第一篇第5章污水再生及其利用.ppt

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1、第五章 污水再生及其利用,第一节 污水再生概念第二节 再生水应用领域第三节 污水再生方法,随着世界性的水危机逐渐凸显，为了保护有限的水资源，满足不断增长的用水需求，全球很多地区都将目光转向污水的再生利用。污水再生利用不仅能有效保护有限的优质淡水资源，还能满足不断增长的用水需求。,20世纪上半叶在水和污水处理的物理、化学和生物方面的技术进步，导致了污水再生利用时代的到来。国际上，美国、日本、以色列、南非、澳大利亚、俄罗斯等国早已开展污水经处理后回用的工作。目前国内外污水处理市场发展非常迅速，各种处理技术也日趋成熟，而污水处理并不是最终目的，充分利用资源是根本的出发点，这样既可以节约水资源又保护了

2、环境。国家已经确定在“十二五”期间加大对水资源节约政策的实施力度，首次将再生水设施建设列入“十二五”规划中。,第一节 污水再生概念,一、污水再生概念 1污水再生概念 2再生水分类 二、污水再生的必要性 1现状与需求 2污水再生的必要性 3再生水用途 4再生水发展历史 三、再生水要求与标准 四、再生水消毒,城市污水也是一种可再生利用的资源，是一种水量供给稳定而可靠的潜在水资源。城市污水再生利用是节约和科学利用水资源的有效途径之一，是自然水资源进入良性社会循环的保障，能够对该城市产生诸多经济和社会、生态效益。当前，随着城市化进程的加快，城市水资源日益紧缺的问题越来越严重，因此，城市污水再生利用问题

3、越来越受到社会重视。,一、污水再生概念,1污水再生概念污水再生是指污水和废水经处理净化后，水质改善达到一定标准，满足某种使用要求或可在一定范围内重复使用的非饮用水。再生水是由中水演化而来。“中水”之名源于日本，通常人们把自来水叫做“上水”，把污水叫“下水”，而中水的水质介于上水和下水之间，故名“中水”。近年来为了统一用词，也为了更严谨、准确地定义事物，在新制定的规范、学术刊物和书籍中，“中水”这个名词正逐渐被“再生水”所替代。,图5-1 城市再生水循环示意图,2再生水分类再生水按处理方式分为市政再生水和建筑小区再生水两种。两种再生水，或者说两种处理方式的应用现在都十分广泛。城市再生水（也称市政

4、再生水），是城市污水处理厂出水经深度处理后再通过再生水管网输送至用户的非饮用水。此种再生水出水水质、水量稳定，常用于城市大面积公共绿地及公园的灌溉，还常用作工业用水，如发电厂、冶金系统、纺织系统等的冷却用水等；建筑小区再生水，是用多个分散的小型污水处理厂来替代集中的大污水处理厂，如城市中居住小区、办公楼、宾馆、影剧院、机场、码头、工矿企业等的生活污水自成系统，就地处理再生后用作非饮用水。,二、污水再生的必要性,1现状与需求 2污水再生的必要性 3再生水用途,1现状与需求,2010 年全国废水排放总量为617.3 亿吨，年末城市污水处理厂日处理能力10262万立方米，城市污水处理率76.9%。给

5、城市污水再生利用创造了基本条件。2010年，全国再生水的用量只有16.6亿立方米，城市污水处理回用率8.5%，仅占全国废污水排放量的2。北京是全国再生水开发和利用最好的城市，但再生水利用也只占全市用水总量的18.4%。中国水资源短缺，城市缺水问题非常突出，目前全国600多个城市中，有400多个城市缺水，其中约200个城市严重缺水，日缺水量达1600万m3，年缺水量60亿m3。与此同时，全国城市污水处理回用远低于发达国家水平。在非传统水源中，污水再生利用具有广阔的前景。国家“十二五”规划已经将再生水纳入水资源开发利用的范畴。,“十二五”全国及部分省城市污水处理回用率指标,到2015年全国城市污水

6、处理回收利用率达到10%，宜居城市和生态城市污水处理厂尾水再生回用率达到30%以上。无锡市区“十二五”污水处理及再生利用专项规划其再生水利用率33%；北京市将实现再生水利用量不低于10亿立方米，利用率达到75%，河流、湖泊、郊野公园全部使用再生水。以缓解水资源短缺问题。,2污水再生的必要性,经济的发展和城市化进程的加快，以及水污染的日益严重，导致我国的城市缺水问题十分突出。一方面城市缺水十分严重，另一方面大量的城市污水经治理后又白白流失，浪费了大量的可利用资源。与城市供水量几乎相等的城市污水中只有0.1%的污染物质，远低于海水中3.5%的量值。水是唯一不可替代的，也是唯一可重复利用的资源。城市

