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工业废水处理成再生水的背景有意义

发表时间:2016-08-09 08:25

1.1再生水研究背景及意义

1.1.1研究背景

进入21世纪,随着社会的发展进步以及经济的快速提升,水资源需求量的增长愈发明显,水资源匮乏已然成为许多国家和地区社会经济发展的制约因素。

工业废水处理成再生水的背景有意义

同时,由于水资源的污染加重,世界上许多国家和城市都将面临水危机。据统计,目前世界上有80个国家的约15亿人口面临淡水不足,其中有26个国家的3亿多人口完全生活在严重缺水状态中,而全世界50亿人口中有30亿人吃的是已被不同程度污染的水。因此可以说,水资源短缺是21世纪人类面临的最为严重的资源危机。

我国的水资源总量约为28000亿m3,居全球第四位,但人均水资源占有量却位于第82位,人均淡水资源仅为世界人均量的1/4,是全世界13个贫水国之一。目前我国600多个城市中,有400多个属缺水型城市,全国城市日缺水量达1800万m3之多。与此同时,我国江河流域普遍遭到污染,且呈发展趋势。

在我国七百多条主要河流中,将近50%的河段以及90%的城市沿河水域受到污染。另外,由于市政供水的不足,一些单位为了解决用水紧缺问题,超量开采地下水,造成地下水位大幅度下降。目前华北地区的地下水开采率已达83.3%,形成大面积的地下水水位下降漏斗和地面沉降,北京、西安等20多座城市因过量开采地下水而诱发了地震和地面沉降。

因此,我国未来水资源形势是非常严峻的。以北京为例,作为国家首都,政治及文化中心,其缺水形式更是不容乐观,水资源总量不足始终是北京水资源状况的基本特征。目前北京市的人均水资源占有量不足200m3,仅为全国人均值的1/8,世界人均值的1/32。市域范围内可开发利用的水资源大部分已开发利用,新增水源已相当困难。特别是从1999年到2006年连续遭遇八个干旱年,造成了水资源的巨大亏空,即便降雨出现平水或偏丰年的情况,同时即使南水北调长江水到京后也只能说北京的水资源短缺状况能够得到缓解,但不可能在短时间内得到根本改变。可以预见,水资源紧缺的严峻形势将成为制约北京社会和经济发展的重要因素。

1.1.2研究目的和意义

工业废水处理成再生水的背景有意义

近年来,再生水在我国各地的工业开发区均有不同程度的利用,其中大部分工业开发区都将再生水用作绿化、景观等杂用用途,同时也有少数开发区已将再生水引入工业生产线,将其作为工业用水水源。由于目前我国的工业开发区一般多为高科技产业密集的工业区,涵盖电子、生物、医药、汽车等各类高端技术产业,这些产业作为开发区主要的工业用水大户,其工艺用水水质的要求极为严格,用水水质甚至优于市政自来水的水质标准,需对市政自来水进行再处理后方可应用于生产线中,企业为此担负着昂贵的工业用自来水成本。同时,在现行环保标准下,开发区污水经一般回用处理后的再生水往往无法达到工业用水水源的水质要求,造成用水量大的工业用户再生水利用率反而很低的不合理现状。但目前随着各种水再生利用技术手段的日趋成熟及制水成本的下降,这种不合理状况有望得到显着改善。由于目前污水处理达到工业用水水源水质标准并提供给工业用户已成为现实,而经济效益方面的优势及水循环利用对企业绿色品牌效应的提升作用等无疑对工业用户具有潜在的巨大吸引力,因此可以预见,再生水在我国工业开发区的利用具有广阔前景,再生水利用将出现高、低搭配的情形,即高品质的再生水供给工业用户作生产水源,而普通品质的再生水可作为绿化等杂用水源,此举可有效缓解工业开发区用水与水环境污染的矛盾,使开发区水资源得到综合开发利用。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究概况

我国针对再生水利用的研究及应用与国外相比相对滞后。我国对污水再生利用的尝试始于上世纪五十年代的污水农田灌溉。后来随着水资源问题的加剧以及再生水技术的进步,我国于上世纪八十年代出现了污水深度处理回用。

同时,我国在北京、太原等缺水城市陆续进行了再生水工业回用以及民用的研究探索,并收到一定成效。

进入21世纪,我国的污水再生利用事业进入了发展的快车道。近十年来,通过国家科技攻关以及缺水城市为克服水资源短缺作出的实践努力,已有许多不同工艺,针对不同对象的再生水利用工程相继建成完工,包括:北京高碑店污水处理厂、天津东郊污水处理厂及纪庄子污水处理厂、大连春柳河污水处理厂、太原北郊污水厂等。虽然上述这些成功的工程案例在我国探求再生水利用技术上迈出了重要的一步,然而其工艺多数采用常规的混凝、过滤等污水再生利用技术,在技术水平及工艺效果上仍有很大的提升空间。因此从总体来看,我国的污水回用率还很低,发展再生水利用技术、提高再生水利用效率仍然是我国城市可持续发展面对的重要问题。

