談城市污水和雨水科學(xué)再生利用

張俊輝

中國(guó)水資源總量為28000億m3，按1997年人口統(tǒng)計(jì)，人均水資源量為2220 m3，預(yù)測(cè)2030年人口增至16億時(shí)，人均水資源量將降到1760 m3。按國(guó)際一般標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源少于1700 m3為用水緊張的國(guó)家。因此，我國(guó)未來(lái)水資源形勢(shì)是非常嚴(yán)峻的。水已經(jīng)成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的重要因素。一方面城市缺水十分嚴(yán)重，一方面大量的城市污水白白流失，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境，與城市供水量幾乎相等的城市污水中，只有0.1%的污染物質(zhì)，比海水3.5%的污染物少得多，其余絕大部分是可再利用的清水。水在自然界中是唯一不可替代，也是唯一可以重復(fù)利用的資源。城市污水、雨水就近可得，易于收集。再生處理比海水淡化成本低廉，處理技術(shù)也比較成熟，基建投資比遠(yuǎn)距離引水經(jīng)濟(jì)得多。當(dāng)今世界各國(guó)解決缺水問(wèn)題時(shí)，城市污水、雨水被選為可靠的第二水源，在未被充分利用之前，禁止隨意排到自然水體中去。

污水、雨水再生利用在國(guó)外規(guī)模很大，歷史很長(zhǎng)。我國(guó)近些年來(lái)，隨著對(duì)水危機(jī)認(rèn)識(shí)的提高，城市污水、雨水再生利用已被各級(jí)政府高度重視。深圳是全國(guó)七大嚴(yán)重缺水城市之一，本地水資源奇缺，75%以上的水資源靠東江引入。隨著人口的進(jìn)一步增加和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水資源緊缺的情況還會(huì)繼續(xù)惡化。在淡水資源開(kāi)發(fā)嚴(yán)重受限的情況下，推進(jìn)城市污水資源化，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，具有重要意義。

筆者從事環(huán)境工程設(shè)計(jì)工作多年來(lái)，對(duì)城市污水、雨水再生利用有了一定的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，下面主要對(duì)“深圳市南山商業(yè)文化中心區(qū)核心區(qū)中水回用工程”設(shè)計(jì)工作談?wù)剛€(gè)人的體會(huì)。

1 工程概況

本工程地處深圳市南山商業(yè)文化中心核心區(qū)，其占地30 hm2?？紤]到此地段有規(guī)劃商業(yè)面積183900 m2、辦公面積358800 m2、文化及展覽面積 76200 m2、酒店面積 43000 m2、景觀(guān)面積202040 m2、水體面積36616 m2，每年自來(lái)水的用量為270.72萬(wàn)m3，平均每天7417 m3，其中空調(diào)冷卻水、沖廁水、沖洗道路用水、景觀(guān)水體補(bǔ)水用水，最大日需4500 m3?？紤]到在這個(gè)核心區(qū)每天同樣也有大量污水排出，以及在下雨天的雨水流失，如何解決核心區(qū)的污水和雨水科學(xué)再生利用的問(wèn)題，滿(mǎn)足核心區(qū)的日需中水量，政府規(guī)劃在核心區(qū)的文心五路與海德一道交叉口的東北側(cè)景觀(guān)水池的下部(不占用地上使用面積)建一座全地下式的、設(shè)計(jì)處理規(guī)模為4000 m3/d污水處理站。集中處理污水和收集的雨水，將處理達(dá)標(biāo)后的中水主要向核心區(qū)的各建筑物提供空調(diào)冷卻塔補(bǔ)充用水、沖洗廁所和車(chē)庫(kù)地面沖洗用水，以及灌溉綠化、補(bǔ)充景觀(guān)水、沖洗廣場(chǎng)等用水。

2 工程設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。根據(jù)《深圳市南山商業(yè)文化中心核心區(qū)中水站可行性研究報(bào)告》，結(jié)合一般典型生活污水水質(zhì)，確定南山商業(yè)文化核心區(qū)中水站設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)主要指標(biāo)一覽表

2)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)。本處理站出水主要用途是核心區(qū)有關(guān)建筑物的空調(diào)冷卻塔的補(bǔ)充用水和少數(shù)建筑物室內(nèi)沖廁水，以及旱季核心區(qū)景觀(guān)水體的補(bǔ)水與景觀(guān)綠化澆灌路、道路沖洗用水。其出水水質(zhì)應(yīng)綜合GB/T 18921-2002城市污水再生利用景觀(guān)環(huán)境用水水質(zhì)及GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 19923-2005再生水用作冷卻水的水質(zhì)控制指標(biāo)來(lái)確定。