7、污水就近可得，易于收集，再生处理比海水淡化成本低廉，基建投资比远距离引水经济。城市污水可以作为可靠的第二水源，这已成为当今世界各国在解决缺水问题时的共识。因此，水资源循环利用已经成为必然趋势，污水作为资源再生利用十分必要。,3再生水用途,再生水不能饮用，但它可以用于一些对水质要求不高的场合。回用对象：市政杂用水（公园绿化及河湖补水用水、城市绿化用水、道路路面喷洒用水等）、生活杂用水（包括厕所冲洗、汽车洗涤）和工业用户（重点是回用至热电厂和化工厂等冷却用水以及城市污水处理厂内部杂用水等）。,三、再生水要求与标准,三、再生水要求与标准,四、再生水消毒,（一）再生水消毒技术 1.化学消毒方法 2.物

8、理消毒方法 3.组合消毒（二）消毒对前处理的要求 1水质对消毒效果的影响 2消毒前的基本水质要求 3消毒效果的评价指标,随着再生水回用的快速发展，使得人们对再生水安全日趋重视，消毒技术是保障再生水安全的一道重要屏障。污水经深度处理后细菌的相对含量大幅度减少，但其绝对值仍然很可观，并可能存在病原菌。如果将其排放到附近河道，或作为城市景观、环境用水及杂用水，可能对健康造成一定的危害。为了确保污水排放或再生利用过程中的卫生安全，必须进行杀菌消毒，以满足水质标准中的细菌学指标要求。,（一）再生水消毒技术,1.化学消毒方法（1）氯消毒（2）二氧化氯消毒（3）臭氧消毒法 2.物理消毒方法-主要指紫外线消毒

9、法 3.组合消毒,（1）氯消毒,液氯具有强大的杀菌力、低廉的价格和在水中消毒持续时间长等特点，对于再生水厂来说，液氯是最常用的消毒剂。一般认为氯消毒的原理是氯溶解于水生成的次氯酸（HClO）起作用。HClO 为中性小分子，容易扩散到带负电的细菌表面，然后穿透细菌的细胞壁进入细菌内部，氧化并破坏细菌的酶系统致使细菌死亡。氯消毒最大的问题是消毒过程中产生的消毒副产物，DBPS 被认为有致癌作用且在很低的浓度（小于0.1mg/L）下就会对环境产生危害。,（2）二氧化氯消毒,是一种广谱高效的氧化性杀菌剂。二氧化氯进入微生物体内可以依靠其强氧化性可破坏蛋白质中的酪氨酸，抑制细菌特异性吸附，阻止对主细胞的

10、感染，同时与部分微生物蛋白质中的氨基酸发生反应，使反应产物分解破坏，最终导致细菌死亡。二氧化氯消毒不会产生致癌、致突变、致畸的消毒副产物，是一种比较安全的消毒技术。二氧化氯不与氨反应，不水解，以游离态的高效消毒成分存在。杀菌速度快，只要几分钟就可以达到99%以上的杀菌效果，接触时间典型为5 min30min。消毒后具有可检测的残余二氧化氯，以防止水中细菌的再繁殖。,（3）臭氧消毒法,臭氧在常温下是一种具有强烈刺激性气味的不稳定气体，极易分解成氧气。臭氧有着极强的氧化性。臭氧杀菌机理目前还没有统一的认识。有人认为臭氧作用于细胞的表面，改变了细胞膜的渗透特性，导致细胞组分泄露到中间介质中。也有人认

11、为溶菌作用是臭氧使细菌失活的主要机理。臭氧在水处理中的作用主要是杀菌、除藻、除色、除臭和氧化有机物。水中臭氧的反应受pH、水温及水中氨量的影响较小，是一种效果稳定的消毒方法。主要问题是臭氧发生器成本太高，且臭氧传质效率低。,2.物理消毒方法,主要指紫外线消毒法。与氯相比，紫外线用于再生水消毒有如下几点优势：比氯气消毒便宜；比氯气使用安全；不产生氯代烃；对隐孢子虫和贾第鞭毛虫有效，而氯气无效。但是紫外线消毒无持续杀菌的能力，一些微生物在受到可见光照射后发生光复活现象。而且微生物DNA形成的胸腺嘧啶二聚体在解聚的过程中会形成错码，使DNA变异，从而具有很大的产生新品种微生物的风险。很难将大肠菌群总

12、数控制在3个/L以下，污水处理后回用，需要和氯或二氧化氯联合使用。,再生水组合消毒工艺,根据城市污水再生利用城市杂用水水质GB/T 18920-2002的要求，总大肠菌群3 个/L。从目前水厂运行情况来看，单独采用一种消毒手段很难将再生水中总大肠菌群数控制在3 个/L 以内，且次氯酸钠、二氧化氯等药剂消毒剂及臭氧在消毒过程中都会产生一定的副产物，减少其投加量可减少无机副产物的产生。紫外线消毒虽然没有消毒副产物的生成，但其运行成本高且没有持续消毒能力。两种或两种以上消毒工艺组合使用，既能提高杀灭微生物的效果，又能减少抗药性产生，降低消毒剂浓度，缩短作用时间。,（二）消毒对前处理的要求,1水质对消