1.2.2 国外研究

国外对污水再生利用的实践研究可以追溯到上世纪20、30年代。目前美国将城市污水作为再生水水源的现象已非常普遍,是污水再生利用的先进国家之一。1950年,美国率先通过污水深度处理模型对再生水利用进行实验研究,并于1965年通过加利福尼亚州南塔湖污水处理厂的建成将其研究成果成功应用于实际工程。至1975年,美国的污水再生利用量已占总取水量的38.7%,并以每年4%~5%的速度递增。目前,美国加州已建有200多座污水回用厂,每年再生水产量约3.3×108m3,其中总产量的14%被用于回灌补充地下水源。

此外,1972年洛杉矶建成当时世界最大的再生水厂,水厂采用的污水深度处理技术时至今日也被很多国家和地区作为再生水厂建设的样板。该厂最大产水量5.68万m3/d,处理工艺主要为石灰除磷、氨氮吹脱,然后经过滤、活性炭吸附最终加氯消毒出水。水厂产水与地下水掺和,灌入蓄水井以供民用,同时灌入井中的淡水能够阻止海水倒灌。1991年9月,该水厂进行升级改造,过滤出水又经反渗透膜系统处理,出水水质更好。同时,该水厂还包括一座56775m3/d的高级污水回用厂和一个18925m3/d的反渗透脱盐工厂。该水厂工程基建费(以1972年计)为1200万美元,运行费0.1美元/m3,电耗2.5度/m3。21世纪水厂把目前可应用的最高级的水处理技术及设备应用到当时世界上最大的污水回用工程中,因此被公认为是21世纪污水再生利用的典范。

日本的再生水利用研究始于上世纪60年代。大阪、名古屋等城市工业生产线利用污水处理回用水,促进了城市工业发展。这一时期,日本再生水技术主要为活性炭吸附、臭氧氧化、快速砂滤等方面,其出水基本能够达到世界卫生组织饮用水标准。近年来,日本将膜应用于污水回用领域的研究已经走在世界前列,比较着名的膜研发与制造厂商包括日本旭化成公司(AsahiKASEI)、日本东丽公司(Toray)等,这些公司的产品及技术已经在日本乃至世界各地得已广泛运用。日本于1993年建立了一座114m3/d的再生水工程,它是超滤膜组件与好氧活性污泥法组合工艺,即膜生物反应器(MBR)工艺的典型应用范例,其出水至今良好稳定,全部用于冲厕及空调补水,目前MBR工艺在日本已有50多个建筑场所使用。东京煤气公司丰州工厂年用水量在50万m3以上,为节约用水,于1985年建立了700m3/天的反渗透水回收装置,该系统以市政三级处理后的污水为原水,出水经离子交换后供锅炉补给水,利用本装置生产的再生水成本约为自来水价格的1/5,据估算不到两年即可将全部投资收回。

新加坡由于国土面积狭小,人均水资源居世界倒数第二。新加坡居民生活用水一半来自雨水贮存,另一半购于马来西亚。为解决紧缺的水资源,新加坡公用事业局(PUB)与环境发展部对污水回收利用进行了深入研究,并提出了“新生水”的概念。克兰芝(Kranji)新生水示范厂于2000年5月投入运行,目前二期工程也已投产,新生水总产量达7万m3/d。该厂采用最新型的双膜技术(微滤和反渗透)及紫外线技术,市政污水经处理后生产出的新生水,其水质已可安全饮用,并且符合美国USEPA主要和次要食水标准和世界卫生组织(WHO)食水指南等的最新要求。

科威特大部分国土被沙漠覆盖,属极度缺水的国家,因此污水回用已成为解决用水问题的重要途径。科威特市政污水回用项目于2004年底投入运行,该项目总规模37.5万m3/d,是目前世界上最大的采用膜技术进行污水回用的项目。该项目整个系统的设计产水水质已经达到了饮用水的标准,并且其中的一部分已开始用于饮用。

上世纪60年代,以色列较早地将再生水利用作为国家政策执行,再生水作为平衡水量用于全国八个配水节点。城市污水厂出水漫流到达灌溉区用于对各种作物灌溉,工程规模达1.35亿m3/年。目前以色列生活污水的回用率已达100%,城市污水的回用率也已达72%。

综上所述:随着水资源短缺的加剧,高品质再生水回用将成为倍受关注的技术。微滤+反渗透技术因为存在预处理投入大,回收率低的问题,开始逐渐被DTRO碟管式反渗透技术代替,其中国内率先提出新生水newater思路的烟台金正环保公司,成功将DTRO膜技术应用于高品质再生水回用领域,运营多个案例。DTRO膜属于平板式反渗透膜,其过滤原理与反渗透膜过滤原理相同,对盐及COD的截留率达到99%以上,出水水质优于自来水水质。但其开放式流道和超短的流程,解决了膜法用于工业高品质再生水领域中易污堵、寿命短、回收率低等难题。

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