城市汙水回用研究的論文
城市汙水回用研究的論文
摘要：城市汙水回用指的是，生活和工業汙水經過處理後，作為工業，農業或市政用水的水源。城市汙水中含有汙染物質的水量僅佔整個汙水量的0。1％，其餘絕大部分是可用清水，而且城市汙水就近可得。水量穩定、易於收集，汙水處理技術.......
關鍵詞：城市汙水回用的方案分析
城市汙水回用指的是，生活和工業汙水經過處理後，作為工業，農業或市政用水的水源。城市汙水中含有汙染物質的水量僅佔整個汙水量的0。1％，其餘絕大部分是可用清水，而且城市汙水就近可得。水量穩定、易於收集，汙水處理技術也比較成熟，將城市汙水經常規處理後回用於工業是完全可行的。目前，我國城市汙水的回用率還很低，但是西方發達國家已經有了許多成功的例項。美國自50年代起，即開始著手這方面的工作，據報道，美國357個城市實現了汙水回用，其中回用於農業佔55．3％，回用工業佔40．5％；日本早在1962年就開始汙水回用的實踐，70年代東京、名佔屋和大皈等城市就已將城市汙水處理後回用於工業；前蘇聯莫斯科東南區設有專用的工業水系統，有36家工廠使用處理後的城市汙水，每日汙水回用量達5。5×105m3；南非聯邦不但丁業使用再生水，而且在約翰內斯堡市，每日自來水的85％加人的是城市再生水，開創了使用汙水回用到飲用水的先例。
一、城市汙水的產生，主要汙染物及汙染特徵
1、工業汙染源
各種工業生產中所產生的廢水排入水體就造成了工業汙染源。不同的工業所產生的工業廢水中所含汙染物的充分有很大差異，這是由於各種工業加工的原料不同、工藝過程不同造成的。
冶金工藝所產生的廢水主要有冷卻水、洗滌水和沖洗水等。
輕工業所加工的原料多為農副產品，因此工業廢水主要含有機質，有時還常含有大量的懸浮物質、硫化物和重金屬，如汞、鎘、砷等。
化學工業的產品很多，因此化學工業廢水的充分也很複雜，在廢水中常含有多種有害、有毒，甚至劇毒物質，如氰、酚、砷、汞等。總之，工業汙染源向水體制排放大廢水具有量大、面廣、充分複雜的特點，是重點解決的汙染源。
2、城市生活汙水
城市居民聚集地區所產生的生活汙水，多為洗滌水和沖刷器物所產生的汙水，因此，主要由一些無毒有機物，如糖類、澱粉、纖維素、油脂、蛋白質、尿素等組成。其中含氮、磷、硫較高。此外，還伴有各種洗滌劑，這是另一類汙染源，它們對人體有一定危害。在生活汙水中還含有相當數量的微生物，其中一些病源體，如病菌、病毒、寄生蟲等，都對人的健康有較大危害。
3、農村汙水和灌溉水
農村汙水和灌溉水是水體汙染的主要來源。由於農田施用化學農藥和化肥，灌溉後或經雨水將農藥和化肥帶入水體造成農藥汙染或富營養化。在汙水灌溉區，河流、水庫、地下水都會出現汙染，同時也就出現土壤汙染、食品汙染。
4、雨水收集與利用
結合當地氣候條件和住區地形、地貌確定雨水處理方案；屋面、地表雨水經收集、處理後，應達到規定的回用水質標準；優先選用暗渠收集雨水，雨水處理宜採用滲水槽系統，滲水槽內宜裝填礫石或其他濾料；利用住區的綠地、水景等進行自然淨化，使其滿足用水物件的要求；採用多種滲透設施進行滲透淨化；雨水回用系統，應設定雨水初期棄流裝置；公共活動場地、人行道、露天停車場應採用透水鋪裝材料，以利於雨水入滲，可滲透鋪裝面積應不小於30%。
二、城市汙水回用的可行用途
1、補充地下水：似乎有兩個可能性值得評估，即（a）補充地下水，建立地下水防護堤來防止水質惡化，避免鹽鹼水的侵入；（b）平整地表面，補充淺含水層。這些措施的潛在性具有侷限性，因為可供使用的處理水量有限，而水競爭性用途卻很多。另外一個潛在性是，利用洪水期的地表水流量補充地下水。
