浅析中水回用技术

摘要：从中水定义及来源出发，针对中水水质要求选择合适的处现工艺，对中水回用技术进行简要讨论，同时，针对目前国内水资源砚状和中水回用现状及中水回用系统存在的问题，对中水回用前景进行分析。关键词：中水回用处理工艺前景分析摘要介绍了国内外中水回用的发展现状以及中水回用系统的相关问题。关键词水资源；中水回用；水处理；经济效益；环境效益；污水资源化；节水治污我国水资源总量为2.8X1012m3，人均水资源量为2238.6m3，仅相当于世界人均占有量的1/4，是世界人均水资源极少的13个贫水国之一。在全国600多个建制市中，有近400个城市缺水，其中130多个严重缺水。全国7大重点流域地表水有机物污染普遍，特别是流经城市的河段有机污染较重，主要湖泊富营养化问题突出，多数城市的地下水受到了一定程度的污染[1]。水资源短缺和水环境污染己成为制约我国经济和杜会发展的重要因素。解决城市水污染和缺水问题的重要途径是中水回用。中水回用是实现污废水资源化、治理污染、保护环境、节约用水的有效途径，特别是建筑中水，规模较小，分散灵活，投资少，见效快，易于实施，显现出开源和控制污染的双层功效，已在北京、天津、济南、深圳、大连、青岛、太原等缺水城市全面展开，是节水型城市和资源节约型、环境友好型社会建设的重要内容，有着广阔的发展前景，对我国的环境保护、水资源保护、水污染防治、经济可持续发展能起到重要作用。随着我国城市化进程的快速发展，城市需用水量日益增加，很多城市严重缺水，节约用水日趋重要，国内很多大中城市对建筑中水利用的推广力度也越来越大，但发展的障碍也很多，这与资源意识缺乏、相关法律法规不够健全、资金投入问题、公众心理问题、现行自来水价格体制等方面的因素有关，但更重要的原因是中水回用的直接效益不佳。笔者结合我院对中水回用的系统研究与实践，从优选工艺流程、推广高效工艺、挖掘中水潜能、重视系统结合等方面对中水回用的增效途径进行系统分析与探讨，以期进一步提高中水回用的质量与效益，推动中水回用的全面、健康、可持续发展，更好地服务于节水型城市和资源节约、环境友好型社会的建设。1.中水回用概念中水因其水质及其设施介于上水道和下水道之间而得名。中水是指将人们在生活和生产中使用过的水，经集流再生处理后，回用充当地面清洁、浇花、洗车、空调冷却、仲洗便器、消防、景观等不与人体直接接触的杂用水。将污水处理为中水并加以使用的过程就是中水回用[2]，它具有以下3个特点：第一，中水回用能减轻污水治理工程的投资规模、处理负荷，对实施中水回用者有利，另外，它还能促进区域水资源的有效利用。第二，中水回用不得影响卫生方面，在利用时不得有嗅觉和视觉上的不快感，对管道、卫生设备等不能产生腐蚀和堵塞等影响，并要求有稳定、可靠的水处理技术，同时，要建立相应的考核指标，便于监督、管理和监测，在维持必要的水质条件下，处理成本要求经济、合理等。第三，中水的水质必须符合一定的水质标准[3]。《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920－2002）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921－2002）己于2003年5月1日起正式实施。2.国内外中水回用状况世界各国对中水的回用十分重视，美国、日本、以色列等国己将中水广泛应用于工农业灌溉、养殖业、市政绿化、生活洗涤、景观用水等方面，美国城市中水回用量达9亿m3等。日本开展中水回用研究较早，主要将中水用于小区和建筑物生活杂用水。据报道，目前仅东京一地的大型建筑物内己建成的中水道系统就达60余处，总供水能力达10万m3/d。目前以色列己有70%的废水经过处理并用来灌溉1.9万hm2农田，全国所需水量的16%由废水回用来解决，甚至经处理后的废水己达到饮用水标准用于直接饮用。我国早在1958年就将中水回用列入国家科研课题。