城市污水再生利用及水质安全保障的关键技术集成与示范应用

书给水排水Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．４２０１３９国家水体污染控制与治理科技重大专项集成与示范城市污水再生利用及水质安全保障的关键技术集成与示范应用张昱１郑兴灿２李殿海３尚巍２（１中国科学院生态环境研究中心，北京１０００８５；２国家城市给水排水工程技术研究中心，天津３０００７４；３天津中水有限公司，天津３００２２１）摘要针对天津市城市污水高盐、具有潜在安全风险的特点，基于再生水分质供水需求，研发以双膜技术为核心的再生水生产关键技术；针对再生水循环利用易腐蚀结垢的特点，研发典型行业再生水规模化循环利用的水质安全保障技术，在国内率先将再生水用于锅炉供热工程补水和直接用于电厂循环冷却水；优化配置再生水资源，提出再生水资源安全利用的工程实施与运行管理技术；通过生态风险评价和监测技术研究，初步建立再生水水质安全保障与风险控制技术体系。关键词再生水膜过滤循环利用水质安全风险控制水专项在快速城市化的进程中，北方城市水资源短缺问题进一步加剧，污水再生利用作为有效缓解途径之一，越来越受关注。为了缓解长期困扰的水资源短缺问题，天津市早在“七五”期间就尝试推进污水再生利用，于２００２年建成了我国第一座规模化再生水厂（设计能力５万ｍ３／ｄ的纪庄子再生水厂）。但多年来天津市的污水再生利用率徘徊不前，主要原因之一就是早期以常规工艺为主的再生处理技术，难以适应污水含盐量和工业废水比例偏高的特点，再生水水质难以达到工业用水和景观环境用水这两个用水大户对水质的特定要求。为此，“十一五”期间，国家“水专项”设立了“城市污水再生利用及水质安全保障技术研究与工程示范”课题，针对再生水规模化安全利用需求，围绕再生水生产、输配和管理全过程，开展关键技术研究、技术集成和工程示范，以点带面，为全面推动再生水规模化安全利用提供支持。１课题目标及主要研究方向面对天津市水资源短缺、生态用水缺乏、中心城区高功能定位景观水体需要依赖高品质再生水补给的现实需求，课题针对城市生活污水和工业废水混溶、盐分和有毒有害污染物高度复合、水质风险较高国家水体污染控制与治理科技重大专项（２００９ＺＸ０７３１４－０１０）。且难处理的特点，电厂和供热行业再生水循环利用存在易腐蚀结垢、处理成本高的难题，重点结合不同用途的水质需求，开展包括膜分离、膜生物反应器（ＭＢＲ）、臭氧氧化等关键技术的研究，结合电厂、市政供热等工业用水大户对盐度的要求开展纳滤和反渗透脱盐技术研究，在此基础上通过技术集成形成若干城市污水再生处理组合工艺流程，并进行工程示范应用。与此同时，针对再生水水质构成较复杂、稳定性较差的问题，开展再生水输配管网材质筛选、腐蚀控制以及消毒工艺优化等关键技术研究，为建立稳定、可靠的再生水输配技术提供科学基础；建立基于仪器分析和生物监测相结合的再生水水质安全评价方法体系，并利用该评价方法对天津市各污水处理厂出水以及各种再生处理中试工艺出水进行安全性评价。在此基础上，研究提出包括城市及典型功能区再生水规模化生产利用及水质安全保障关键技术、再生水应用于河湖景观水系的生态风险评价和监测技术、再生水资源安全利用的工程实施与运行管理技术，并通过工程示范应用，初步建立北方缺水地区不同等级再生水规模化生产、水质安全保障与风险控制技术体系，为海河流域缺水城市的污水再生利用提供工艺路线和技术方案。１０给水排水Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．４２０１３２城市污水再生利用及水质安全保障关键技术２．１浸没式连续膜过滤（ＳＭＦ）技术天津市再生水厂主要采用混凝—沉淀—砂滤或外压式连续微滤（ＣＭＦ）深度处理工艺，随着水量需求和水质要求的提高，常规砂滤工艺系统的设计出水难以稳定达到国家相关用户的水质要求，在砂滤工艺升级改造提高的水质过程中也需要同时考虑投资的节省，因此，课题研究提出采用国产化ＳＭＦ膜技术对原有砂滤池进行改造的工艺技术方案。ＳＭＦ是一种新型的微过滤膜工艺，采用新的操作方式将透过液从膜元件中抽出，其特点为：（１）采用ＳＭＦ工艺对原有砂滤池系统进行改造，原有砂滤池作为浸没膜池，无需增加构筑物。可以充分利用现有管路、反洗泵等设备设施，减少对原有设施的变动。（２）属于能耗相对较低的膜过滤技术：与外压式ＣＭＦ相比而言，操作压力更低。（３）采用ＳＭＦ能够增加再生水厂产水规模：ＳＭＦ膜柱装填密度大，能够在现状设施的基础上大大提高产水规模，满足再生水用户的水量需求。在纪庄子再生水厂砂滤池现场进行了单只ＳＭＦ（２０ｍ３／ｄ）试验和３２只ＳＭＦ（１５００ｍ３／ｄ）中试研究（见图１），在保证水质和降低成本方面进行了ＳＭＦ工艺优化运行、膜污染控制与清洗技术开发和参数优化，并成功应用于纪庄子再生水厂改扩建示范工程。２．２再生水的臭氧氧化处理技术在作为再生水原水的污水二级处理出水中，残存色度基本上源自溶解性难生物降解有机物，再生水常用脱色方法包括活性炭吸附、反渗透（ＲＯ