2、中水回用：把小區產生的各種汙廢水及雨水進行收集再行處理達到所要求使用的水質標準，再用於小區環境用水和小區雜用水，稱為中水回用。因其水質居於生活飲用水水質和允許排放汙水水質標準之間，取名為"中水"。小區汙水回用開闢了第二水源，降低了小區新鮮水取用量，經處理後的汙水回用於小區，減少了汙水的排放量，減輕了受納水體的汙染，也減少了治理環境汙染的投資。所以汙水回用既節約了水資源，也消除了環境汙染，具有多重效益。
3、汙水回用於冷卻水系統：城市汙水處理後，根據不同的水質情況，有的可以直接回用於工業迴圈冷卻水系統，有的需要進一步處理後再回用
4、景觀及綠化用水：廢水回收的可能性是，用於（a）城市風景點的灌溉（公園、花園和道路綠化帶）、補充公園的池塘來美化環境。對這些用途的水處理還要求包括二級水處理以及減少病菌等。
5、增加河流流量：在黃淮海流域，河流系統的生態價值產生了很大的變化或因汙染和下游流量的減少損失很多，因此，對使用廢水來調節低流量很感興趣。但是，似乎所有可供使用的水，包括回收的廢水都需要用來滿足城市和農村群眾的需求。
6、汙水用於農田灌溉：一方面可以緩解當地的農業水資源緊缺的矛盾，另一方面，由於汙水中含有豐富的氮、磷、鉀等營養元素，為作物生長所必需
三、城市汙水再生利用的模式與發展狀況
城市汙水的再生利用實際上包括再生和利用兩個環節，汙水利用的條件是擬進行回用的水必須滿足一定用途的水質要求，因此，回用處理（再生）的環節通常是必不可少的。目前的城市汙水利用較多考慮的是城市汙水處理廠二級處理後的出水，這種水的利用有二種形式：直接回用和間接利用。直接回用多用於汙水處理廠附近的農田灌溉及草場等用水，回用的途徑及方式受地域限制還比較單一，調配運轉不方便，而且這種水雖然經過了人工強化處理和消毒等措施，但由於未經過一定時間的自然淨化，在使用和控制不當時會產生一定的問題。間接利用是從水域的整體考慮，從水體上游取水淨化供城市使用，產生的汙水經城市汙水處理廠淨化後排入水體的下游，迴歸於水體（此過程構成了水的社會迴圈），再經過一定河段的自然淨化，可為下游城市或地區利用。經處理汙水的間接利用是將自然界中水的社會迴圈與自然迴圈有機結合，在水體自淨容量的限度內，對水體的利用基本不會造成損害，這種方式需要從宏觀上進行管理，是水資源可持續利用的重要途徑。
國內外已有許多將淨化後的城市汙水應用於工業、農業、市政、漁業等的成功例項。近年來，阿根廷、智利、印度、科威特、墨西哥、秘魯、俄羅斯等國將城市汙水一級或二級處理出水應用於農業灌溉，其規模逐年擴大。日本創造了中水道系統，在建築群內設雙管供水系統，利用再生汙水沖刷廁所、作冷卻水、澆花園和草地、沖洗馬路和汽車或作景觀、消防用水，獲得了顯著成效。
城市汙水再生利用的中心問題在於根據地區的特點擬定適宜的再利用對策。美國加利福尼亞州根據其農業發達、用水量大的特點，提出的基本模式是“灌溉回用”，農業用水直接取自水源和經處理的城市汙水；佛羅里達州根據其城市用水集中的特點，提出的基本模式是“非飲用回用”，大規模地實行“雙管供水系統”，以自來水價格的40%將城市汙水處理水供給高爾夫球場、城市綠化、以及建築物和住宅區的中水道用水；而德克薩斯州根據自己用水的傳統和水文地質特點，採用“間接回用”的模式，大規模進行汙水處理水的地下回灌。以色列的城市汙水處理水的主要回用出路是“農業灌溉”，但在人口集中的城市區域也進行一定規模的中水道回用。日本大部分地區利用汙水處理水進行“清流復活”，這是因為該國基本上不缺水，但水資源的修復和保護是回用的重點。
