污水资源化之污水回用分析

将废水或污水经二级处理和深度处理后用于生产系统或生活杂用被称为污水回用。

污水回用的范围很广，从工业上的重复利用水体的补给水和生活用水。污水回用既可以有效地节约和利用有限的淡水资源，又可以减少污水和废水的排放量，减轻水环境的污染，还可以缓解城市排水管道的超负荷现象，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。

一、污水回用的主要途径

污水处理后可应用于农业、工业、建筑、地下水回灌、景观、娱乐、河流生态维持等方面，不同的用途对污水处理有不同的要求。

（一）农业用水

农业用水是城市污水回用的一大用户，主要包括大田作物、花卉和林地的灌溉。污水回用于农田灌溉时，不仅能给农业生产提供稳定的水源，而且污水中的氮、磷、钾等成分也为土壤提供了肥力，既减少了化肥用量，又增加了农作物产量，而且通过土壤的自净能力可使污水得到进一步的净化。污水回用也可有效控制农村地区无节制超采地下水。但如果污水水质不能满足要求，则会破坏土壤结构，使农药及重金属在作物和土壤中积累，降低农产品质量及产量。回用污水中污染物的限度要以作物种类及生长阶段以及水文地质条件等为依据，其水质需符合《农业灌溉水质标准》。

污水灌溉是具有风险的，由于对污水处理程度不够或对长期灌溉风险估计不足，我国的污水灌溉已有很多经验教训，如沈阳张士灌区用污水灌溉20多年后，污染耕地2500h㎡，造成严重的镉污染，稻田含镉5—7mg/Kg；天津近郊因污水灌溉导致2．3万h㎡农田受到污染；广州近郊因为污水灌溉污染农田2700h㎡，因施用含污染物的底泥约13333h㎡的土壤被污染，污染面积占耕地面积的百分之四十；20世纪80年代中期，对北京某污灌区进行的抽样调查表明，大部分土壤和糙米存在污染问题。

（二）环境用水

主要用于城市水系补充用水以及绿化隔离带和园林灌溉用水。一个城市没有水就没有灵气。用回用污水补充河湖水系，替代其它水源一举两得，既达到优水优用、节约用水的目的，又美化了环境。水资源缺乏是北京生态环境建设的难点，充分开发利用污水将为城市水系补充用水和绿化用水提供充足的水资源保证。随着北京生态居住区的建设，城市绿化用水将不断增加，回用污水将成为城市绿化用水的主要来源。

（三）工业用水

据调查，北京工业用水占全市用水总量的四分之一左右，在节水方面仍有很大潜力。面对淡水日缺、水价上涨的严峻现实，工业企业除了尽力将本厂废水循环利用以提高水的重复利用率外，对城市污水回用也日渐重视。工业用水根据用途的不同，对水质的要求差异很大，水质要求越高，水处理的费用就越高。理想的回用对象应是冷却用水和工艺低质用水（洗涤、冲灰、除尘、直冷等）。当考虑某项工艺是否可以利用回收的污水时，保障满足需要的水质，并要计算回用污水及其处理的费用，以实现经济效益。

（四）市政杂项用水

主要用于建筑施工、喷洒路面、洗车和冲厕等。据测算，北京200多万辆车如果都用回用污水洗车，每天能节省近1．3万户居民一个月的生活用水。污水回用时应格外注意卫生，以免危害消费者的身体健康。此外，回用污水中不应含有致病菌，应清洁、无臭，且悬浮物含量满足应用要求。

（五）地下水回灌

近几十年来由于持续干旱造成地下水过度开采，北京已形成了超过2500k ㎡的漏斗区，严重地影响了地面生态系统和地下水吸取水层的稳定。将城市污水二级处理后回灌于地下，水在流经后同原地下水源一起作为新的水源开发。这样既可以阻止因过量开采地下水而造成的地面沉降，还能利用土壤自净作用提高回水水质，直接向工业和生活杂用水供水。污水回灌地下水对水质要求很高，回灌前须经生物处理（包括硝化与脱氮），还要有效去除有毒有机物与重金属，一旦回灌水质达不到要求，将会对地下水含水层造成污染。

二、污水回用发展前景

我国水资源贫乏，人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4。随着经济发展和城市化进程的加快，城市缺水问题日益突出。当前相当一部分城市水资源短缺。据统计，全国669个城市中，400个城市常年供水不足，其中110个城市严重缺水。为了解决水资源短缺的问题，污水回用工作日益受到重视，国内许多城市的污水处理厂建设了回用处理设施。

从国内外污水回用的发展状况来看，污水回用现已受到比较普遍的重视，许多缺水地区已经建立了一批技术可靠、管理科学、运行稳定的回用工程。就当前国内外的形势来看，污水回用的发展方向可以总结出以下几点：

（一）制定合理的、完善的回用水水质标准

对于污水回用，仍存在一些对人体健康和环境的不确定因素。由于对污水回用还没有科学依据，各国制定的回用水水质标准有较大差异。因此深入研究，制定合理的、完善的回用水水质标准，将大大推动污水回用的发展。

