城市污水資源化及再利用技術探析

陳皓琪

（江西財經(jīng)大學，南昌 330013）

城市污水資源化是指將經(jīng)過深度處理后的城市污水，作為再生水資源應用到適宜的用途。污水再利用是指經(jīng)過處理達到水質要求標準的城市污水，在適宜使用的范圍內使用[1]。污水資源化作為一種環(huán)保理念，是解決水資源短缺、減少污水危害環(huán)境的重要舉措，實施污水資源化工程能夠推動我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的落實與發(fā)展。

1　城市污水資源化的可行性與再生水的用途

1.1　城市污水資源化的可行性

污水資源化作為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措，具有一定的可行性。

1.1.1技術可行性

基于傳統(tǒng)的二級污水處理及深度處理工藝，污水資源化處理技術能夠對污水進一步加工處理，其水質更加符合質量安全標準。目前，我國已經(jīng)做出了污水資源化的相應舉措，初步建成了一批污水處理與再利用工程設施。除了大連污水再利用試點工程外，我國在高碑店、天津、青島等城市已經(jīng)建成了污水再利用項目。

1.1.2水量可行性

我國城市污水總量較大且主要集中在工業(yè)園區(qū)及市民居住區(qū)，污水的數(shù)量不受季節(jié)變化的影響，水質、水量均具有一定的穩(wěn)定性。因此，城市用水不受季節(jié)限制，再生水可以滿足城市常年的水資源需求。同時，我國城市污水資源化發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｓ嘘P調查數(shù)據(jù)表明，目前我國有近50%的城市污水能夠在加工處理后安全再利用，但城市污水的自利用率僅為30%左右。

1.1.3經(jīng)濟可行性

相比與跨區(qū)域遠程調水，城市污水資源化工程運輸距離大大縮短，降低了運輸渠道建設成本以及水資源運送途中的浪費。相比與新建自來水廠，污水處理企業(yè)只需在原有廠房與處理技術的基礎上，配備缺少的污水二級處理與深度處理技術，大大降低了新建自來水廠的建設成本[2]。大連污水資源化工程的運行數(shù)據(jù)顯示，再利用水的生產(chǎn)成本僅為生產(chǎn)自來水成本的一半。

1.2　再生水資源的用途

對城市污水進行深度處理后，可以生產(chǎn)出水質安全、達標的再生水資源。以不與人體直接接觸為前提，再生水具有廣泛的用途，具體如下。

1.2.1城市公共用水

再生水資源可以應用于噴灑道路、灌溉綠化、景觀水域等城市公共資源維護，可以用作沖洗車輛、沖刷廁所等居民生活用水，還可以用作建設人工濕地、開發(fā)人工湖、補給自然河流與濕地等環(huán)保用水。

1.2.2工業(yè)用水

再生水資源可以應用到工業(yè)生產(chǎn)中，補給工業(yè)循環(huán)用水以及礦產(chǎn)資源開發(fā)冷卻用水，有效緩解不斷擴張的工業(yè)企業(yè)水資源需求與水資源可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾。在工業(yè)生產(chǎn)中，循環(huán)用水約占工業(yè)用水總量的75%，能源開發(fā)企業(yè)的冷卻用水占工業(yè)用水總量的90%。為了支持工業(yè)企業(yè)的發(fā)展，污水資源化企業(yè)務必保證再生水的供應穩(wěn)定性、水質安全性和供應總量。

1.2.3農業(yè)灌溉用水

農業(yè)灌溉存在巨大的水資源需求，再生水應用于農業(yè)灌溉可以有效減少純凈水資源的消耗量，同時再生水中含有的化學元素既能為農作物的生長提供充足的養(yǎng)料，又不危害農作物的安全

1.2.4地下回灌水

經(jīng)過深度處理的再生水排入城區(qū)附近的流域，能夠通過地表水滲透有效補給地下水資源，避免地下水位降低，有效平衡地下水資源總量。

2　城市污水再利用模式

目前，以污水再利用需求的不同進行分類，我國污水回用模式主要有建筑中水再利用模式與集中處理再利用模式兩種模式。集中處理再利用模式是指將目標水源選定為城市中的污水處理廠中收集的污水，對污水處理廠中的污水資源進行深層次集中處理，使處理后的水質達到水質要求標準，最后通過集中運輸配送管道分配給再生水用戶[3]。建筑中水再利用模式是與集中處理模式的集中處理相對而言，對城市中的污水進行分散式處理，主要是將包含商場、賓館、大型超市、大型酒吧等在內的商業(yè)區(qū)及居民住宅區(qū)等城市區(qū)域的自排水作為目標水源，采用獨立分布的中水處理設備對污水深度處理后再利用，這種方式產(chǎn)生的再生水主要用作沖廁、洗車等居民生活用水以及城市綠化灌溉、噴灑公路等城市公共資源維護用水。

