『中水处理与回用』不同中水回用模式的技术经济分析

2023-05-10 14:56:27

1城市中水回用模式

中水回用模式是对原水、处理工艺与回用途径的综合考虑，指原水、处理工艺与回用途径的有机组合。随着城市水资源短缺与水污染问题日趋严重，城市中水回用作为解决这两大问题的重要措施，已受到越来越多的关注。

不同的中水原水、处理工艺与回用途径，可组合成很多种中水回用模式。根据目前国内外中水回用情况与工程实践，按原水种类(城市污水、生活污水或杂排水、城市污水处理厂的二级处理出水)、典型处理工艺及出水水质与回用途径，将城市中水回用模式归纳为七类，具体见表1。

表1　城市中水回用模式

2　技术经济分析

2.1 A模式

A模式以污水厂二级出水为原水，以满足低水质回用途径为目标，国内应用的处理工艺有：混凝/沉淀/过滤/消毒工艺、混凝/过滤/消毒工艺、微絮凝/滤布滤池/消毒工艺、混凝/气浮/纤维球过滤/消毒工艺等。这类工艺的处理成本都较低，出水水质均可满足低水质回用途径的水质要求，其中混凝/沉淀(澄清)/过滤/消毒是这类工艺中最具代表性的，工艺成熟、出水水质稳定，能有效去除二级出水中尚存的胶体物质、部分重金属、有机污染物和细菌，出水水质可以满足市政杂用、工业冷却水及景观用水水质标准，是目前我国中水回用工程中最常用的工艺。

混凝/沉淀(澄清)/过滤/消毒工艺的投资与处理费用较低，根据目前中水回用工程的实践，其单位水处理投资一般为800～1000元/m³，处理成本为0.5～0.8元/m³。

2.2 B模式

B模式以二级出水为原水，以满足较高水质回用途径为目标，其处理工艺以对悬浮固体、细菌等去除率高的膜技术为核心，连续式微滤(CMF)+O₃消毒工艺是这类处理工艺中较典型的一种。与传统工艺相比，CMF工艺在去除SS、浊度以及卫生学指标方面表现得更为卓越，辅以臭氧脱色，可以获得较高品质的回用水，出水中的SS与细菌几乎为零，适合对中水的部分水质指标(色度、嗅味、pH、大肠杆菌等)要求高的居住区生活杂用。

该工艺的投资与处理成本高于传统“老三段”工艺，单位水处理投资为2000～3000元/m³，处理成本为1.0～2.0元/m³。国内采用CMF+O₃消毒工艺的还很少，天津纪庄子中水回用工程(5×104m³/d)中采用CMF+O₃工艺的处理规模为2×104m³/d，供居住区回用。

2.3 C模式

C模式以二级出水为原水，以满足高水质回用途径为目标，出水水质达到饮用水标准，甚至优于国家饮用水标准。该模式的处理工艺有：脱碳预处理/石灰澄清/碳酸化/过滤/反渗透(RO)/后续除二氧化碳/消毒、石灰再碳酸化处理/粒状活性炭吸附/消毒、微滤(CMF)/反渗透(RO)等。其中，CMF+RO工艺以其处理工艺简单、出水水质稳定、优良而具有良好的发展前景，在去除盐分的同时还去除了水中所有的细菌、病毒、重金属和有机污染物等，出水水质优于饮用水标准，可广泛应用于工业纯水、锅炉补水、居住区杂用、工业冷却水、景观用水及一切除饮用以外的用水，极大地拓宽了回用水的使用范围。

C模式的投资与处理成本是非常昂贵的，单位水处理投资为2700～3700元/m³，处理成本为2.7～3.2元/m³。由于处理成本较高，CMF+RO工艺在国内的应用还很少，天津开发区的新水源一厂是国内首家采用该工艺的水厂。

2.4 D模式

D模式以城市污水为原水，以满足较低水质回用途径为目标，处理工艺以简约紧凑的曝气生物滤池为核心工艺。

曝气生物滤池的最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，具有投资少、运行费用低、占地面积小、处理效率高、出水水质好等优点。曝气生物滤池最初用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理，目前曝气生物滤池已直接应用于城市污水的处理回用，且呈现出良好的应用前景，如大连马栏河污水处理厂采用曝气生物滤池，其出水水质可达到生活杂用水标准，适用作绿化、工业冷却水及景观用水。

