国内外中水回用技术

一．背景

随着现代社会工业的迅猛发展，城市用水量和废水量急剧增加，水资源情况日趋紧张，这已经成为世界各国共同面临的问题。在水资源紧缺的现实下,将污水进行深度处理后作为再生资源是必然的发展趋势,污水资源化利用技术的推广应用势在必行。污水资源化就是将城市生活污水进行深度处理后作为再生资源回用到适宜的位置。中水处理即是采用物理、化学以及生物化学方法将城市污水或生活污水进行处理，使之达到一定水质要求，可在一定范围内重复使用。如用于冲洗地面、厕所、绿化、喷洒及景观用水等。因其水质介于上水和下水之间，故称中水。

二．中水回用技术的发展沿革

1．几种中水处理技术简介

中水回用的处理技术按其机理可分为物理化学法、生物化学法和物化生化组合法等。通常回用技术需多种污水处理技术的合理组合,即各种水处理方法结合起来深度处理污水,这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质的要求。发展到目前,中水回用的工艺流程有:

(1) 生物化学法

原水→格栅→调节池→接触氧化池→沉淀地→过滤→消毒→出水。

(2)物理化学法

原水→格栅→调节池→絮凝沉淀池→超滤膜→消毒→出水。以超滤膜分离技术替了代上述工艺中的沉淀、过滤单元。

(3)膜生物反应器技术（物化生化结合法）

ＭＢＲ工艺概述

膜生物反应器(ＭｅｍｂｒａｎｅＢｉｏｒｅａｃｔｏｒ,简称ＭＢＲ)是将生物降解作用与膜的高效分离技术结合而成的一种新型高效的污水处理与回用工艺。其处理流程为: 原水→格栅→调节池→活性污泥池→超滤膜→消毒→出水。（一体式）对于中水处理流程选择的一般原则是，当以洗漱、沐浴或地面冲洗等优质杂排水（CODcr 150~200mg/l,BOD5 50~100mg/l）为中水水源时，一般采用物理化学法为主的处理工艺流程即可满足回用要求。当主要以厨房、厕所冲洗水等生活污水（CODcr300~350mg/l,BOD5 150~200mg/l）为中水水源时，一般采用生化法为主或生化、物化结合的处理工艺。而物化法一般流程为混凝、沉淀和过滤。

传统的生物化学法运转时必须考虑到反应速率和污泥的沉降性能。反应速率主要取决于活性污泥的浓度,污泥浓度高,则反应速度就快。但考虑到二沉池不能过大,所以活性污泥的浓度就不能太大,从而影响了反应速率。污泥的沉降性能则取决于曝气池的运行条件。严格控制曝气池的操作条件是首要条件,因此也限制了生物化学法的应用范围。为了克服这些不足,科学家们首先想到了用膜来进行固液分离。超滤膜分离技术正是在这样的情形下发展起来的。其原理是在一定压力下，采用具有一定孔径的分离膜，将溶液中的大分子物质、胶体、细菌和微生物截留下来，从而达到浓缩与分离的目的。其处理精度可达0.1微米。不会产生生化法那样的气味儿，污泥量少，无需进行污泥处理。同时启动也十分方便，不必象生化法那样接种和培驯污泥，因而操作方便。国外的研究资料表明，超滤技术作为中水处理的后处理技术，具有适应性强、对悬浮物、细菌和洗涤剂的去除率高，出水稳定等诸多优点。

2．中水回用技术的经济效益分析

由于各种处理工艺的投资成本和运行成本差异较大,其运行费也不尽相同。由于省去了后续的沉淀过滤单元，膜生物反应器工艺的一次性设备投资低于其它工艺, 但是处理成本（包括电费、药剂、人工费及膜更换费用）略高于传统生物处理及物理化学工艺。今后,随着膜分离技术的不断发展和新型膜材料的开发研制,膜价格不断下降，处理成本将会进一步下降，其应用空间也会更加广阔。因此，在综合考虑各种因素的基础上,ＭＢＲ工艺具有出水水质良好、运行管理简单、占地面积小等优点,是污水回用的适用技术,因此将成为2 1世纪水处理工艺的热点。

三．国内外中水处理技术现状及进展

（一）中水处理技术概况

1．日本早在1 962年就开始回用污水，70年代已初见规模。随着回用技术的不断更新和发展,再生成本不断下降、水质不断提高,逐渐成为缓解水资源短缺的重要措施之一。90年代初日本在全国范围内进行了废水再生回用的调查研究与工艺设计,在1 991年日本的“造水计划”中明确将污水再生回用技术作为最主要的开发研究内容加以资助,开发了很多污水深度处理工艺,在新型脱氮、脱磷技术,膜分离技术,膜生物反应器技术等方面取得很大进展的同时,对传统的活性污泥法、生物膜法进行了不同水体的工艺实验。建立起了许多“水再生工厂。”

2．美国也是世界上采用污水再生利用最早的国家之一，60年代末就将膜生物反应器用于废水处理, 70年代初开始大规模污水处理.在美国,有300余座城市实现了污水处理后再利用;1987年以色列全国已有210个市政污水回用工程,城市污水回用率达72%;1996年纳米比亚温得和克市污水回用量达到21000ｍ3/ｄ。

3．我国中水回用现状

早在1 982年青岛市就将中水回用作为市政及其它杂用水,以缓解其面临的淡水危机;北京市1 984年开始进行中水回用工程示范,中水设施建设得到较快的发展, 1 995年北京市已有中水设施1 1 5个,日回用污水已达1 . 2万ｍ3,中水建设已初具规模;各项技术指标达到ＣＪ2 5.1 - 89我国《生活杂用水水质标准》或《北京市生活杂用水卫生标准》。