採用淨化後的城市汙水供工農業及市政事業等多目標、多物件的回用在技術上是可行的，經濟上是適宜的，對緩解城市水荒、促進城市的可持續發展有非常重要的意義。近10年來我國對城市汙水再生利用組織科技攻關取得豐碩成果，如中小城鎮和住宅小區的汙水回用；城市汙水淨化後回用於園林綠化、市政景觀、沖刷馬路等；大型賓館及娛樂場所的中水回用系統；城市汙水回用於工業冷卻水系統或低壓鍋爐補給水及工藝用水；汙水回用規劃、技術政策等軟課題研究等。此外，還興建了若干示範工程。隨著我國城市化程序的推進，我國城市汙水資源日益豐富，目前已超過500×108m3/a，如果有1%的汙水回用，將對緩解北方一些重要城市的缺水起重要作用。我國是世界上13個貧水國之一，當前，我國600餘座城市中有300餘座缺水，有些城市水資源嚴重匱乏，全國城市缺水60×108m3/a，因缺水而減少的工業產值＞1200億元/a，且呈現增長之勢。自2000年5月份以來，由於乾旱缺水，已有150個城市先後開始實行定時限量供水，嚴重影響了城市的可持續發展。雖然我國在利用城市汙水灌溉農田方面積累了多年的實踐經驗和具備了一定的科學研究基礎，許多城市也實施了一些開源節流的措施，但把城市汙水當作一種穩定可靠的水資源予以開發利用仍然進展不大。這中間很大程度上是認識問題，當然也有一些屬於技術上或投資上的問題。
汙水作為水資源回用的前提是提供適合於回用的水質，且不造成任何潛在的二次汙染。目前隨著水處理技術的發展，能達到一定水質的水處理技術往往不在於其技術上的可能性，而在於經濟上的可行性。因此，常規汙水處理工藝的強化、組合及高效、低耗能處理技術的應用，自然能源和廉價資源的開發利用，汙水處理和資源回收相結合技術，已成為城市汙水資源化技術研究的主流；同時，城市汙水再生利用的`系統及最佳化理論、環境風險評價、水質指標及系統管理模式等，也將成為城市汙水再生利用研究的重要方面。
四、我國城市汙水處理的發展現狀
20世紀80年代中期以來，我國的城市汙水排放量開始成倍增長（＞500×108m3/a），而相比之下，我國的汙水處理率卻增長緩慢，目前還不足10%［3］。近十幾年，我國城市已由解放初期的132座增加至668座，城市人口已佔全國總人口的35%，預計到2010年可上升到47%，按此預測，屆時城市汙水量也將達到720×108m3/a。在我國現有的668個城市中，僅有123個城市有307座不同處理等級的城市汙水處理廠，其中城市汙水二級處理率為10%左右。全國現有17000個建制鎮，絕大多數沒有排水和汙水處理設施。國家提出至2000年汙水處理率要求達到25%，2010年達到40%。
目前，各地對城市汙水的處理考慮較多的是排水管網終端的集中式處理，而對於汙水流經整個城市的過程卻缺少控制，尤其是在城市排水系統不健全的地區，致使一些分佈於城區的溝渠水體倍受汙染，日久天長這些水體也就成了名副其實的“臭水”。現在一些有條件的地區採取了“截汙、清淤、引水”等治理措施，使水體在感官上有了很大的改善，但同時也破壞了水體的自淨體系和功能，使水體抵抗外界汙染的能力減弱。由於我國的城市排水管網較多采用的仍然是合流制管道，雨季時大量汙水隨雨水從截汙幹管的溢流井排入水體，而造成嚴重的汙染。可見，只有在城區點源汙染和麵源汙染得到有效控制的前提下，才能全面實現城區的碧水目標。
五、城市汙水回用的處理方法
