城鎮污水及深度處理回用工藝系統和設備的優選

惠戰友

（南京中電環保股份有限公司，江蘇 南京210000）

1 引言

我國水資源匱乏的現狀眾所周知，因此建設污水深度處理和回用的設施，將回用水加以利用是可持續發展需要考慮的首要問題。由于城鎮需要處理的污水量比較小，所以不能把大中城市的污水處理工藝、設備等照搬到城鎮污水處理廠中去，因此探索適合城鎮能耗低、效率高、投資少、易管理的污水回用和深度處理工藝和設備具有必要性。

2 國內外城鎮污水回用現狀

自20世紀60年代起，日本開始考慮將城市污水深度處理回用于工業、生活雜用等。目前，日本已經基本完成了廢水再生回用的普及，制定了各種不同回用水用戶的水質指標和管理法規。美國到1980年已有357個城市實現污水回用。2000年，加利福尼亞州的污水再生利用量為8.64×108m3，再生水水量占平水年份全州城市年用水總量的7%左右。以色列100%的生活污水及72%的城市污水已經回用，最大規模可達20×104m3/d。其他一些國家，如印度、阿根廷、英國、秘魯等，在城市污水回用中也做了許多工作，城市污水經深度處理后，回用于農田灌溉等方面。

我國城鎮污水回用工程起步較晚，但起點較高，北京、天津、西安等缺水城市污水廠已經開始建設污水回用設施，回用水用于景觀、綠化等。新建的發電廠、化工廠等企業，在建設之初已建立了中水處理設施，工業廢水經過深度處理后用于工業冷卻水和雜用水等。

3 污水回用標準和工藝簡介

3.1 污水回用標準

目前城市污水處理廠處理排放水的標準執行《污水綜合排放標準》（GB8978－2002）中二級或一級標準，排放水的水質能夠穩定用于回用裝置。工業企業將回用水用于工業冷卻水，在設計時執行《工業循環冷卻水設計規范》，用于城市綠化和景觀水的回用水可執行國家及地區頒發的各類《生活雜用水水質標準》、《再生水回用于景觀水體的標準》等。

污水深度處理用于回用的標準要考慮回用水用戶的要求，盲目提高標準只能增加投資和運行成本，所以必須根據回用水使用的目的合理選擇回用水標準和處理裝置。

3.2 污水回用工藝簡介

3.2.1 傳統深度處理工藝

傳統的污水深度處理工藝是在生物處理之后增加諸如過濾、吸附、混凝沉淀及消毒等后續處理工藝而形成的，其工藝組合形式可歸納如圖1。

圖1 工藝組合

工藝1進一步去除水中的微細顆粒物，適用于工業循環冷卻水、綠化、景觀以及農業用水等。工藝2在工藝1的基礎上增加了混凝沉淀，進一步去除來水中的膠體物質、部分重金屬和有機污染物，出水回用與工藝1相同但范圍更廣，國外發達國家一般使用這類水質的回用水。工藝3進一步增加了活性炭吸附，能夠去除微量有機污染物和金屬離子、色度以及病毒等，出水適用于除人體直接飲用外的各種工農業回用水和城市回用水。

3.2.2 傳統深度處理工藝的發展

傳統深度處理工藝以混凝、沉淀、過濾、吸附、消毒為主要方式，主要是去除水中的細微顆粒、少量膠體、微量有機污染物、金屬離子和病毒。針對水中COD、氨氮等指標有進一步要求的回用水時，傳統工藝就無法滿足要求。

近年來，膜分離技術被廣泛應用于回用水處理中，包括微濾、超濾、納濾、反滲透等。微孔過濾能夠分離所有懸浮顆粒，超濾可有效地去除污水中顆粒物及大分子物質。膜分離技術是一種新型的高效分離技術。通過在傳統工藝中加入膜分離技術能夠獲得更好的回用水水質，其中膜生物反應器技術（MBR）就是其中的典型。

4 工程實踐中工藝和設備選擇

工程中主要采用深度物化、深度生化處理及其組合工藝達到不同出水水質要求。目前較為成熟的深度處理工藝技術包括：混凝沉淀、過濾吸附、消毒、膜分離、曝氣生物濾池、MBR法等。筆者結合工程實踐經驗，根據城鎮污水水質水量特點及回用途徑，對現有深度處理常用工藝技術和設備綜合比選[1]。

4.1 深度生化工藝

4.1.1 曝氣生物濾池（BAF）

曝氣生物濾池工藝綜合了過濾、吸附和生物代謝等多種凈化作用，具有體積小、處理效率高、出水水質好、流程簡單、操作管理方便并可省去二沉池等優點。在曝氣生物濾池中，由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水SS很低，不超過10mg/L。因不斷的反沖洗，生物膜更新速度快，活性高，可在很短的停留時間內氧化大量的有機物、氨氮等污染物；此外，對一些難降解的物質，也可借助于生物膜的生物絮凝、吸附作用將其吸附、截留在BAF中，得以去除[2]。

在實際使用中，曝氣生物濾池抗沖擊負荷能力強，耐低溫，能夠廣泛應用于全國各地，不需要區別南方和北方溫度的差異。并且曝氣生物濾池容易掛膜，在水溫10～15℃時，2～3周即可完成掛膜過程。此外，曝氣生物濾池在暫時不使用的情況下可關閉運行，此時濾料表面的生物膜以孢子的形式存在，一旦通水曝氣，可在很短的時間內恢復正常。