20世纪60年代关于污水灌溉的研究达到了一定水平；70年代中期进行了城市污水以回用为目的的污水深度处理试验；80年代初，相继在北京、大连、西安等大城市开展了污水回用的实验研究；90年代，完成了几个典型的回用工程；进入21世纪以来，国内很多城市的污水处理厂再生水回用工程相继投入使用，中水回用的范围迅速扩大[4]。但总体来看，中水回用在我国仍处于起步阶段。3中水回用系统中水回用系统由中水原水系统、中水处理系统和中水供水系统3部分组成。中水原水系统是指收集、输送中水原水到中水处理系统的管道系统和附属构筑物。中水供水系统是指收集、输送中水到中水用水设备的管道系统和附属构筑物。中水处理系统则负责将中水原水处理为符合水质标准要求的中水。3.1中水水源中水水源选择是中水设计工程中的关键问题，直接影响到中水处理工艺选择及运行费用。选用时应考虑回用水量的比例，在技术经济比较的基础上，选择回用的原水。根据《建筑中水设计规范》（CECS30：91）选择中水水源时，一般可按下列顺序取舍：①冷却水；②淋浴排水；③盥洗排水；④洗衣排水；⑤厨房排水；⑤厕所排水[5]。实际上中水水源一般并非单一的水源，多为上述6种水源的组合，一般可以分成下列3种组合[6]：（1）盥洗排水与沐浴排水（有时包括冷却水）组合。该组合称为优质杂排水，为中水水源最好组合，应首选。此类水源处理工艺简单，工艺管理方便，且处理成本低。现阶段我国许多中水处理项目，都采用此类水源组合，并且从经济成本方面分析，大都是低于自来水水价的。（2）盥洗水、沐浴水和厨房排水组合，该组合称为杂排水，处理工艺相对简单，成本相对较低，并且也有部分项目回用水的成本同样低于自来水水价。（3）生活污水，即是所有生活污水的总称。这种水质较差，处理工艺较复杂，成本较高，且由于中水推广在我国尚处起步阶段，国家还没有统一的法规约束，加之人们心理承受能力有限，短期内应用较困难。因此，现阶段的中水水源应在水量平衡的基础上，尽量选择优质杂排水和杂排水，通过试点工程的示范作用，利用价格杠杆来推动中水的推广。随着人们对中水水质的认识，对中水的心理承受能力提高，生活污水由于其总体水量较大将会作为主要水源。城市雨水作为中水水源的利用也得到了迅速的发展[6-7]。3.2中水处理技术中水处理技术根据水处理的分类，按处理机理不同可分为物理化学处理法、生物处理法、膜处理法3大类[8]。（l）物理化学处理法。物理化学处理法是以混凝沉淀（气浮）技术和活性炭吸附技术相结合的基本方式，主要用于处理优质杂排水。该处理法适用于处理规模较小的中水工程，主要特点是处理工艺流程短，运行管理简单、方便，占地相对较小；但相对生物处理来讲，运行费用较大，并且出水水质受混凝剂种类和数量的影响，有一定的波动性。（2）生物处理法。污水中含有大量的有机物质和无机物质，污水的常规生物处理主要是去除污水中的可降解的有机物质，利用好氧微生物的吸附、氧化作用，降解污水中有机物。生物处理法包括好氧微生物、厌氧微生物和兼性微生物处理。中水处理多采用好氧生物膜微生物处理技术。主要包括活性污泥法、接触氧化法等。生物处理法的特点是适用于较大处理规模的处理工程，但近年来水处理技术的发展，开发出了小型的生物处理设施，适用于较小水量的工程，可同样获得较好的经济效果；生物处理法的出水水质较为稳定，运行费用相对较小，尤其对于大型污水处理工程，生物处理法显得尤为突出。（3）膜处理法。膜处理法属于物理处理或物理化学处理方法，是指利用膜技术来处理水，使之符合一定的水质标准。当前膜处理方法主要有两种，即连续微过滤和膜生物反应器。连续微滤系统是以微滤膜为中心处理单元，配以特殊设计的管路、阀门、自清洗单元、加药单元和自控单元等，形成一闭路连续操作系统。当污水在一定压力下通过微滤膜过滤时，就达到了物理分离的目的[9]。连续微滤系统的特点有[l0]：设备控制简单，系统可自动运行；占地小、结构紧凑，模块化设计可根据用户需求灵活地扩大或缩小；高抗污染的聚偏氟乙烯膜材料，耐氧化，使用寿命长；独特的在线气水双洗方法，优异的膜通量恢复率；运行费用较低；可采用氧化性清洗剂进行系统清洗；产水水质高：浊度!lNTU，悬浮物!5mg/L，细茵总数!3个/，大肠杆茵数为0。