1、補充地下水處理技術：城市汙水地下回灌深度處理方法一般為傳統的汙水處理方法，廢水處理的程度則取決於回灌的水量與水質、地下水盆地和天然地下水稀釋的可能性、土壤型別、地下水深度、回灌方式、使用前在含水層中的停留時間等。確定深度處理技術需考慮廢水成分、選定技術對特定廢水引數的處理水平、選定地區的土壤滲濾處理效果等因素。土壤滲濾也叫土壤含水層處理，是地下回灌流程中一個重要組成部分，具有簡單、經濟等特點，其費用僅為廠內裝置處理達到相同水平所需費用的40%。土壤滲濾淨化機理包括慢速過濾、化學沉降、吸附、離子交換、生物降解、硝化與反硝化以及消毒等。土壤滲濾是地下回灌技術的主要特徵，也是確定深度處理技術最重要的影響因素。汙水回用的目的不同，水質標準和汙水深度處理的工藝也不同。但要特別注意實現回灌前處理、土壤含水層處理、取水後再處理三者間的合理最佳化。
2、中水處理工藝
物理處理法——膜濾法：適用於水質變化大的情況。採用這種流程的特點是：裝置緊湊，容易操作，以及受負荷變動的影響小。
膜濾法是在外力的作用下，被分離的溶液以一定的流速沿著濾膜表面流動，溶液中溶劑和低分子量物質、無機離子從高壓側透過濾膜進入低壓側，並作為濾液而排出；而溶液中高分子物質、膠體微粒及微生物等被超濾膜截留，溶液被濃縮並以濃縮形式排出。
我國有使用膜生物反應器處理生活汙水的報道，經過110天的運作，均得到穩定而優質的膜過濾出水，符合雜用水水質標準。對COD的去除率可提高15％~30％。並具有較強的抗衝擊負荷能力。一體式膜生物反應器中水處理系統對經預處理後的港口汙水的油類去除率均保持在70％—85％。北京一個人口為2．5萬的居民小區採用膜生物反應器的中水處理系統，出水水質明顯高於生物接觸氧化法。
物理化學法：適用於生活汙水水質變化較大的情況。一般採用的方法有：砂濾、活性炭吸附、浮選、混凝沉澱等。這種流程的特點是：採用中空纖維超濾器進行處理，技術先進，結構緊湊，佔地少，系統間歇執行，管理簡單。
該法以紫外吸收、臭氧、活性炭吸附相組合為基本方式，與傳統二級處理相比，提高了水質。義大利南部採用了紫外吸收單元給二級出水消毒，當紫外吸收的劑量為160mws／cm2時，大腸菌失去活性，回用水達到義大利的農業回用標準。西班牙水處理廠用過量的臭氧（劑量大於9mg／L）對過濾後的二級出水消毒，再用於農業灌溉。
生物處理法：適用於有機物含量較高的生活汙水。一般採用活性汙泥法、接觸氧化法、生物轉盤等生物處理方法。或是單獨使用，或是幾種生物處理方法組合使用，如接觸氧化+生物濾池；生物濾池+活性炭吸附；轉盤十砂濾等流程。這種流程具有適應水力負荷變動能力強、產生汙泥量少、維護管理容易等優點。
據報道，德國採用活性汙泥SBR和生物膜SBR插入到主體活性汙泥反應器中脫氮，脫氮率可達90％。日本認為SBR活性汙泥工藝是小型廢水處理廠最有前途的工藝，適合在城市地區使用。
3、汙水回用於冷卻水系統
（1）．微生物問題由於回用汙水中的COD和氨、氮含量較高，導致微生物繁殖大幅度增加，產生生物粘泥，因此必須加大殺菌力度。傳統的方法是投加氧化性殺菌劑或直接投加氯氣。氧化型殺生劑的殺菌效果好，一般能解決微生物繁殖問題，具體應用中可根據水質情況決定投加量和投加頻率。
（2）．腐蝕問題回用汙水的TDS濃度通常比新鮮水高2—5倍，電導率、CI、SO42—都高，PH較低，腐蝕程度大，所以要選擇合適的水質穩定劑來控制回用水對裝置的腐蝕。
（3）．懸浮物問題二級處理後汙水濃度較小，懸浮物主要是一些從生化曝氣池帶出的活性汙泥。懸浮物的去除方法有兩個：一是選擇適當的濾料，經過過濾，可以濾除大部分懸浮物，二是加人化學劑，兩種方法的結合可以去除大部分懸浮物。