13、毒效果的影响 2消毒前的基本水质要求 3消毒效果的评价指标,1水质对消毒效果的影响,2消毒前的基本水质要求,表5-4 消毒方法比较和评价,第二节 再生水应用领域,一、城市杂用二、工业回用三、农业回用四、地下水回灌,一、城市杂用,1.生活冲厕 2.洗车 3.道路冲洗 4.城市绿化景观,1生活冲厕,过去，城市中冲厕主要使用洁净的自来水，大量宝贵的水资源仅发挥了其最低的作用。冲厕用水量占住宅总用水量的20%以上，占办公室及教学楼总用水量的60%以上，据统计，仅冲厕一项，我国每年就消耗大约100多亿立方米自来水，这相当于50座中型城市的年自来水量。如果改用再生水冲厕，能节约大量水资源。此外，冲厕用水水

14、量需求大，用水量稳定，水质要求低，非常适合使用再生水。,再生水用于冲洗卫生设施，需要考虑人们的心理感受。水的色度超标或有异味，会让使用者产生不与快感，所以对冲厕再生水的物理感官指标有较高的要求。冲厕水的使用场所在室内，其卫生指标也应达到一定标准，否则可能造成病原体的传播。冲厕再生水的余氯和大肠菌群总数的标准与道路喷洒和绿化用水相同。,2洗 车,每清洗一辆小型汽车需用水0.06吨0.1吨，据2005年相关资料，北京拥有小型轿车约240万辆，以每辆车清洗一次用水0.06吨、每周清洗1次计，洗车用水将是748.8万吨/年，相当于一个昆明湖的水量。据不完全统计，哈尔滨市近几年有大小洗车行近千家，机动车

15、27万余辆，每年洗车用水量达600万吨以上，这将为城市节约大量饮用水资源。,利用再生水冲洗车辆时，对水质的要求是不腐蚀损害车辆部件，冲洗后车辆表面不残留细小残留物。主要的水质指标是PH值、固体颗粒及表面活性剂。PH值宜尽量控制为中性，以避免对车辆冲洗部件的损害；固体颗粒和表面活性剂应严格控制在允许的范围内，避免在水分蒸发后车辆表面出现残留斑点。,3街道冲洗,道路喷洒水是为了保持街道广场的整洁，便利交通。在夏季，道路洒水还可以起到一定的降温和保护路面的作用。喷洒道路可以减少道路尘埃飞扬，也就可以减少空气中的细菌。街道冲洗用水量大，大约2 L/dm2 3L/dm2。但其水质要求较低，适合使用再生水

16、。,街道经喷洒后空气中细菌总数小于喷洒前总数，以快车道的相差值为最大。用再生水喷洒道路时，与工作人员发生直接接触，再生水喷洒形成的水雾及气溶胶等飞扬到空中，有可能与公众发生直接接触。若再生水消毒不彻底，生物指标不合格，其中所含的致病菌可能影响工作人员和公众的身体健康。若水中含有超过标准的有毒有害物质，也会对人体造成不同成度的损害。因此，必须严格控制回用水水质，确保用水的安全。,4城市绿化景观,（1）绿地灌溉 我国城市绿化发展很快。绿地面积的增加虽然有利于改善城市生态环境和居民的生活条件，但也加剧了城市生活用水、工业用水与环境用水之间的矛盾。公共绿地的灌溉水量较大，为2 L/dm2，因此用再生水

17、浇灌绿地是解决矛盾的主要方法之一。（2）景观水体 环境娱乐性用水主要用于形成娱乐性或观赏性湖泊等。娱乐用水又可以分为主要接触和次要接触两大类：主要接触是指水与人体的接触是长时间和直接的，并且有吸入的可能，比如游泳；次要接触是指诸如划船、钓鱼和进行观赏等活动，一般情况下并无浸水的可能。根据用水与人体接触的方式不同，必须采用不同的处理程度。,再生水中污染物在土壤中蓄积的危害,悬浮固体过多会造成土壤板结，使突然呈厌氧态，导致幼小植株和幼苗死亡，还会造成灌溉系统堵塞和磨损；酸碱度会影响金属可溶性，从而对植物造成影响；过多的有机物（用生化需氧量BOD表示）会导致土壤的渗透能力变差，严重时会阻碍植物的生长

18、；含盐分（以溶解性总固体来表示）过量时，植物发芽延迟，生长受阻，枝叶变黄，根茎腐烂；,再生水中污染物在土壤中蓄积的危害,铅、砷、鉻和镉等重金属在土壤中累积会对植物造成伤害，影响植物的养分吸收和利用，打乱植物体内的代谢平衡，使细胞的生长发育停止；硼、锌、铜、锰、铁等微量元素在土壤中过量富集就会对植物造成伤害，如硼会使植物叶片呈畸形萎蔫，退绿变黄甚至霉变；氮磷砷等营养元素过量会影响植物开花授粉。再生水的卫生指标不合格，用它浇灌绿地时，水中的病原体有可能附着在树木和草坪上，若与人体接触会发生疾病的传播或感染。绿地灌溉用水的卫生指标很严格。,景观水体用水包括观赏性景观环境用水、娱乐性环境用水及湿地环境

