再生水处理工艺和应用现状研究进展_王文刚.pdf

广 东 化 工 2023 年 第 6 期 130 第 50 卷 总第 488 期 再生水处理工艺和应用现状研究进展再生水处理工艺和应用现状研究进展 王文刚(中铁水务集团有限公司，陕西 西安 710000)摘 要面对日益紧张的水资源问题，城市污水再生利用被广泛开发和利用，以实现水资源的良性循环。目前，再生水技术发展已日趋成熟，并已逐步在全国应用。本文对再生水主要处理工艺进行了详细整理与分析。系统分析了我国现有水处理工艺主要特点和工艺运行情况，并对再生水目前存在的问题进行了总结和展望，以期为我国再生水的全面发展提供理论参考。关键词污水；再生水；处理工艺；用途 中图分类号X703 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)06-0130-03 Research Progress of Reclaimed Water Treatment Technology and Application Wang Wengang(China Railway Water Group Co.,Ltd.,Xian 710000,China)Abstract:Faced with the increasingly tight water resources problem,urban sewage recycling has been widely developed and utilized to promote the virtuous cycle of water resources.At present,the development of reclaimed water technology has been increasingly mature,and has been gradually applied in the country.In this review,the main treatment technology of reclaimed water was sorted out and analyzed in detail.The main characteristics and operation conditions of water treatment technology are systematically analyzed,and the existing problems of the reclaimed water are summarized and prospected,which can provide a theoretical reference for the all-round development of reclaimed water in China.Keywords:sewage；reclaimed water；treatment process；application 1 引言引言 随着人口和经济的不断增长，人们对清洁水的需求越来越多，水资源已成为制约城市化进程和经济发展的重要影响因素之一1。根据数据统计，2021 年我国水资源总量达 29520.0 亿m3，人均水资源量为 2100 m3左右，仅为世界人均水资源量的四分之一，被联合国认定为“水资源紧缺”国家2。到 2030年，中国的人口预计将达到 16 亿，人均水资源量将跌至 1000多立方米，接近贫水国家极限水平。同时，我国水资源总体呈现出空间分布不均匀，形成南方水多、北方水少的局面，目前全国有 60%的城市存在缺水问题，缺水状况突出3。此外，我国过度开发地下水和污废水的不达标排放，导致水质被严重破坏，进一步加剧了我国水资源的短缺问题。因此亟需寻找一种更为有效的水处理方式，以缓解我国水资源短缺状况。目前，有效的缓解水资源短缺的方式主要包括再生水、海水淡化和跨流域调水。与海水淡化和跨流域调水相比，再生水具有处理方便、水质稳定、就近可用、开发成本低和绿色环保等优势。再生水通过利用当地的污废水或雨水进行一定处理并达到使用指标后，即可实现水资源的回收利用。截至 2021 年，我国已建成 2827 座污水处理厂，污水处理能力为 611.89 亿m3，可为再生水回用提供丰富的水源。同时，利用污水作为源水可以避免开发新的水源，不仅可以有效缓解水资源短缺问题，同时可以大大改善生态环境质量。2 再生水处理工艺再生水处理工艺 由于国内外水资源短缺问题日益严重，污水的再生利用已逐渐成为世界第二水源。再生水的利用不仅可以减轻污水的治理负担，同时可以有效缓解城镇、环境和工农业对自然水的用水需求。目前，我国关于推进污水资源化利用的指导意见提出未来发展总体目标，2025 年全国城市公共供水管网漏损率力争控制在 9%以内，全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到 25%以上，京津冀区域达 35%以上，黄河流域中下游力争达到 30%4。随着再生水处理工艺的发展，一系列有针对性的水处理工艺不断涌现，以满足各种回用场景对再生水的需求，不断推进水资源的高效回用利用。再生水处理工艺主要由深度处理工艺和消毒工艺两部分组成，其中深度处理工艺主要包括混凝沉淀、过滤、氧化以及膜处理等。2.1 物化处理技术 物化处理技术主要是通过物理化学作用实现对源水的深度处理，以达到水源回用的目的。目前，物化处理工艺多采用混凝沉淀、过滤和吸附等一种或多种处理工艺相结合的组合工艺进行水中污染物的高效去除。华能桂林某新建项目的中水处理工程利用“BAF+絮凝沉淀”工艺实现了再生水回用高效处理，出水水质满足工业循环冷却水处理设计规范(GB50050-2007)中再生水水质标准5。卓雄等研究了“混凝+沉淀+过滤工艺”在再生水处理中的应用效果6。该组合工艺通过混凝、沉淀和过滤作用去除水中的有机污染物、胶体和颗粒等物质，并降低水中的浊度和色度，保证了出水水质可稳定达到再生水回用标准。赵一夫7以内蒙古上海庙镇污水处理厂为例，对再生水回用工程的运行进行了系统研究。