這兩種城市污水回用模式各有利弊，使用的情景各不相同。目標水源及水質穩(wěn)定、水量波動不大、處理效果較好是集中處理再利用模式的顯著優(yōu)點。同時，集中處理再利用模式的處理設備集中，降低了再利用水后期分配運輸?shù)某杀九c難度。相對于集中處理再利用模式而言，建筑中水再利用模式處理水的總規(guī)模較小，水量來源及水質情況不穩(wěn)定。同時，由于各個水源之間分散獨立，各個處理系統(tǒng)聯(lián)系不密切，不僅加大了集中管理的難度，也加大了再生水的運營成本。城市污水再利用處理的兩種模式的優(yōu)缺點具體如表1所示。

表1　城市污水再利用處理的兩種模式的優(yōu)缺點對比

3　城市污水再利用處理步驟

一般來說，城市污水再利用處理技術依次可以分為機械處理、生物處理、深度處理和污泥處理四個處理步驟。一級處理技術作為污水處理的初級步驟，又稱為物力處理技術，是指通過物理沉淀、物理吸附或格柵等機械手段進行處理，分離水中含有的碎石粒、細砂石以及油脂、脂肪等化學物質。二級處理技術又稱為生物處理技術，主要是通過利用微生物將污水中的有害小分子污染物分解、轉化為無害的污泥。三級處理技術又稱深度處理技術，包含深度去除污水中的超標營養(yǎng)物質，以及用氯氣、臭氧或紫外線輻射等技術消毒水資源。最后一個處理步驟是對污泥的處理，這是防止污染物二次污染環(huán)境、提高污水處理效果的關鍵步驟。需要注意的是，由于原水水質和再利用水的用途不同，在城市污水再利用處理過程中，不是所有污水都需要進行上述四個步驟的處理。城市污水處理工藝具體步驟如圖1所示。

圖1　城市污水處理工藝具體步驟

3.1　一級處理階段：機械處理技術

機械處理的目的是去除水中的大顆粒懸浮物及大分子雜質，采用的是固液相分離的物理原理，通過機械方法將污水中的大顆粒固體污染物從液態(tài)水中分離出來，其處理設備主要包括格柵、沉淀池、過濾池等構筑物，是一種普遍采用的污水初級處理方式。機械處理技術可以去除城市污水中約25%的BOD5（五日生化需氧量）以及近50%的SS（懸浮物）。需要注意的是，為了避免有機物快速降解，加大后續(xù)處理步驟的難度，曝氣沉淀池不適合在生物除磷脫氮型污水處理技術中使用。同時，處理具有難以除磷脫氮特性的污水，是否設置初沉池需要根據(jù)污水水源特點和再生水的用途決定，從而保證后續(xù)步驟有效進行和再生水的質量。

3.2　二級處理階段：生物處理技術

生物處理技術主要目的是去除水中含有的具有不可沉懸浮或生物可分解特性的有機物。生物處理技術豐富多樣，主要包含活性污泥處理法、氧化溝處理法、穩(wěn)定塘處理法、AB處理法、SBR處理法、A/O處理法等技術。其中，活性污泥處理法是大多數(shù)城市污水處理廠處理污水時采用的二級污水處理技術。生物處理技術的處理原理是利用微生物的分解作用，將水中含有的可分解有機物分解并轉化為無毒無害的氣體物質（如二氧化碳、氮氣）、液態(tài)物質（如水）以及固體物質（如富含被分解后的小分子有機物的生物污泥），同時依據(jù)固液相分離、氣體揮發(fā)的性質，將氣體、固定物質從沉淀池中有效去除。

3.3　三級處理階段：深度處理技術

深度處理技術是三級處理階段的核心工藝。目前，深度處理技術在我國污水處理廠中的實踐應用并不廣泛，其核心工藝是通過脫氮、除磷工藝深度處理經(jīng)二級處理后的水，使用反滲透技術或者活性炭等物理吸附技術分離水中剩余的頑固性污染物，利用氯氣、臭氧等無毒殺菌氣體進行深度滅菌處理，并將最終產(chǎn)生的再生水通過運輸配送管道輸送給用戶，用于城市資源維護用水、生活用水以及工業(yè)用水等。

3.4　最終處理階段：污泥處理技術

污水處理的最終階段是對污泥的處理。在上述三級處理過程中，均會產(chǎn)生富含營養(yǎng)物質以及雜質、病原體等有毒物質的污泥，主要包含來自一級處理階段的初級污泥、來自二級處理階段的活性污泥、來自三級處理階段的化學污泥。由于污泥含有有毒有害物質，污泥處理不當將會造成生態(tài)環(huán)境的二次污染，危害人體健康。減容、減量以及穩(wěn)定無害處理是城市污水處理產(chǎn)生污泥的常用處理技術。污泥處理作為污水處理步驟的最后階段尤為必要，污泥處理在提高污水廠的凈化效果、保護生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著巨大作用。