19、用水。与人体接触的娱乐性环境用水不应含有有毒、有刺激性物质和病原微生物，对湿地则需根据具体情况，经评价后，提出相应的水质标准。有些水景如喷泉、瀑布等，水及水中所含的物质易以细微气溶胶的形式在空气中扩散，有可能直接接触周围人群的皮肤或进入人体呼吸道，所以其卫生指标备受关注。,二、工业回用,再生水用于工业包含两方面：工业利用和工业废水的内部循环。工业对再生水的需求量很大，对水质的要求也多种多样。再生水可用于量大面广的冷却水、洗涤冲洗用水及其他工艺低质用水，因此它最适合冶金、电力、石油化工、煤化工等工业部门的利用。1.石油化工工业 2.钢铁冶金行业 3.造纸行业 4.热电行业,1.石油化工工业,化工

20、行业是公认的耗水大户，从国家环保总局发布环境统计年报，工业废水排放总量，化工废水占全国工业废水排放总量的19%，位居第一位。石油化工生产用水主要可分为：生产装置用水（含公共设施、生活用水）；循环冷却水；软化水、除盐水、发生蒸汽用水，不同用水目的对水质要求不尽相同。其中后两项用水约占80%以上，而且使用后仍有较好的水质，易于再利用。,2.钢铁冶金行业,钢铁工业是资源型工业，能耗物耗大，环境污染比较严重。我国同世界上先进国家的水平相比，存在着相当大的差距。我国钢铁生产的用水量相对较大，行业平均为吨钢耗新水34 m3，而先进国家的吨钢新水耗量在10 m3以内。钢铁企业70%的废水来源于冷却用水，一般

21、污染程度较轻，废水的污染物主要是悬浮物，经过简单净化基本上可以作为直接冷却水或湿式除尘洗涤水使用。钢铁冶金行业的工业用水重复利用率较高。,3.造纸行业,造纸厂按工序排出水主要有以下三股：一是制浆蒸煮废液，通称造纸黑液；二是分离黑液后纸浆的洗、选、漂水，也称中段水；三是抄纸机上的白水。美国典型的浆纸厂吨浆用水量为72 m378 m3。由于在制浆造纸过程中要使用大量的水，美国几乎所有的造纸厂都建立了初级或二级废水处理系统，以除去废水中的BOD，其去除率可达30%70%。,据2002年中国环境年报公布的数据表明，我国纸业的排水量为35.3亿m3，占全国工业总排水量的18.2%；COD（化学需氧量）排

22、放量287.7万t，占全国总排放量的40.8%。达标排放污水仅占造纸排水总量的53.8%，还有相当一部分企业甚至没有污水处理设施，我国造纸吨产品废水排水量是欧洲国家的5倍10倍。,4.热电行业,火力发电厂的用水一般分为两类：一类是生产用水（包括热力系统用水，冷却系统用水，水力除灰排渣系统用水和烟气脱硫系统用水）。另一类是生活用水（包括绿化、消防用水）。火电厂的循环水是最大耗水项目，因此，节水技术措施主要是加强循环水处理工艺水平，提高浓缩倍率，其次是加大再生水回用力度。2000年我国火力发电厂年均取水总量为840.5亿m3，其中，淡水取水量为540.4亿m3，工业用水重复利用率为55%，循环冷却

23、电厂重复利用率为95%。我国采用循环冷却系统的活力发电厂装机耗水率为1.32 m3/Sgw,而国外为0.7 m3/Sgw 1.0 m3/Sgw。,三、农业回用,再生水用于农业可以采用两种方式。农业用水需求量大，水质要求直接灌溉和排至灌溉渠或自然水体进行间接回用一般也不高，是污水再生利用产业的主要需求者之一。一般经二级处理的城市污水出水水质都能达到或超过农业灌溉用水标准。农业用水量基本占到区域用水量的50%以上，但对水质的要求相对于工业和生活要低，因此污水回用于农业，可以大大缓解作物的危害及其随后生态链危害会大大降低，而且还可以提供相对较为丰富的氮、磷、钾等营养成分。,1环境安全性,再生水中可能

24、存在微生物致病菌，长期污灌对土壤结构、土壤中金属和毒物积累等有影响。污水灌溉使浅层甚至深层地下水受到污染，其恢复需十分漫长的过程。美国在灌溉水水质中，明确规定了利用期为20年和长期利用的不同标准，这说明污水灌溉不能只顾眼前的经济利益，而要考虑长期的经济效益。二级污水农业回用的关键是如何处理好二级污水中杂质离子带来的问题。,2食用安全性,污水回用于农业，必须考虑对食用安全和品质的影响。污水处理后的再生水不可避免地仍然会存在一些有害因子，包括微生物致病菌和有毒有害化学物质。在适合再生水灌溉的区域，也并非所有农作物都可以进行污灌，研究表明棉花、芦苇、玉米等饲料类植物等推荐为“优先灌溉作物”；果蔬等根

