺氧区至厌氧区的混合液回流，运行费用略有增加。

三、生活污水处理及回用发展新趋势

1.二级处理的池体向一体化方向发展。

城市污水二级处理传统工艺流程为：沉砂池―初沉池―生物反应池―二沉池，污泥从二沉池回流到生物反应池，这样一种传统的工艺流程，每一个池体分建成单独的构筑物。近十年来随着城市用地紧张，自动化控制的成熟和发展，污水处理工艺也有很大的突破，发展了很多使各生物反应池共用池壁或生物反应池和二沉池合建成一个池体，成为一体化的工艺，例如间歇式活性污泥（SBR）系列、曝气生物滤池（BAF）系列、UNITANK，DNA-TNA等工艺，由于一体化可以使池体共用池壁，减少占地和节省投资，近年来城市用地越来越紧张，都渴望尽量减少污水处理厂占地面积，估计中小型污水处理厂采用一体化工艺的逐步增多，估计不久将会不断地完善和发展。

2.由大规模污水集中处理向分散式处理发展。

在进行大规模污水集中处理时，必然进行相应的管网的建设，中途提升泵站，管理运行费用昂贵，实施缓慢。在长距离的输水过程中污水的品质下降，可能到了终端用户时，回用水的水质已经达不到回用用途的要求。近年来一大批生活小区、别墅在市郊建设起来，生活污水无法进入排水管网；风景区、旅游区、工厂矿山、部队营房也存在生活污水和一些工业有机废水需就地处理达标排放或回用。集中的污水处理的方法显然是有历史局限性的，它是以巨大的能量损失为代价，换来的仍然是岌岌可危的环境污染问题，水资源短缺问题和饮用水安全问题。时代的进步，社会的发展，环境的变迁都是认识领域发展的原动力，于是出现了新的哲学思想，即目前全世界科学家都积极倡导的污水分散处理的思想，就地处理就地回用，实现水平衡和水循环。

四、结束语

当前形势要求必须开发高效节能的成套污水处理装置，使中小型污水处理工程设备化，对生活污水进行分散式处理。生活污水的分散式处理和回用，尤其适用于小区、学校、小城镇、旅游区等，可根据处理后的出水水质的不同，回用于农业灌溉、冲洗厕所、浇灌绿地、冲洗汽车等，其优势在于降低了地下输送管网建设费用，保证回用水的质量，提高水的重复利用率。

城市污水再生回用优化分析:城市污水回用问题分析

【摘要】城市污水回用可以缓解水资源短缺问题。在分析城市污水回用的必要性和可行性的基础上，强调污水回用技术的重要意义。重点评述了污水回用的途径和目前存在的问题：污水处理水平较低，污水灌溉理论研究滞后，水价偏低阻碍回用水技术推广等。

【关键词】水资源；污水回用；农业灌溉；污水处理；城市污水

一、我国污水回用现状和存在的问题

我国近十年来，随着城市水荒的加剧，各级领导对水的问题越来越关注，认识到了水的危机是21世纪面临的巨大挑战之一。目前，针对我国北方部分城市在经济发展中急需解决的缺水问题，研究开发出了适用于部分缺水城市的污水回用成套技术、水质指标和回用途径。

目前，我国城市污水回用存在的问题主要有：1.现行自来水价格过低，水回用缺乏内在动力；2.污水回用缺乏完善必要的法规及相应的鼓励政策；3.城市污水回用设施布局需要调整，健全回用输配水管道系统；4冲水设施运行管理良莠不齐，影响使用。

二、针对污水回用的可行性分析

1.在资金和技术上，我国目前拥有的技术还不能做到在全国范围内实行污水回用，而一些中小城市在资金和技术方面更是存在着或多或少的困难。

2.目前，国内对污水回用更关注的是它的经济效益问题。我们可以从国内已经实施的几个具体的回用工程可以看到这个方面的作用。

3.在人们的认识和用水观念上，相对国外许多国家来说，我国人民的思想观念还是相对比较落后，特别是对污水回用的方面，一直以来都有着一种排斥的想法。

三、现状分析

（一）污水回用于工业

长期以来，工业用水量很大，由于用途不同，对水质的要求也不同，排放的污水性质也不同。要求水质满足工厂各部门的需要是不经济的做法。如果回用水达到生产标准而且污水回用的成本低于从厂外购买“新鲜水”的价格，则可将其作为生产水源。

（二）污水回用于农业灌溉

处理的污水用于农业灌溉有以下几方面的优点：1.水源的成本低；2.回用水中含有的营养物质有助于植物生长；3.对防治污染与解决环境卫生问题是一种经济的废水处置方法。

（三）城市生活的污水回用

目前，城市回用水主要局限于不直接与人体接触的用途。例如：城市的绿化、浇洒；公园的景观用水、划船滑冰等水上娱乐用水；冲洗汽车，冲洗厕所用水；野生动物的栖息地和湿地的补水等。由于公众怀疑回用水的安全性，所以限制了回用水的民用。

（四）回灌地下水

由于地下水过量开采，造成大面积地下水水位下降，水资源枯竭，同时引发了地面沉降。沿海地区超量开采地下水使淡水位大幅下降，海水入侵，地下水水质变咸，耕地盐碱化。将污水适当处理后的出水注入或渗入地下含水层，一方面可以抬高地下水水位防止地面沉降或海水入侵，另一方面还可以对回用水进一步进行土壤净化，然后再被间接回用。

四、存在问题分析

（一）污水处理水平较低

回用水的水质直接影响到其使用的范围，然而我国目前污水处理厂的二级出水要求较低，只能满足对水质要求较低的使用。随着污水回用领域的扩大，对回用水的水质要求越来越高，因此需要根据不同的使用目的制定不同的水质标准，进行进一步的深度处理。而且，将要建设的污水处理厂在设计之初就应考虑到污水回用计划。

（二）污水灌溉理论研究滞后

在合理使用该技术时应注意以下几个方面问题：1.灌溉前一定要对引用的污水进行全面监测，确保灌溉水源安全。2.结合灌溉物种的生长、食用特点合理安排灌溉周期。3.对于长期使用污水灌溉的地区要定期监测土壤、地下水、生态环境方面的情况。4.结合地区特点选择适宜的灌溉方式，防止造成环境的二次污染。

（三）水价偏低阻碍回用水技术推广

总体而言，目前水价较低，这就使得污水回用成本显得较高。水价较低也使得用水支出只占生活费用的很小部分，不利于提高人们的节水意识。为了合理利用和保护水源，必须深化水价改革，将价格作为经济杠杆，实现用水商品化。

五、结语

污水回用是解决缺水问题的有效途径，同时减少了向水域的排污量，带来了可观的环境效益。目前我国污水回用尚处于初级阶段，与之配套的技术、设备和管理体制还不够完善，阻碍了该技术的推广使用。为了改善污水回用的现状，应引入市场化运营机制，利用经济杠杆推动污水回用市场的持续发展。同时还应不断深入地进行污水回用基础理论的研究和工程实践的总结推广，为污水回用提供必要的技术支持。