基于城鎮(zhèn)污水處理廠尾水同級排入的深度處理技術(shù)

環(huán)保網(wǎng)訊:2013年全國總供水量為6183.4億m3，其中地表水源和地下水源供水量占99.2%[1]。河流、湖泊是我國重要的飲用水水源地，同時也是城市的主要排水通道，水源地常受到城市排水口、排污口干擾。海河、黃河、遼河流域水資源開發(fā)利用率已經(jīng)達(dá)到106%、82%、76%，西北內(nèi)陸河流開發(fā)利用已接近甚至超出水資源承載能力[2]。由于地表水和地下水的過度開發(fā)和污染，而且水資源利用率低，水資源形勢嚴(yán)峻，在全國600多個建制市中，有近400個城市缺水，其中130多個嚴(yán)重缺水[3]。

2015年我國頒布的《水污染防治行動計劃》中要求到2020年，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大重點流域水質(zhì)優(yōu)良(達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類)比例總體達(dá)到70%以上，地級及以上城市集中式飲用水水源水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類比例總體高于93%。

雖然進(jìn)入21世紀(jì)以來我國城鎮(zhèn)污水處理能力大大提高，但完成計劃中的工作目標(biāo)還是面臨巨大的壓力。由于我國現(xiàn)行的GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A標(biāo)準(zhǔn)，僅相當(dāng)于地表水劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，而且城鎮(zhèn)污水處理廠大多采用二級生物處理工藝削減污染物，由于工藝本身的局限性，出水污染物濃度很難再進(jìn)一步降低[4]，尾水即使達(dá)標(biāo)排至飲用水水源地或水域功能較高的水體，也會進(jìn)一步加劇水污染狀況，威脅飲用水安全。

1同級排入的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

1.1同級排入的定義

同級排入，主要是為保護(hù)集中式飲用水水源或其他重要水體(地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)或功能更高的水體)，若水體匯入源包括城市污水處理廠，其尾水必須經(jīng)過進(jìn)一步處理(深度處理)，使出水中的剩余微污染成分(如氮、磷、膠體、細(xì)菌、病毒、微量有機物、重金屬以及影響回用的溶解性礦物質(zhì)等)得以更好地去除，最后水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(或更高標(biāo)準(zhǔn)，視水域功能而定)后排入水體[5-6]。

1.2國外同級排入的標(biāo)準(zhǔn)

國外尾水同級排入的標(biāo)準(zhǔn)主要向飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)看齊，污水處理廠將尾水深度處理至接近飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，再排入飲用水源或回灌地下水。

美國、德國等雖暫無統(tǒng)一的地下水回灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但美國加州要求從接收回灌水的含水層中抽取的水必須符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，而且對采用注入井回灌的回灌水中的總有機碳(TOC)含量要求比經(jīng)地表滲濾回灌入含水層的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。德國一般要求回灌水應(yīng)優(yōu)于當(dāng)?shù)氐叵滤|(zhì)[7]。歐美發(fā)達(dá)國家更加注重補充水及回灌水的安全問題，因此標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格苛刻。

1.3國內(nèi)同級排入的標(biāo)準(zhǔn)

我國2015年頒布的《水污染防治行動計劃》[8-9]指出要強化城鎮(zhèn)生活污染治理。計劃要求敏感區(qū)域(重點湖泊、重點水庫、近岸海域匯水區(qū)域)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施應(yīng)于2017年底前全面達(dá)到GB18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。目前許多地方的城鎮(zhèn)污水處理廠處理效果僅能達(dá)到GB18918—2002一級B標(biāo)準(zhǔn)。

GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中將集中式生活飲用水地表水源二級保護(hù)區(qū)、魚蝦類越冬場、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖等漁業(yè)水域及游泳區(qū)劃分為Ⅲ類功能水域。GB18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)與Ⅲ功能水域的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相比，還存在較大的差距，如表1所示。