25、茎类植物是“不推荐或者不宜灌溉类作物”。,四、地下水回灌,地下水回灌可以防止地面沉降、海水及苦咸水入侵及补充地下水储量。地下水的天然补给非常缓慢，长期过量开采地下水会导致地下水位下降，引起地下水资源枯竭；再生水储存于地表水库和河湖也潜在着一定的风险。而实施再生水地下回灌则可以解决这两方面的问题，再生水地下回灌正变得越来越重要。,优 点,（1）不存在因建水库或大坝而造成对环境的影响；（2）人工回灌的费用要小于同等规模地表水库的费用；（3）含水层可以减少用于运输地表水的管线或渠道，不需要修建长距离的输水系统；（4）储存于地表水库的水，由于藻类和其他溶于水产物的影响，会面临蒸发、味觉和嗅觉问题，造成

26、污染，而土壤含水层处理方法和地下储存则可以避免；再生水回灌进入地下后，蒸发量远比地面水库少；（5）适合作为地表水库的场地可能并不可行或不被环境接受，将再生水回灌到地下则不存在这些问题；（6）在废水回用项目中包含地下水回灌，作为再生市政废水向地下水转变的结果，可以克服公众对污水回用的心理障碍。,可能的负面影响,（1）建设回灌工程的场地、土壤和植被受到扰动，可能会损害周围的生态环境；（2）回灌水的水质应得到可靠的保证，否则会降低含水层的质量；（3）要有充足的源水供应地下水回灌，若水量太少，地下水回灌有可能在经济上是不可行的；（4）在没有经济利益刺激、运用法律或法规来维护监测井和取水井时，这些将会失

27、修，难免成为地下水的污染源。,第三节 污水再生方法,一、基本方法 二、膜分离技术（一）膜分离技术基本概念（二）在污水再生中的应用 三、膜集成技术（一）在钢铁污水再生回用领域的应用（二）膜生物反应器,污水达标排放，并不是排水系统的最终目标，而是更艰巨的治理工作的开端。目前，常用的污水再生回用技术包括传统处理(混凝-常规过滤)、生物过滤、消毒、活性炭吸附、膜分离、生物脱氮除磷、高效菌种应用等，可以选用一种或几种组合。各种再生水处理单元技术去除的污染物是不同的，在城镇污水再生利用工程中仅使用单元技术很难满足用户对水质的要求，必须针对不同再生利用目标采用不同的组合工艺进行处理。,一、基本方法,城镇污水

28、再生利用工程中，普遍采用常规处理工艺，即混凝、沉淀或澄清、过滤和加氯消毒，该工艺能够有效地去除二级处理出水中的悬浮物、胶体杂质和细菌，使再生水拥有广泛的适用范围，具有较好的经济价值。,1再生水用于城市杂用,根据城市污水再生利用城市杂用水水质标准（GB/T189202002），城市杂用水包括城市绿化、建筑施工、洗车、道路洒水、厕所冲洗用水等。再生水作为城市杂用水时，技术方法选择上首先应提高二级生物处理在低温条件下的硝化效果，然后在深度处理技术选择时采用过滤技术，包括砂滤、机械过滤、快滤等，过滤前一般应投加混凝剂或助凝剂，如混凝沉淀过滤、微絮凝过滤、磁共沉技术等；最后对出水进行消毒技术处理。,2再

29、生水用于景观环境用水,根据城市污水再生利用 景观环境用水水质标准（GB/T189212002），景观环境用水包括观赏性景观环境用水和娱乐性景观环境用水，水体分为河道、湖泊和水景三类。二级处理出水难于满足景观环境用水水质要求，再生水处理需进一步去除BOD和SS，尽可能地降低氮和磷，并进行相应的消毒处理。因此，在再生水处理技术选择中，应首先提高二级处理过程的生物脱氮和硝化效果，如采用多级A/O技术、增加缺氧段停留时间、提高内回流比、在好氧池中增加填料等，再生水处理采用反硝化滤池技术。,对于BOD、SS和TP去除，再生水处理可选择混凝沉淀过滤、微絮凝过滤、磁共沉等技术，以满足景观环境用水水质标准要求