（二）最新的ＭＢＲ处理工艺在国内外中水回用中的应用

1． 国外膜生物反应器的发展现状

美国早在60年代末就将膜生物反应器用于废水处理在废水处理领域中的应用研究始于2 0世纪60年代的美国,当时由于受膜生产技术所限,膜的使用寿命短、水通透量小,使其在投入实际应用中遇到障碍。70年代以后,日本根据本国国土狭小、地价高的特点对膜分离技术在废水处理中的应用进行了大力开发和研究,使膜生物反应器开始走向实际应用。ＭＢＲ工艺80年代后在日本等国得到了广泛应用。日本某公司对ＭＢＲ工艺的污水处理效果进行了全面研究,结果表明活性污泥-平板膜组合工艺不仅可以高效去除有机物，且出水中不含细菌,可直接作为中水回用,目前,日本已有近1 0 0处高楼的中水回用系统采用ＭＢＲ处理工艺。如日本第3 6/ 3 7森楼和都饭店、北千住终点站大楼、东京都港区厅宿舍等,都采用膜好氧生物反应器,由好氧性的高浓度活性污泥法和超滤组件组合而成的水处理系统,所采用的超滤膜孔径为1 0 μｍ,切割分子量为2 0 0 0 0的聚丙烯腈平板膜组件，处理效果良好。法国、美国、澳大利亚等对膜生物反应器的研究也投入了很大力量。使膜生物反应器的研究内容更加全面而深入,为90年代的进一步推广应用奠定了技术基础。进入90年代后,膜生物反应器工艺已经被广泛接受。目前,这项技术已在欧洲、北美及亚洲一些国家得到较快的发展,并已在水处理的许多领域得到应用。

2.国内研究现状

我国对膜生物反应器的研究还刚刚起步但发展十分迅速。ＭＢＲ在我国的研究始于1993年。研究者对分离式ＭＢＲ,抽吸淹没式ＭＢＲ,重力淹没式ＭＢＲ与传统生物处理工艺在城市污水处理方面进行的比较研究表明:各种ＭＢＲ的出水水质均优于传统生物

处理工艺。虽然近年来有关膜生物反应器试验研究的报道频繁出现,但是,目前在我国有关大规模实际应用尚未见报道。

四．结论

根据上述技术发展沿革及现状，对国内外中水回用技术进展对比如下：

由此可见，我国在中水处理技术领域与世界先进水平的差距在15-20年，美国不必说，就是同在亚洲的近邻日本，也把我们远远甩在了后面。因此应发挥我们的资源优势，加大技术研究开发力度，以缩短同世界先进水平的差距，发展壮大我们的水处理产业。

国外中水处理回用现状

中水开发与回用技术近年来得到了迅速发展，在美国、日本、以色列、英国等国家(尤以日本为突出)得到了广泛的应用。这些国家均以本国度、区域的特点确定出适合其国情的中水回用技术，使中水回用技术越来越完善。日本的水资源虽较丰富，但人均水资源占有量仍低于世界平均水平。节约用水一直受到全社会的关注。早在20世纪60年代，日本沿海和西南一些缺水城市就已经开始考虑将城市污水处理厂的出水经进一步处理后回用于工业、生活或生活杂用（以冲洗卫生设备为主）。到20世纪80年代中期，日本的城市污水回用量就达到了0.63×108m3/d。同时，日本的双管供水系统比较普遍(其一为饮用水系统，另一为再生水系统，即"中水道"系统)，中水道的再生水一般用于冲洗厕所，浇灌城市绿地及消防。日本在政策上鼓励中水回用，日本政府制定了奖励政策，通过减免税金、提供融资和补助金等手段大力加以推广中水回用技术。而且同时还要求新建的政府机关、学校、企业办公楼以及会馆、公园、运动场等公共建筑物都须设置中水道。

美国早在1950年就对污水深度处理进行了试验研究。中水利用工程主要分布于水资源短缺、地下水严重超采的西南部和中南部地区。目前，美国城市污水回用量达260×104m3/d，其中水利用工程项目和回用水量均以农业灌溉居多，占回用总量的62%；另外，作为工业用水和作高层建筑生活用水的回用水占回回量的30%。以色列是一个水资源极度贫乏的国家，因此污水已经成为该国重要的水资源之一。以色列能够成为经济发达的国家并保持经济高速增长，其中心政策是农业节水和城市污水回用。目前，以色列100%的生活污水和72%的城市污水得到了回用。现有200多个污水回用工程，处理后的污水42%用于农灌，30%用于地下水回灌，其余用于工业及市政建设等。同时，以色列根据国内地区条件和社会经济结构采取不同的水回用原则，为保证中水回用工作的顺利进展，以色列将污水回用以法律的形式给予保障。由于大范围的污水回用，对于包括回用水技术在内的节水技术、回用水水质以及污水回用产生的生态和流行病学问题，在以色列也受到极大的重视，并积极开展了研究工作。英国的水资源相对丰富，但并不能认为水资源过多。英国除严格要求工业企业自身实行废水回用等节水措施外，城市污水经处理后多排入河道而被间接回用。新加坡为了更好地节约水资源，推广中水市场，则在媒体上对中水大做广告，以引导民众的消费习惯，吸引更多的新加坡人接受它。而且新加坡的中水应用范围也在不断扩大，目前每天至少有数千万升经过深度处理的中水已经加到饮用水管中，不是单纯作为中水利用了。另外德国、巴西和奥地利的中水回用搞得也不错，处理程度比较高，污水处理量和回用量也高。