考慮到GB18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)排放的尾水對Ⅲ類功能水體可能帶來一定的污染負(fù)荷沖擊，為避免微污染現(xiàn)象的發(fā)生，保證用水安全，采用同級排入技術(shù)深度處理尾水，使其水質(zhì)滿足Ⅲ類功能水域的要求。尾水同級排入技術(shù)對于補充地表水、回灌地下水等有著重要的意義，從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，同級排入增大了高品質(zhì)水供給，大幅削減了水體污染負(fù)荷，可以有效緩解天然水體自凈的壓力，提高水環(huán)境質(zhì)量，降低了人類行為對環(huán)境的影響。

2國內(nèi)外同級排入的工程實例

2.1美國同級排入的工程實例

美國德克薩斯州的BigSpring水廠從2012年開始采用微濾(MF)-反滲透(RO)-高級氧化工藝，日處理1萬t污水，處理后排入飲用水源，占城市供水的15%。北弗吉尼亞UpperOccoquan水廠采用初級處理-帶硝化的二級處理-石灰再碳酸化處理-過濾-粒狀活性炭吸附-消毒工藝，日處理12萬t污水，處理后出水排入為120萬人提供飲用水的UpperOccaquan水庫，該水廠運行25a，未發(fā)生危害公眾的健康事件[11]。

美國加州的21世紀(jì)水廠和佛羅里達(dá)州的Floridan東北再生水廠將污水處理后回灌地下水，間接補充飲用水源，其中21世紀(jì)水廠自2007年以來采用MF-RO-紫外消毒工藝日處理24萬t的污水，回灌前將處理后的水體與深層蓄水層的井水以2∶1的比例混合?；毓嗟叵滤?，從含水層提取的水經(jīng)處理后可為200萬人提供飲用水。Floridan東北再生水廠預(yù)計今年竣工，該水廠設(shè)計以超濾(UF)-RO-紫外和H2O2消毒工藝日處理1.14萬t污水，技術(shù)上穩(wěn)定達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

2.2歐洲同級排入的工程實例

德國柏林將經(jīng)過二級處理的尾水投加氯化鐵與助凝劑絮凝沉淀后，投加O3氧化降解有機物和殺菌，再經(jīng)無煙煤過濾后進(jìn)行地下水回灌，經(jīng)地質(zhì)凈化后作為飲用水重新抽取出來，該示范工程早在20世紀(jì)70年代已建成并投入使用。Langen市將污水處理廠的尾水通過曝氣、沉淀、砂濾池過濾、O3氧化、活性炭吸附等措施深度處理后，利用土壤滲濾回灌補充地下水[12]。

比利時Torreele水廠[13]在2001年開始采用UF-RO-紫外消毒工藝日處理0.54萬t的污水，重點監(jiān)測超濾和反滲透模塊的運行情況，處理后補充地下水，間接生產(chǎn)可飲用水。

2.3新加坡和澳大利亞同級排入的工程實例

新加坡Newater工程[14]從2003年開始以MF-RO(雙膜)-紫外消毒工藝日處理1.36萬t污水，將處理后的出水與水庫水進(jìn)行混合，供給飲用水。澳大利亞悉尼圣瑪麗再生水廠從2010年開始采用UF-RO-再碳酸化和氯消毒工藝日處理4.9萬t污水，并將高質(zhì)量出水補充瓦拉甘巴大壩(水源地)。

2.4國內(nèi)同級排入的工程實例

目前，北京市率先提高污水處理標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定污水處理廠出水水質(zhì)應(yīng)至少達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。北京市已于2012年開始實施DB11/890—2012《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放》的地方性標(biāo)準(zhǔn)，要求排入北京市Ⅱ、Ⅲ類水體的城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行A標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于地表水Ⅲ類水;排入Ⅳ、Ⅴ類水體的城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行B標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于地表水Ⅳ類水。

深圳龍華污水處理廠[15]采用強化型前處理-垂直流人工濕地工藝，日處理2萬t的一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠尾水，出水滿足地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，排入二級水源保護(hù)區(qū)的觀瀾河。

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