30、。对于浊度的改善可选择活性炭吸附和臭氧氧化技术。消毒可选择臭氧消毒、紫外线消毒或氯消毒。工程中应对上述技术进行优化组合，从控制水体富营养化角度可选择强化二级处理+臭氧氧化+曝气生物滤池+反硝化滤池+消毒的技术路线，或强化二级处理+膜技术+消毒的技术路线。,3再生水用于工业用水水源,根据城市污水再生利用工业用水水质标准（GB/T199232005），工业用水包括冷却用水、洗涤用水、锅炉补给水和工艺与生产用水。再生水作为工业用水水源可选择强化二级处理技术（如在曝气池添加填料，提高硝化效果），后续处理可采用混凝沉淀过滤+消毒的技术，也可采用膜技术来提高处理效果并同时去除二级处理出水中的重金属，但膜处

31、理+消毒技术工程投资和运行费用都较高。防止结垢、腐蚀的方法中一般采用化学法及沉淀法，如加酸酸化或加阻垢剂（如铬酸盐、多磷酸盐）等。,4再生水用于农业,根据城市污水再生利用农田灌溉用水水质（GB/T 209222007），农田灌溉用水包括纤维作物、旱地谷物、油料作物、水田作物和露地蔬菜等灌溉用水。将再生水用于农业灌溉，应确保卫生安全，并防止土壤退化或盐碱化等。含盐量是再生水用于农业灌溉最重要的水质指标之一，标准中规定了非盐碱土地区及盐碱土地区的含盐量标准。另外，还应防止重金属及有害物质在土壤中富集，并通过食物链积累于农作物中。如果再生水采用喷灌，尚需要控制悬浮物，以防堵塞喷头。对于纤维作物、旱地

32、谷物和油料作物，二级处理加消毒即可满足要求，对于水田作物和露地蔬菜，需采用常规二级处理加混凝、沉淀、过滤等补充处理技术才能达标。,5再生水用于地下水回灌,根据城市污水再生利用地下水回灌水质标准（GB/T197722005），地下水回灌包括地表回灌和井灌两种。井灌对水质的要求比地表回灌要高。再生水回灌于地下含水层，补充地下水，用以防止因过量开采地下水而造成的地面沉降和海水侵入，但回灌于地下的再生水可能将被重新提取用作农业灌溉用水或生活饮用水水源。城镇污水处理厂的二级出水仍可能含有有机微污染物、痕量重金属、粪大肠菌、致病菌或病毒等有害物质。,5再生水用于地下水回灌,为防止对地下含水层的污染，提供清

33、洁水链，对于地下水回灌的再生水水质要求较其他回用领域要严格。在地下水回灌再生处理技术选择中，需要采取多种单元技术组合才能满足回灌地下水水质要求。目前较常用选择的技术有：多层滤料过滤、臭氧氧化、反渗透、氯化、硅藻土过滤、混凝沉淀、活性炭吸附；消毒技术有臭氧消毒和氯消毒。,二、膜分离技术,（一）膜分离技术基本概念 1膜分离的定义 2膜分离的基本原理 3工业应用主要膜过程（二）在污水再生中的应用 1在工业废水再生中的应用 2城市绿地喷洒用水 3应用到洗车和喷泉景观用水 4污水再生实例,（一）膜分离技术基本概念,1膜分离的定义 2膜分离的基本原理3工业应用主要膜过程,膜分离技术被认为是“21世纪最有前

34、途、最有发展前景的重大高新技术之一，它在工业技术改造中起着战略性作用”。世界上许多国家包括我国在内，都把膜分离技术及其应用列为国家重点发展项目。膜分离技术对许多传统产业的发展起着关键作用。甚至有人预言“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的未来”。膜分离过程作为一门新型的分离、浓缩、提纯技术，是以外界能量为动力，凭借各组分在膜中传质的选择性差异，对多组分流体物质进行分离、分级、提纯和富集的方法。,1膜分离的定义,自然界中经常存在着这样的物质体系，即在一种流体相内或两种流体相之间，有一薄层凝聚相物质把流体相分隔成两部分。这一薄层物质就是所谓的膜(membrane)。膜可以是固态的或液态的，甚至气态

35、的，中性的或荷电性的。而被膜分隔开的流体相物质可以是液态的或气态的。膜本身可以是均匀的一相，也可以是由两相以上的凝聚态物质所构成的复合体，可以是对称型的或非对称型的。,不论膜本身薄到何等程度，它都必定有两个界面，并由这两个界面分别与被其分隔于两侧的流体相物质相接触。膜有两个明显的特征：其一，膜充当两相的界面，分别与两侧的流体相接触；其二，膜具有选择透过性，这是膜与膜过程的固有特性。,膜不是普通的塑料膜或皂泡膜，而是那些具有一定特殊性能(例如，半透、电学、光学、识别及反应等特性)的膜。对于分离膜，可将它看作是两相之间的一个半渗透的隔层，该隔层按一定的方式截留分子。因此，两相间的膜必须起到隔层的作