在探索汙水回用於迴圈水系統的工作中，我國也取得了較好的成績。如大連汙水回用示範工程，濟南煉油廠汙水回用專案，華能北京熱電廠汙水回用實踐等。
4、綠化及景觀用水
（1）綠化用水：採用回用水作為綠化用水，水質應達到用於灌溉的水質標準；在輸水—布水系統中餘氯的含量不低於0。5mg/L或更高，以清除嗅味、黏膜及細菌；採用噴灌，SS應小於30mg/l，以防噴頭堵塞。
（2）景觀用水：採用再生汙水用做景觀用水，需要脫氯，以保護水生動物。再生水應清澈、無毒、無嗅，應去除營養物，以避免藻類繁殖。水中不含有致病菌。
5、增加河流流量：
6、汙水用於農田灌溉：
六、城市汙水回用的經濟、環境效益
1、城市汙水回用的經濟效益
城市汙水回用與開發其他水源相比在經濟上的優勢：①比遠距離引水便宜。其基建投資只相當於從30公里外引水，而我國水資源分佈不均衡，對於西北部貧水的城市，如果從東南部水資源豐富的地區引水，引水距離至少為上百公里，甚至達到上千公里，工程是十分浩大的。②比海水淡化經濟。城市汙水所含雜質少於0．l％，而且可用深度處理方法加以去除，而海水則含有3．5％的溶解鹽和大量有機物，其雜質含量為汙水二級處理出水的35倍以上。③不僅節約了寶貴的水資源，而且節約了排汙費用。目前，大部分城市汙水都是直接排放人江河湖泊，不僅汙染環境，而且國家要收取相應的排汙費（新鮮水費為1．12元／m3，排汙水費為0．15元／m3），這對於城市的發展來說也是不小的負擔。以一個年產2萬噸合成氨廠為例，使用處理後的汙水作為迴圈冷卻水及其他上藝用水，每年可節水300萬m3，減少排汙費24萬元，直接經濟效益100萬元。再以南方某煉油廠為例，採用處理後汙水作迴圈冷卻水，可節約新鮮水32萬m3／a，減少排汙32萬m3／a，兩項節約費用40．6萬元／a，除去投資費用每年可獲經濟效益20．6萬元／a。
2、城市汙水回用的環境效益
城市汙水回用開闢了第二水源，減少了城市新鮮水的取用量，減輕了城市供水不足的壓力和負擔，緩解了供需矛盾。這對缺水城市意義更為重大。城市汙水處理後的回用，減少了汙水排放量：一是減輕了對水體的汙染，並能使部分被汙染的水逐漸更新復活；二是減少了治理環境汙染的投資。節水效益明顯，城市汙水量大且集中，如果很好地推廣使用汙水回用技術，可以節省大量水質要求不高的用水消耗量。相比較於海水淡化、遠距離調水，城市汙水回用有著它們無法相比的環境效益；而且就目前的技術水平而言，海水淡化、遠距離調水以及地下水開採也都存在著一定的不足，這也凸顯出城市汙水回用的優勢。
七、城市汙水回用存在的問題和展望
1、缺乏對汙水再生利用的系統規劃
目前我國尚未建立城市汙水再生利用規劃指標體系。在城市建設總體規劃中，雖然進行了城市的供水及排水規劃，但在水資源的綜合利用方面缺乏統一的規劃，尤其是城市汙水再生利用規劃，這勢必會造成重複建設和決策失誤。因此，城市汙水再生利用應納入城市總體規劃以及城市水資源合理分配與開發利用計劃，在綜合平衡、科學論證的基礎上，針對城市實際情況進行總體規劃，確定其應有的位置和作用。在再生水水質、使用用途、處理程度、處理流程、輸水方式的選擇上，要綜合平衡、遠近結合，既要滿足功能要求和用水水質需求，又要因地制宜、經濟合理。過高的目標與要求，將可能適得其反。
2、城市汙水收集與處理設施建設嚴重滯後
城市汙水的收集與處理是城市汙水再生利用的重要前提條件，目前我國的城市汙水管網建設嚴重滯後於城市發展，二級生物處理率不到15%。因此，強化城市汙水管網與汙水處理工程設施的建設是推動城市汙水再生利用的關鍵。