3)工藝流程。結(jié)合本工程進(jìn)、出水水質(zhì)的要求，考慮到最終出水需要回用，確定本工程采用A/O工藝進(jìn)行處理。原水經(jīng)管道收集后自流入細(xì)格柵，去除懸浮物和漂浮物后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，以調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量。調(diào)節(jié)池出水用泵送入缺氧池。缺氧池中采用添加填料和曝氣攪拌，并將接觸氧化池的混合液進(jìn)行回流，以取得較好的脫氮效果。經(jīng)上述處理后的污水自流進(jìn)入接觸氧化池，通過(guò)生物膜的作用，對(duì)水中的有機(jī)物和SS進(jìn)行分解，以達(dá)到去除污染物的作用。經(jīng)生化處理后的出水經(jīng)過(guò)管道式靜態(tài)混合器加入助凝劑進(jìn)入豎流式沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液自流入V形濾池進(jìn)一步去除懸浮物污染指標(biāo)。分離后的清水進(jìn)入二氧化氯消毒接觸池，消毒后清水自流進(jìn)入清水池，經(jīng)加壓泵送至各用水點(diǎn)，并保證回用水在管網(wǎng)末端余氯值不小于0.2 mg/L。經(jīng)豎流沉淀池沉淀后的污泥直接用泵送至螺壓式污泥脫水系統(tǒng)，形成含水率小于80%的泥餅，和柵渣等一起裝車(chē)外運(yùn)填埋處置，濾清液回流至調(diào)節(jié)池。處理流程框圖見(jiàn)圖1。

圖1 中水回用工藝流程框圖

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

1)調(diào)節(jié)池。HRT=6 h，有效容積:1036 m3。a.無(wú)堵塞潛污泵(Q=100 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW)，4 臺(tái)(2 用 2 備)。b.低速型推流式潛水?dāng)嚢铏C(jī)(截面有效擾動(dòng)半徑Ry≥5 m，軸向有效推進(jìn)距 Ly≥25 m，N=1.5 kW)，2 臺(tái)。

2)缺氧池。按單獨(dú)的兩池設(shè)計(jì)，單池有效容積170 m3，填料容積負(fù)荷:1.5 kg BOD5/(m3·d)，HRT=2.0 h，控制溶解氧:0.2 mg/L～0.5 mg/L。a.低速型推流式潛水?dāng)嚢铏C(jī)(截面有效擾動(dòng)半徑 Ry≥5 m，軸向有效推進(jìn)距 Ly≥25 m，N=1.5 kW)，4 臺(tái)。b.彈性立體填料:180 m3。

3)接觸氧化池。按單獨(dú)的兩池設(shè)計(jì)，單池有效容積:539 m3，有效水深4.9 m，每個(gè)單獨(dú)的池體又分為2格，總HRT=12.0 h，污泥負(fù)荷控制:小于0.25 kg BOD5/(kg[MLSS]·d)，填料容積負(fù)荷:0.8 kg BOD5/(m3·d)，曝氣器的氧利用率:EA=18.4% ～27.7%，標(biāo)準(zhǔn)條件下，曝氣器脫氧清水充氧量RO=0.112 kg O2(m3·h)～0.185 kg O2/(m3·h)。硝化液回流比:300%。a.混合液回流泵(Q=100 m3/h，H=9 m，N=4.0 kW)，2 臺(tái)。b.膜片式孔微曝氣器:528個(gè)。c.彈性立體填料:1320 m3。d.三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)(配套隔音罩)。設(shè)備臺(tái)數(shù):4臺(tái)(3用1備)。設(shè)計(jì)參數(shù):單臺(tái)風(fēng)量:Q=18.4 m3/min。風(fēng)壓:P=0.06 MPa。功率:N=30 kW。

4)豎流沉淀池。按單獨(dú)的兩池設(shè)計(jì)，單池尺寸:L×B×H=7 m×7 m×9.1 m(沉淀部分有效水深2.35 m)。中心管內(nèi)流速:30 mm/s，中心管與反射板間縫隙高度:0.3 m，中心管直徑:1.0 m，表面負(fù)荷:1.84 m3/(m2·h)，單個(gè)污斗容積:81.4 m3。