36、用，以阻止两相的直接接触。该隔层可以是固体、液体，甚至是气体，半渗透性质主要是为了保证分离效果。如果所有物质不按比例均可通过，那就失去分离的意义了。膜截留分子的方式有多种，例如，按分子孔径大小截留，按不同渗透系数截留，按电荷截留，按不同的溶解度截留，等等。,表5-5 主要膜分离过程的推动力,2膜分离的基本原理,(1)根据它们物理性质的不同 主要是质量、体积大小和几何形态差异，用过筛的办法将其分离。微滤膜分离过程主要就是根据这一原理将水溶液中孔径大于50nm的固体杂质去掉的。(2)根据混合物化学性质的不同 物质通过分离膜主要依靠溶解扩散，首先是与膜表面接触的混合物进入膜内的速度(称溶解速度)，其

37、次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度，二者之和为总速度。总速度愈大，透过膜所需的时间愈短；总速度愈小，透过时间愈久。溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质的差异，扩散速度除化学性质外还与物质的分子量有关。,图5-3 各种膜的截留区段,表5-6膜分离过程的特点及膜材料,表5-7 工业应用膜过程的分类及其基本特性,工业应用的反渗透装置,工业应用的反渗透装置的膜组件之间的连接,（二）在污水再生利用中的应用,1在工业废水再生中的应用2城市绿地喷洒用水3应用到洗车和喷泉景观用水4污水再生实例,1在工业废水再生中的应用,（1）利用反渗透技术将钢铁企业生产废水处理后进行回收利用，节约了大

38、量的水资源，并降低了企业的生产成本；另一方面大大减少了废水的排放对地下水源、流域水源以及对环境的污染，产生了巨大的经济效益和社会效益。（2）应用反渗透技术将铝氧化漂洗废水重新处理成纯水，返回到生产工艺中去，而浓缩液经负压蒸发后冷却结晶，并外运填埋；实现了废水的零排放，并取得了明显的经济效益和环境效益。（3）采用两级RO 膜系统对含镍250 mg/L350 mg/L 的漂洗废水进行处理，对镍的截留率达99.9%以上，经两年多运管行考察，系统运行平稳，各项指标基本达到设计要求，经济效益明显，年净收益达43.34万元，且出水达到回用要求。,2城市绿地喷洒用水,与传统的处理方式相比较，城市污水经过纳滤

39、或反渗透处理回用到城市绿地喷洒，可以降低由于水中的无机盐特别是重金属盐类含量过高造成的土壤盐碱化，有效地避免水中可能存在的致病微生物对人的身体健康造成的潜在危害。,3应用到洗车和喷泉景观用水,建筑小区的中水水源主要为淋浴和盥洗排水，是城市污水中水质最稳定、容易汇集、便于净化、可就近回用的水资源。相比其他类排水，水中的悬浮物、有机物和盐分都比较低，建筑中水经过纳滤或者反渗透处理可以消除水中的臭味，有效地截留水中可能存在的致病微生物，降低水的浊度和磷含量，出水水质可以达到A 类景观用水水质标准。,4污水再生实例,北京清河污水厂再生水二期工程的建设规模为32万m3/d。项目主要对现有污水处理厂生物处

40、理系统进行升级改造，通过脱硝过滤池处理，再进行超滤膜深度处理工艺，去除各种污染物。处理出水再经过臭氧接触氧化等深度处理工艺，使嗅味、色度等污染指标得到进一步去除，使出水达到再生水出水水质的要求。设计出水水质满足再生水回用于景观水体的水质标准，部分水质达到地表水环境质量标准IV类水体水质要求。污水再生系统工艺流程如图5-4所示。,图5-4 污水再生系统工艺流程框图,三、膜集成技术,（一）在钢铁污水再生回用领域的应用（二）膜生物反应器,三、膜集成技术,目前，很多企业已经进行了污水再生回用，大部分是采用传统的处理技术，如生化降解、混凝沉淀、气浮、过滤等，但因工业废水成分复杂，经传统工艺处理后的水不能

41、有效去除其中的污染物，无法满足生产用水要求，限制了回用的范围。因此，针对企业排污水的水质状况，采用有效的深度处理工艺，可以使回用水满足各用水点的要求，最终实现水资源的循环利用。这一需求促进了更多、更新的水处理技术的发展。而将膜分离技术与传统处理工艺结合的膜集成技术能够很好地解决污水再生回用的深度处理问题，从而拓展了污水再生回用的深度和广度，并使膜分离技术得到了大规模的推广应用。,（一）在钢铁污水再生回用领域的应用,传统钢铁污水处理技术中的曝气、隔油、石灰软化、混凝沉淀和过滤工艺，能有效降低钢铁污水中的悬浮物、浊度、胶体、COD、油类物质、硬度和碱度，能够部分满足钢铁企业的回用需求，但处理后的污