不少地方政府對汙水再生利用的認識不夠，在缺水時優先考慮的是調水，而且絕大多數城市汙水處理廠的規劃、設計與建設目標是達標排放，往往沒有考慮汙水的大規模再生利用。因此，今後城市汙水處理廠的建設，既要滿足區域水汙染控制要求與相應的排放標準，也要考慮城市汙水的再生利用需求。在某些地區，可以透過開展城市汙水再生利用工作來促進汙水收集與處理工程的建設與完善。
3、城市汙水再生利用技術相對落後
城市汙水再生利用事業的發展必須依靠科技進步，從始至終都要有新技術、高技術的保證和支援。目前我國城市汙水再生利用技術和裝置的開發難以滿足快速增長的再生利用工程建設和執行管理的需求，今後城市汙水再生利用的技術發展應著重於已有技術的整合化、綜合整合、產業化和工程化，需要對已有技術不斷改進和更新，加強新工藝、新流程、新技術和裝置產品的研究、開發和推廣應用，並注重示範性工程的研究和建設。透過工程化和生產性測試，著重解決城市汙水再生利用於農業、生態、市政和工業中的水質淨化技術、水質穩定技術、水質保障技術、安全用水技術、工程技術、執行管理技術和成套技術裝置問題。
4、相關法規和政策不夠完善
城市汙水再生利用需要健全的法制保障和全面的統一管理。而我國城市汙水再生利用的法規和政策還需要完善。例如：要求新建居住區和集中公共建築區在編制各項市政專業規劃時，必須同時編制汙水再生回用規劃，汙水再生回用工程應與其他工程同步設計、同步施工、同步驗收；在城市道路的市政管線中，必須預留再生水管道的位置，有條件的路段應預埋再生水管；要求在城市各項用水中能夠使用再生水的（如綠化、道路澆灑）必須使用再生水；制訂鼓勵城市汙水再生利用工程建設與運營的管理政策和經濟政策，採取行之有效的鼓勵政策和行政管理手段，促進工、農業生產部門和市政用水部門積極使用再生水。在城市汙水再生利用工程的可行性研究、立項、設計、建設或改造中，要建立相應的規範和再生水水質標準，改革管理體制和服務體系，在衛生安全、生產過程、產品質量等方面，保障每一個再生水使用單位享有免受不良影響的基本權益。
長期以來，由於自來水水價低，而質量相對較差的再生水則淨化成本高、價格也比自來水高，造成工廠企業寧可使用物美價廉的自來水而不願意使用再生水，導致再生水無人問津的尷尬局面。另外，城市汙水處理廠因沒有效益而加重了地方的財政負擔。因此，國家及城市有關管理部門要積極推動現行水價政策的改革，建立合理的用水價格體系以及汙水處理與再生利用價格體系，要實行“按（水）質定價”，將各種水源的供水價格差距拉開，尤其是再生水與自來水之間應有較大的價差，使水資源的利用趨向結構合理。
八、結語
城市汙水的資源化應該建立在水的良性社會迴圈的基礎上，這對水資源的可持續性開發和再生利用至關重要。不僅可以節約大量的新鮮水，而且可以降低排汙水對環境的汙染，可謂經濟效益、社會效益雙豐收。結合我國國情對城市汙水再生利用模式進行探討，旨在尋求適合我國經濟和社會發展的水汙染控制及水資源再生利用的良好模式。隨著我國西部開發及北部缺水地區城市發展戰略的實施，將會推動我國城市汙水資源化研究的進展，逐步形成和完善與我國國情相適應的水資源良性社會迴圈體系，實現城市與水資源開發利用的可持續發展。相信只要大家都樹立起節水意識，減少汙水排放，提高汙水回用率，就一定能緩解我國水資源短缺的問題，使城市汙水這一危害環境的殺手，變成造福人民的寶貴資源。我們期待的一個大更藍，水更清美好家園一定會實現。