通过工艺比选，混凝沉淀-反硝化深床滤池-纤维转盘滤池组合工艺具有运行稳定、维护方便等特点，并对水中污收稿日期 2023-03-01 作者简介 王文刚(1973-)，男，甘肃宁县人，高级工程师，大学本科，主要研究方向为水污染防治理论与技术。2023 年 第 6 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 488 期 131 染物展现出优异的去除效果，出水水质指标均可满足再生水回用要求，出水可用作城市绿化、浇洒路面和洗车用水。这种物化处理工艺在污水处理厂深度处理中表现出成本较低、占地面积小，运行效果好等优势，是一种较为理想的再生水处理工艺。2.2 氧化技术 氧化技术主要包括臭氧催化氧化技术、Fenton 试剂法和光催化氧化法等。臭氧催化氧化主要通过投加催化剂，生成强氧化性羟基自由基，从而达到对水中污染物的降解的目的8。臭氧催化氧化技术往往表现出处理效果好、操作简便和成本较低等有优势，是一种常用的水污染深度处理技术。北京门头沟地下式再生水厂的源水经过臭氧催化氧化工艺的处理后，出水水质稳定达到北京市地方标准城镇污水处理厂水污染物排放标准(DB11/890-2012)一级 A 标准，显示出了良好的社会和经济效益9。Fenton催化氧化技术是由过氧化氢与亚铁离子组成的体系，经过两者反应生成强氧化性羟基自由基，从而实现对源水中有机污染物的去除10。目前，Fenton法因其高效稳定、简便等特点被广泛用于高浓度、难降解的废水深度处理11。兰州某石油炼化企业利用Fenton试剂处理污水回用装置中反渗透浓水，以进一步降低浓水中COD浓度12。实验结果表明，利用Fenton法可实现对反渗透浓水中的COD去除达98%，出水水质完全符合国家一级排放标准要求。此外，董家维等研究了Fenton法对公路油罐车废水生化出水的回用处理研究13。研究结果表明，Fenton法对生化出水表现出了优良的去除效率，出水中的COD和(油类)分别可降至44.320.1 mg/L和0.820.29 mg/L，氨氮小于 4 mg/L，浊度小于 3 NTU，出水水质稳定达到铁路回用水水质标准要求。2.3 膜处理工艺 膜法处理技术主要是以膜两侧压力差为驱动力通过膜选择性分离作用，实现去除水中污染物以及深度脱盐的目的14。目前，常用的膜处理技术主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透和EDI 等，这些不同膜工艺大多采用两种或者多种联用方式进行高品质再生水的处置。在再生水处理工艺中，利用微滤、超滤和纳滤技术通过膜分离作用，去除源水中的悬浮物胶体和有机物以及部分细菌，达到水溶液的净化、分离和浓缩的目的。北京某再生水厂利用生化处理工艺与超滤膜组合工艺进行了再生水的处理15。结果表明，该工艺对源水中的 COD、NH3-N、总氮、粪大肠菌群数和浊度等展现出了良好的去除效果，出水指标可满足 北京市污水综合排放标准(DB11890-2012)B 标准。Yang 等16通过中试实也验验证了超滤膜技术作为城市污水三级处理回用的优异处理效果。上述工艺的成功应用也进一步说明了超滤膜技术在再生水处理方面是一种切实可行、经济高效的水处理工艺，为再生水工程应用提供了很好的理论参考。反渗透主要是利用膜压差对水中的矿物质、有机物和微生物等进行有效去除，在处理过程中表现出处理效率高、能耗低、操作简便等优势，往往与超滤、微滤等联用实现污水的回用。目前，超滤-反渗透技术因其安全、可靠、高效等特点在再生水处理过程中被广泛使用。新疆某工业园区利用污水处理厂的排水通过超滤-反渗透工艺进行了再生回用17。研究发现，该系统运行效果良好，通过卷式反渗透处理后的高盐水可实现80%回收率，产水水质可达到绿化用水要求。此外，宁波市北区污水处理厂也利用“浸没式超滤+反渗透”双膜工艺进行了再生水工程的应用18。双膜工艺系统运行稳定，对源水中的电导率、色度和盐类物质均表现显出优异的去除效果，出水水质稳定达到用户需求。近期，烟台市套子湾污水厂通过超滤-反渗透工艺进行再生水回用，并用作万华工业园百万吨大乙烯建设及烟台发电厂等项目用水19。结果表明，该工艺在运行过程中表现出出水水质稳定，各项出水指标完全符合城市污水再生利用工业用水水质(GB/T19923-2005)中的冷却用水(敞开式循环冷却水系统补给水)标准。近期，某化工企业以厂区预处理后的生产废水和生活污水为原水，利用“混凝沉淀-过滤-超滤-反渗透”组合工艺进行了再生水的回用20。通过实际运行结果，经该组合工艺处理后的产水电导率低于5.0 S/cm，产水利用率可达 73%，可为同类型再生水回用工程设计提供理论参考。随着水源回收再利用政策的推进，再生水回用场景逐渐呈现多元化形势，并且不同场景对再生水的水质有不同的要求。当再生水用于锅炉补给水时，根据锅炉工况，需对再生水进行深度除盐，满足城市污水再生利用工业用水水质(GB/T 19923-2005)标准后进行回收利用。EDI 技术是通过电渗析技术和离子交换技术相融合，通过填充不断再生的树脂实现了离子交换，以达到源水连续深度脱盐目的21。EDI 技术中电渗析和离子交换技术的融合，不仅解决了电渗析技术不能深度脱盐的问题，同时利用电解生成的 H+和 OH-离子完成了树脂的自再生，实现了高效、连续脱盐工作，不断获得高品质再生水。研究发现，反渗透技术的出水可很好满足 EDI 处理技术的进水要求，与其进行联用可对源水进行污染物的高效去除和深度脱盐。宁东地区电厂利用“超滤-反渗透-EDI”全膜法对原水进行再生回用，并用作电厂的锅炉补给水22。该全膜法处理工艺表现出运行稳定、出水水质稳定和再生水回收率高等优势。近期，某热电厂通过超滤-反渗透-EDI 联合工艺对污水处理厂二级出水进行了再生回用23。结果表明，超滤-反渗透-EDI处理系统经济效益良好，系统运行平稳，产水率可达 90%，同时出水用于热电厂锅炉补给水使用。综上所述，基于污废水的不同成分以及不同的回用用途，再生水处理工艺也有所不同。通过对比可以发现，各个处理工艺在处理过程中表现出不同的工艺特点。对比其他再生水处理工艺，膜处理工艺具有处理