（二）发展物美价廉的污水回用处理技术

完善的污水回用处理技术是促进污水回用进一步发展的保证。

常用的污水回用处理方法有：

1、固液分离：絮凝、沉淀和过滤；

2、生物处理：好氧生物处理、氧化塘和消毒；

3、深度处理：活性炭、空气吹脱、离子交换、石灰处理、膜工艺和反渗透。

三、污水回用的相关技术

污水回用工艺——MBFB膜生物流化床

MBFB膜生物流化床工艺用于污水回用，能在原有污水达标排放的基础上，经过生物流化床和陶瓷膜分离系统，进一步降低COD、NH-N、浊度等指标，一方面可直接回用，另一方面也可作为RO脱盐处理的预处理工艺，替代原有砂滤、保安过滤、超滤等冗长过滤流程，同时有机物含量的降低大大提高RO膜使用寿命，降低回用水处理成本，无机陶瓷膜分离系统，是污水处理专用的无机膜分离系统的开始，和其它的有机膜、无机膜相比，具有膜通量大、可反冲、全自动操作等优势。

（一）工艺概念

膜生物流化床工艺以生物流化床为基础，以粉末活性炭(Pow-dered activated carbon，简称PAC)为载体，结合膜生物反应器工艺(Membrane bioreactor,简称MBR)的固液分离技术，使反应器集活性炭的物理吸附、微生物降解和膜的分离作用为一体，使水体中难以降解的小分子有机物与在曝气条件下处于流化状态的活性炭粉末进行充分地传质、混合，被吸附、富集在活性炭表面，使活性炭表面形成局部污染物浓缩区域；粉末活性炭同时也为微生物繁殖提供了特殊的表面，其多孔的表面吸附了大量微生物菌群，特别是以目标污染物为代谢底物的微生物菌群；同时，粉末活性碳对水体中溶解氧有很强的吸附能力，在高溶解氧条件下，微生物对富集在活性炭表面小分子有机物进行氧化分解，然后利用陶瓷膜分离系统将水和吸附了有机物的粉末活性炭等悬浮颗粒分开，通过错流过滤，进一步净化污水，使其达到污水回用标准。研究表明，MBFB能有效除去微污染水体中氨氮、COD和其它难降解小分子有毒有机物等。

（二）MBFB机理

在MBFB反应系统中，粉末活性碳(PAC)由于吸附大量微生物，成为生物活性碳（BAC）,使PAC不仅存在着对小分子有机污染物的吸附和富集作用，还存在着PAC对微生物的吸附和保护作用、PAC对溶解氧的吸附作用、在局部高污染物浓度和高溶解氧条件下微生物对小分子有机物的分解作用以及PAC的生物再生作用。PAC、微生物、溶解氧、污染物等要素在高强度流化、混合、传质、剪切作用下，实现对微污染小分子有机物的分解。

1、PAC对小分子有机物的吸附和富集作用PAC能富集污染物形成局部高浓度区，有利于微生物生长和对微污染小分子有机物的分解作用；

2、PAC对微生物的吸附和保护作用；

3、PAC对溶解氧吸附作用，随着活性炭颗粒直径变小，比表面积增加，PAC对溶解氧的吸附作用越来越强；

4、微生物对小分子有机物的分解作用，MBFB工艺通过PAC对微生物、污染物和溶解氧的吸附和富集作用；通过PAC对微生物的保护作用，使微生物能有效利用微量的有机污染物为底物，以溶解氧为电子受体，分解微污染水体中有机物，实现水质深度净化；

5、PAC的生物再生作用，活性炭表面生物膜对吸附的有机物具有氧化分解作用，可通过生物降解恢复活性炭吸附能力，实现PAC的生物再生，在MBFB系统中，高强度的三相传质、混合、紊流、剪切和活性炭颗粒之间的摩擦作用，使活性炭表面老化生物膜不断脱落，使MBFB保持吸附和生物降解功能。

（三）MBFB特点

1、活性炭粉长期使用，无需更换或再生；

2、三相传质混合，反应效率高；

3、载体不流失；

4、载体流化性能好；

5、氧的转移效率高；

6、污染物高度富集，生物量大；

7、对微污染水处理效果好。

（四）MBFB核心——无机陶瓷膜

美国西雅图环境科技公司研发的涤饵DECLEAN无机陶瓷膜系统，是在普通陶瓷膜研究的基础上，通过高科技改造，减少膜污染，大大提高膜通量，有效克服了无机陶瓷膜在水处理中应用的两个障碍（价格昂贵、膜通量小），使无机陶瓷膜应用于水处理成为可能。

四、污水回用的历史意义

污水回用发展到今天，人们已经认识到污水作为水源的重要意义。实际上，污水回用系统是通过工程工艺来模拟自然界的水循环。水循环系统中包括了有计划的污水再生、循环和回用，这是社会进步、技术发展、对公共卫生危险认识提高的反映。由于污水、再生水和水回用之间的关系链得到了人们越来越正确的认识，越来越小的循环圈是可能的，这意味着污水回用有着广阔的发展前景。