42、水具有高含盐量的特点，而以离子交换为基础的脱盐技术，难以应付钢铁污水复杂多变的水质，通常离子交换树脂再生频繁并出现树脂污染的情况，导致钢铁污水回用在深度脱盐工序上产生瓶颈。而以膜法为核心的膜集成技术突破了这个瓶颈，并在近十年中得到长足发展，大量的钢铁企业跨入污水回用膜法脱盐技术使用的行列。,安阳钢铁（西区）污水处理厂深度脱盐系统处理水量为850m3/h，采用“多介质+反渗透”的核心处理工艺（见图5-5）。其前处理来水水质指标如表5-8。安阳钢铁（西区）污水处理厂于2006年7月竣工，几年来反渗透膜运行情况良好，段间压差稳定，进水压力三年来没有明显升高，每次清洗后都能恢复，出水电导率低于30s/

43、cm，清洗频率在90天左右。污水处理厂的出水水质指标见表5-9。,图5-5 安阳钢铁（西区）污水处理厂深度脱盐系统工艺流程图,表5-8 安阳钢铁（西区）污水处理厂前处理来水水质指标,表5-9 安阳钢铁（西区）污水处理厂出水水质指标,表5-10 膜集成技术与常规处理技术比较,（二）膜生物反应器,膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)是将膜分离技术与生物处理工艺相结合的一种新型废水处理技术。一般由膜组件、生物反应器和泵三大部分组成，生物处理系统和膜分离组件的有机结合，使它与传统的废水生物处理方法相比有很大的优越性。,1.基本原理及特点,膜生物反应器是以膜组件作为取代二沉池的

44、泥水分离单元设备，并与生物反应器组合构成的一种新型生物处理装置，主要由生物反应器和膜组件二单元设备组成。污水首先进入反应器，反应器中的微生物将污水中的污染物进行同化和异化，异化产物多数成为无害的CO2 和H2O，同化物质成为微生物的组成物质。膜单元部分主要用于截留微生物和过滤出水，微生物固体可有效地被停留在反应器中，可以完全地控制微生物在反应器中的停留时间及有效地对处理水进行消毒。,在传统的生物处理中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的，分离效率依赖于活性污泥的沉降性，而污泥沉降性又取决于曝气池的运行状况，改善污泥的沉降性必须控制曝气池的操作条件。所以，为满足二沉池固液分离的要求，曝气池的污

45、泥浓度一般在 2mg/L左右，从而限制了生化反应速率和处理负荷。膜生物反应器综合了膜分离与生物处理技术的优点，不仅可以最大限度的去除悬浮物，同时可以通过膜分离将二沉池无法截留的游离细菌和大分子有机物阻隔在生物池内，从而大大的提高反应器内的生物浓度，提高了有机物和氮、磷的去除率。,由于膜生物反应器对污水同时进行降解和消毒作用，所以其处理后的出水水质较高，通常有机污染物(COD 或BOD)和悬浮物的去除率可达95%。由于膜的良好的截留作用，在传统活性污泥工艺中，污泥停留时间和水力停留时间难以协调的问题在此得以解决。污泥停留时间和水力停留时间可以有效地分开，这样可以优化生物处理工艺，提高其可行性和灵

46、活性。,根据不同的污水采用不同的工艺参数，以培养不同种类的微生物。对于城市污水来说，膜生物反应器中污泥龄的有效控制，可以使得难以生存的生长周期长的硝化细菌得以存在，使得原来需要二步的碳化和硝化过程，在膜生物反应器中一个设备中完成。膜单元可以承受比重力式沉淀池更高的污泥负荷，这样使得膜生物反应器与传统活性污泥法工艺相比，具有结构紧凑、占地面积少等优点，同时膜可以截留一些大分子有机物，提高了它们在生物反应器的停留时间，增大了它们生物解降的可能性。,2.膜生物反应器分类,图5-6循环式(分置式)膜生物反应器示意图,图5-7 浸没式(一体式)膜生物反应器示意图,图5-8复合式膜生物反应器示意图,3MB

47、R 在污水再生处理中的应用举例,内蒙古呼和浩特市金桥发电厂以辛辛板污水处理厂处理后的二级排放水作为电厂工业补给水源，针对污染物含量高的特点以及循环水高浓缩倍率运行的要求，采用膜生物反应器(MBR)深度处理城市中水，获得较优质的电厂再生水。该工程对城市中水日处理量达到3 万m3，是世界上最大规模的膜生物反应器再生水厂之一，符合国家节水技术政策大纲要求的“零排放”技术，达到了节水、环保的目的，实现了污水资源化。,表5-11 MBR对污水的处理效果,污水再生利用产业在我国尚处于发展之初，未来是否能够发展到一定的市场规模，成为缓减水资源短缺和水污染严重的重要手段，不仅取决于其自身的经济技术可行性，还与政府的产业政策密切相关。健全的污水再生利用产业政策可以发展污水再生利用产业，扩大再生水的需求，提高污水再生利用在解决水资源短缺的诸多解决方案中的重要性；可以规范污水再生利用产业，保障再生水安全性和经济效率目标的实现；可以激励污水再生利用企业提高运营效率、降低成本；可以优化政府职能，为污水再生利用产业的发展提供良好的体制环境。,