4 調(diào)試與運(yùn)行

4.1 工程調(diào)試

該廢水處理工程于2009年11月竣工，隨后進(jìn)入生產(chǎn)調(diào)試階段。

生化系統(tǒng)生物膜的馴化培養(yǎng)采用污泥接種法，活性污泥取自當(dāng)?shù)爻鞘谐撬幚韽S(chǎng)二沉池的剩余污泥，共投放了含水率約90%的污泥8 t，進(jìn)行悶曝掛膜啟動(dòng)。掛膜過(guò)程中，間隔3 d提高一次進(jìn)水水力負(fù)荷，至2009年12月中旬開(kāi)始穩(wěn)定進(jìn)水。

4.2 系統(tǒng)的運(yùn)行

整套系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，出水清澈，并于2009年12月14日將回用水樣品至深圳市南山區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。由以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，實(shí)際出水污染物指標(biāo)大大優(yōu)于設(shè)計(jì)出水指標(biāo)。

表2 出水水樣監(jiān)測(cè)表

4.3 操作管理

本工程采用機(jī)電設(shè)施智能管理系統(tǒng)。

機(jī)械格柵、反硝化池潛水?dāng)嚢铏C(jī)及羅茨鼓風(fēng)機(jī)常開(kāi)，調(diào)節(jié)池潛污泵高低液位自動(dòng)控制。由于本工程是全地下室建筑，又是臭源地，對(duì)通風(fēng)設(shè)施的要求比一般同類(lèi)型項(xiàng)目更加高，為了獲得良好的工作環(huán)境，保護(hù)工人身體健康，確保工藝設(shè)備的正常運(yùn)行，臭氣處理采取對(duì)臭氣產(chǎn)生源進(jìn)行密閉，并進(jìn)行有效的生物除臭，即對(duì)缺氧池、調(diào)節(jié)池、接觸氧化池、污泥脫水間等進(jìn)行氣體收集后，經(jīng)機(jī)械抽風(fēng)集中進(jìn)生物臭塔進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)排放。

5 投資與運(yùn)行費(fèi)用

工程總投資2000萬(wàn)元，其中土建投資800萬(wàn)元，設(shè)備投資1200萬(wàn)元，管道及設(shè)備安裝155萬(wàn)元，電器及儀表20萬(wàn)元。運(yùn)行費(fèi)用1.1 元/m3，其中藥劑費(fèi)0.3 元/m3，電費(fèi) 0.51 元/m3，人工費(fèi)0.3 元/m3。

6 建議與結(jié)論

6.1 建議

積極鼓勵(lì)和引導(dǎo)更多的用戶(hù)使用再生水，為再生水利用創(chuàng)造廣闊的市場(chǎng)需求。

同時(shí)，加快污水再生利用的市場(chǎng)化進(jìn)程，建立符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的投融資機(jī)制、運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制和價(jià)格形成機(jī)制，而且要盡快建立合理的水價(jià)格體系，加快水價(jià)體系改革的步伐勢(shì)在必行。只有當(dāng)再生水水價(jià)比地表水、地下水的價(jià)格低到一定的幅度時(shí)，再生水的價(jià)格杠桿作用才會(huì)得以發(fā)揮，才能引導(dǎo)更多的用戶(hù)，合理的使用中水消費(fèi)，促進(jìn)再生水的推廣應(yīng)用。

6.2 結(jié)論

從社會(huì)效益和環(huán)境效益來(lái)看，本項(xiàng)目的目的是污水處理，可保護(hù)和改善深圳市的生態(tài)環(huán)境，為深圳市民提供一個(gè)舒適、潔凈、無(wú)害的生活環(huán)境。

現(xiàn)在項(xiàng)目生產(chǎn)的中水和收集的雨水完全可以滿(mǎn)足商業(yè)中心區(qū)自身100000 m2的水景和綠化用水需求，還可以為周邊區(qū)域的公共環(huán)境提供服務(wù)。本項(xiàng)目的最大特色是實(shí)現(xiàn)雨水利用和中水回用的互補(bǔ)，具有可持續(xù)性，有效的解決了南山商業(yè)文化中心區(qū)核心區(qū)的缺水難題，從一定程度減緩了城市供水壓力，節(jié)約了寶貴的水資源。同時(shí)給企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目已獲得了國(guó)家住建部頒發(fā)的2010年“中國(guó)人居環(huán)境范例獎(jiǎng)”，也是此次廣東省唯一獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。

隨著政府的重視以及廣大市民節(jié)水意識(shí)的提高，深圳市污水再生利用必定會(huì)迅速發(fā)展。

[1]GB/T 18921-2002，城市污水再生利用景觀(guān)環(huán)境用水水質(zhì)[S].

[2]GB/T 18920-2002，城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)[S].

[3]GB/T 19923-2005，再生水用作冷卻水的水質(zhì)控制指標(biāo)[S].

[4]GB 3838-2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]GB 50335-2002，污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].