4.1.2 膜生物反應器技術（MBR）

超濾或微濾與傳統活性污泥生化處理技術相結合而成的膜生物反應器（MBR），以膜分離過程取代重力沉降過程，不論固體顆粒的沉降性能如何，均可完成固液分離過程，并且可以避免因生物體流失而造成的系統失效。它利用了膜分離的選擇透過性與高效性，又利用了生物處理的有效性和徹底性，使有機物深度氧化，還同時可以硝化、反硝化脫氮。出水不含固體顆粒，能完全保留生物體，將水中的有機物質最大限度地去除。

MBR技術處理后的污水水質清澈，有機物含量低，可直接回用。無需二沉池，所以裝置占地面積小，并且運行成本低，運行維護方便，可實現全自動控制。目前，膜生物反應器作為傳統活性污泥法處理裝置的高技術替代產品，在中小規模的處理、以回用為主要目的的工業及市政污水場合得到了廣泛的應用。

4.1.3 BAF技術和 MBR技術的比較

BAF技術和MBR技術同樣都具有的優點是：占地面積小、處理效率高、出水水質好、運行維護簡單、無需二沉池。但是MBR技術目前被廣泛應用于中小規模的處理工程中，MBR膜造價較高，適用于出水水質要求較高的場合。BAF技術可應用于較大規模的水處理工程中，目前被用于大型污水處理廠和火電廠等工業企業的再生水深度處理工程中。

4.2 混凝沉淀工藝

4.2.1 機械加速澄清池

機械加速澄清池集混合、反應、沉淀于一體，運行穩定，處理水量的范圍較大，可通過在沉淀區增加斜板或者斜管進一步提升沉淀的效果。在處理水量較小時，可制作鋼制設備。在處理水量較大時，可使用混凝土池壁，反應區設備采用鋼制設備。在北方水中硬度較高的地區，可在水中加入石灰乳和碳酸鈉，在去除水中懸浮物的同時降低水中的暫時硬度和永久硬度[3]。

目前，機械加速澄清池已經成為南京中電環保股份有限公司在中水回用工程中廣泛采用的設備，并已申請實用新型技術專利。

4.2.2 水力絮凝和沉淀

現有常用的水力絮凝設備有隔板絮凝池、旋流絮凝池、折板絮凝池等。水力絮凝設備的優點比較明顯，不需要機械設備和動力支持。但是缺點也明顯，水力絮凝設備適應流量變化的能力較差，并且占地面積較大，水頭損失較大。

沉淀池目前在污水廠采用較多的有平流式、輻流式沉淀池以及斜板沉淀池，多采用與絮凝設備合建的方式，但是缺點是占地面積較大、投資成本較高。

4.3 過濾工藝

污水回用時首先要求懸浮物含量少，否則其會沉積于管道或設備中，引起堵塞，因此過濾技術在污水回用中得到最普遍的應用，是保證出水水質不可缺少的關鍵過程，既可作為深度處理流程中間的一個單元，也可作為回用之前的最后把關步驟。

目前常采用的濾池有普通快濾池，有單層濾料和雙層濾料之分。虹吸濾池和無閥濾池的設計使得濾池的閥門數量更少甚至沒有。上述濾池多為混凝土結構，投資較大，但是適用于處理水量較大的場合。壓濾濾池多為鋼罐，移動方便，但是要耗用鋼材，清砂不是很方便，而且處理水量不大。

濾池種類很多，但其過濾過程均基于砂床過濾原理而進行，所不同的僅是濾料設置方法、進水方式、操作手段和沖洗設施等。濾池的池型，可根據具體條件，通過比較確定。

4.4 消毒工藝

為確保回用水衛生安全，必須進行殺菌消毒，以滿足回用水標準中規定的細菌學指標。消毒方法大體上分為物理法和化學法兩大類。物理法常見的就是紫外線消毒，化學法常見的就是投加液氯、臭氧、二氧化氯等殺菌劑殺菌。

在城鎮污水廠中，出于投資等方面的考慮，普遍采用紫外消毒和液氯消毒。但在火電廠等企業更廣泛采用次氯酸鈉和二氧化氯消毒。次氯酸鈉和二氧化氯消毒可適應的水量更大，且易于獲得和儲存。

5 工藝和設備推薦

考慮到初次投資和運行成本、運行維護工作量等因素，在目前城鎮污水回用和深度處理工程中，更推薦采用經過實踐檢驗過的，并且建設成本小，運行簡單的工藝和設備。

當回用水用于綠化和雜用水時，推薦采用的工藝：二級出水→砂濾→消毒。當水量較小時，建議選用罐式的石英砂過濾器；當水量較大時，建議選擇普通的多層濾料濾池。

當回用水用于工業冷卻用水或者用于其它系統的給水時，推薦采用的工藝：二級出水→混凝→沉淀→砂濾→（吸附）→消毒。混凝工藝建議選擇速度更快的機械混凝，如機械加速澄清池，沉淀采用普通的多層濾料過濾，吸附工藝采用罐式活性炭過濾器，消毒采用次氯酸鈉或二氧化氯消毒。

6 結語

城鎮污水深度處理工藝方案和設備的選擇，取決于二級出水水質及回用水水質的要求；工程設計規模；單元工藝可行性與整體流程的適應性；運行控制難度、設備國產化程度、固體與氣體廢物產生與處置方法；工程投資與運行成本；當地實際條件和要求。工藝流程的確定最好通過實驗室實驗，并且在國內外已有成功運行經驗，避免出現技術偏差。

[1]崔玉傳，楊崇豪，張東偉.城市污水回用深度處理設施設計計算[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]鄭 俊，吳浩汀，程寒飛.曝氣生物濾池污水處理新技術及工程實例[M].北京：化學工業出版社，2003.

[3]唐受印，戴友芝.水處理工程師手冊[M].北京：化學工業出版社，2000.