根据工程实践，该模式的单位水处理投资为1600～2000元/m³，处理成本为1.0～1.5元/m³。对于拟建的城市污水厂，D模式无疑是一种经济的污水处理与再生回用方式。

2.5 E模式

E模式以城市污水为原水，对其直接处理回用，以获得较高的回用水水质，代表性处理工艺为膜生物反应器。膜生物反应器具有许多常规工艺无法比拟的优势，有效克服了与污泥沉降性能有关的限制条件，并起到了取代二沉池的作用，同时还能达到澄清和除菌的目的，对主要污染物(如COD)去除率>93%，出水悬浮物和浊度近于零，水质良好且稳定，优于生活杂用水水质，适用作工业冷却水及对回用水品质要求较高区域的生活杂用、景观用水。膜生物反应器以其出水水质好、设备紧凑、占地面积小等优点在污水再生回用中愈来愈受到重视。不过，由于膜生物反应器能耗高、膜造价高且易污染等问题，限制了其在城市污水处理方面的应用及规模，大部分应用于城市污水处理的膜生物反应器处理能力≤3785m³/d。

目前，膜生物反应器处理城市污水的投资为2000～3000元/m³，处理成本为1.7～2.3元/m³。

2.6 F模式

F模式是小区污水再生回用方式，也是就地收集回用的形式，污水处理中小区的概念泛指居民住宅区、疗养院、商业中心、机关学校等由一种功能或多种功能构成的相对独立的区域，原水为生活污水，处理规模<4000m³/d。我国小区污水再生回用模式尚处于探索与试验阶段，目前有应用的主要是以生物接触氧化法、生物转盘、氧化沟、SBR、曝气生物滤池等为核心处理单元的系列工艺以及膜生物反应器，处理成本为0.8～2.9元/m³。考虑到居民使用中水的卫生健康、心理接受程度，以及随着生活水平提高对回用水水质要求的提高，工艺紧凑、能大幅去除有机污染物和细菌及病毒、出水水质好的膜生物反应器，将在小区污水再生回用中具有广泛的应用前景。

2.7 G模式

G模式是楼宇中水回用模式，指一栋或几栋建筑物内的污水再生回用形式，原水一般是优质杂排水、杂排水和生活污水，回用途径主要是冲厕、清扫、绿化、冷却水等，处理工艺主要有直接过滤和以生物接触氧化法、生物转盘、曝气生物滤池等为核心处理单元的系列工艺以及膜生物反应器等，处理成本为0.5～1.7元/m³。

目前，国内楼宇中水回用的工程实例较多，多数缺水城市的商业、宾馆水价>2元/m³，一些城市已达到3～6元/m³，对于尚未纳入城市中水系统的大型商场、宾馆、饭店等采用G模式具有很大的经济效益与环境效益。

3　我国城市中水回用模式展望

以我国目前的经济发展状况以及污水处理技术，A模式与D模式是适合我国国情的城市中水回用模式。这两种模式都是以满足需求量大的低水质回用途径为目标，投资与处理成本相对于其他模式较低，这有利于尽快提高城市污水的处理与回用率，缓解城市缺水问题。对已建的污水厂，污水再生回用适宜采用A模式，即采用费用较低而工艺成熟的传统深度处理工艺将城市污水厂二级出水深度处理为一般回用水水质，回用作工业冷却水、市政杂用、景观用水。对于拟建的城市污水厂，则适宜采用工艺简约紧凑的D模式，可以节约投资、简化处理流程、减少占地面积等。由于膜技术尚不成熟，而且存在膜易污染、能耗与处理成本及造价高等问题，以膜技术为核心工艺的B、C、E模式在我国尚无法得到迅速推广，但对于严重缺水而经济发达的城市(如北京、上海、天津等),宜以A模式为主,根据经济实力发展适当比例的B、C模式,以满足对回用水水质要求高的工业纯水、锅炉用水及居住区生活用水需求,缓解经济发展与水资源短缺的尖锐矛盾。

来源：王效琴《不同中水回用模式的技术经济分析》