膜生物反应器，处理原理在于使污水中的大分子难降解成分在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，从而达到较高的去除效果[ll]。高生物量浓度使膜生物反应器工艺能以紧凑的系统获得较高的有机物去除率的保证。膜生物反应器有效克服了与污泥沉降性能有关的限制，并起到了取代二沉池的作用，同时还能达到澄清和防茵的目的。对于己建成的污水处理厂，若改用膜生物反应器工艺，在不增加反应器容积的情况下，可使处理水量大大提高。膜生物反应器工艺具有出水水质好、占地少、易于实现自动控制等许多常规工艺无法比拟的优势，其在污水处理与回用中所起的作用也越来越大，并具有非常广阔的应用前景。膜处理的主要特点是处理水质稳定、可靠，但工程投资较大、处理成本较高[l2]。上述3种基本处理方法，在中水处理中经常被采用。由于原水水质、中水水质要求、处理场地、环境条件、投资条件及管理水平等因素的影响，各种处理设备装置或构筑物都要精心设计和选择，有时需通过试验来确定最佳方案。!!中水用途在城市生活、生产用水中，约40%的水是与人们生活紧密接触的，对水质要求严格。而多达60%的水资源使用在工业用水、农业灌溉、环卫用水和绿化用水等方面，如将这部分用中水替代，在水质标准上是完全允许的，同时节约了大量的新鲜水源。目前，我国主要应从以下4个方面推广使用中水：（l）园林绿化用水。园林绿化用水主要包括4个方面，即绿化用水、河湖补水、景观用水、公园内冲洗厕所用水、公园内道路冲洗用水等。（2）中水用于小区。将中水引入小区，实现双路供水是建设节水型城市的重要体现，小区中的冲厕用水、绿化用水、洗车等方面都可以用中水代替。如天津市梅江小区就将中水管线直接介入用户的马桶内用于仲厕，既避免了居民误饮误用，又使得管理收费方便易行。（3）中水洗车。中水在水质、水量上都能满足洗车的要求，并具有以下优势：第一，节约用水；第二，中水水价一定比现行洗车水价低廉，各用户容易接受推广起来比较容易；第三，水量丰富，可以节省循环设备的投资，用于引进先进洗车设备，提高工作效率。（4）工业冷却水。工业冷却水用量大，且不受季节影响，中水回用工程在规划阶段应充分考虑工业用户。!$中水回用系统发展趋势我国将中水系统分为3类，即建筑中水系统、小区中水系统和城市中水系统[7]。建筑中水系统是指单栋建筑物或几栋建筑物所形成的中水系统。建筑中水系统宜采用生活污水单独排入城市排水管网或化粪池，以优质杂排水或杂排水作为中水水源的系统（图l）。建筑中水系统具有流程简单、投资少、见效快的特点，主要用于大型公共建筑、公寓、宾馆、饭店及办公楼等。小区中水处理系统是目前中国应用较广泛的中水处理方案。以小区为处理单位，以小区及临近地区的优质杂排水、杂排水为中水水源，经集中处理，使水质达到可回用标准，返回小区使用[l3（]图2）。小区中水系统具有工程规模较大，水质和管道较复杂，集中处理的费用较低等特点，主要适用于大中规模的居住小区、机关大院、高等院校或新建开发区等。其限制条件是小区建设应统一规划，建筑物集中，管道单独铺设等。城市中水系统是指城市污水处理厂出水己达到中水回用水质要求，城市建有市政中水管道，建筑或小区可以直接接入中水的系统（图3）。城市中水系统运转费用低，日常管理方便，但一次性投资大与管网工程浩大，短时间内难以实现，主要适用于没有可供开发的地面和地下水资源的严重缺水城市。中水回用作为开源节流的有效途径，应首先在单个建筑中实行中水回用，然后应用于新建小区，之后向城区发展，最终要建立完善的城市中水系统[l4]。4.中水回用效益评析中水处理的效益主要体现在节约水资源、经济效益和环境效益3个方面[l5]。中水可以增加杜会总的可供水量，而且中水对自来水的补充和替代作用有助于满足农业和工业发展及人口增加对水的需求。污水经过深度处理后用作杂用水，就整个工程来讲，无疑要增加建设投资，但中水就近回用，水量有保证，输送距离短，更由于减少了城市供水和排水的水量，从而减轻了城市给水排水管网和处理工程的负荷