姜 磊，凃 月，李向敏，韓亞梅，安 靜,2，李海翔

(1.桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林 541006； 2.中國(guó)石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆克拉瑪依 834000)

水是地球上各類生命體生存所必須的珍貴資源。然而隨著社會(huì)的加速發(fā)展，水資源浪費(fèi)和各種水污染問題愈演愈烈，加劇了已經(jīng)出現(xiàn)的淡水資源供需矛盾，導(dǎo)致了水資源短缺現(xiàn)象。而且由于地表水量供給不足，人類開始大幅開采地下水，產(chǎn)生了地面下沉等諸多不良后果，給人類社會(huì)活動(dòng)造成了隱患。為了解決這一嚴(yán)重的環(huán)境問題，近年來采用的主要措施有跨流域調(diào)水、節(jié)制用水、污水回用和雨水蓄用等[1]。

1 污水回用及其必要性和可行性

城市污水是指排入城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)的污水，主要包括生活污水、工業(yè)污水以及城市徑流污水。其中主要包括的污染物是有機(jī)物(如脂肪酸、蛋白質(zhì)等)、懸浮物和病原體等[2]。污水回用是指通過二級(jí)處理和深度處理，將城市生活污水或工業(yè)廢水回收，用于一些生產(chǎn)系統(tǒng)或生活雜用，做到科學(xué)利用、以污代清[3]，從而節(jié)約淡水資源，緩解水資源使用壓力。

1.1 必要性

我國(guó)目前面臨資源型和污染型兩種嚴(yán)重的水資源短缺問題。全國(guó)600座城市有近400座屬于缺水城市，其中還有大約200座屬于嚴(yán)重缺水[4]。一方面降水量不平衡，水資源時(shí)空分布不均，且人口的持續(xù)增多使得人均水資源量越來越少，不及世界人均的25%[5]；另一方面，各種偷排偷放未經(jīng)處理污水的行為污染了干凈水源，進(jìn)一步減少了可利用的水資源，造成了惡性循環(huán)。同時(shí)，過量的污水也會(huì)影響城市居民的居住環(huán)境質(zhì)量，影響社會(huì)發(fā)展。雖然近年來城市污水處理廠數(shù)量以及規(guī)模都在增長(zhǎng)，污水處理量隨之增大，技術(shù)也在持續(xù)改進(jìn)，但仍然無法滿足當(dāng)前社會(huì)的實(shí)際需求[2]。

這些問題已經(jīng)嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，嚴(yán)重危害了人類健康和生態(tài)平衡，到了必須要解決的地步了。因此，污水的資源化利用迫在眉睫，只有有效解決城市污水處理的問題，才能促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 可行性

城市污水和工業(yè)廢水出水水量巨大但也穩(wěn)定，容易收集，是城市可利用的第二水源[1]。同時(shí)，除去一些重工業(yè)的重金屬污染，一般意義上的污水大概存在1%的污染物，相較于跨流域調(diào)水等其他解決水資源短缺問題的途徑，相關(guān)的工程投資少了許多[5]，回報(bào)率也相對(duì)更高。這種將污水資源化利用的方法在緩解水資源供需矛盾的同時(shí)，還能有效解決水環(huán)境污染問題，在某種意義上說，促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，一舉多得，利國(guó)利民。因而，污水回收再利用已被許多國(guó)家廣泛應(yīng)用，也取得了非常顯著的效果。

綜上所述，我國(guó)目前大力推行污水再生利用功在當(dāng)代，利在千秋，是非常必要和可行的[6]。

2 國(guó)內(nèi)外污水回用的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外污水回用的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

2.1.1 美國(guó)

美國(guó)再生水最早可以追溯到19世紀(jì)初期，開始大規(guī)模使用則是在20世紀(jì)60年代?！?005年美國(guó)水資源使用評(píng)估報(bào)告》顯示，美國(guó)的年均用水量大致為5.66×1011m3[7]，巨大的用水量成為美國(guó)再生水發(fā)展的動(dòng)力和契機(jī)。

目前美國(guó)經(jīng)處理的污水被廣泛回用于工業(yè)設(shè)備冷卻、農(nóng)業(yè)灌溉、城市雜用、景觀娛樂、地下水補(bǔ)給等方面，各部分再生水所占比例如圖1所示，總體利用量達(dá)2.6×106m3/d[8]。

圖1 美國(guó)不同用途的再生水占總回用水量的比例[8]Fig.1 Proportion of Reclaimed Water for Different Uses in Total Reused Water Consumption in US[8]

2.1.2 日本

日本國(guó)土面積小，可利用水資源在空間分布上差異大，導(dǎo)致其水資源不能得到有效利用[9]。這使得日本從1962年就開始進(jìn)行污水資源化管理的研究，政府方面大力開發(fā)節(jié)水措施，推廣污水回收再利用技術(shù)[1]。1980年開始以東京為首，再生水利用設(shè)施迅速發(fā)展[8]。

目前日本再生水的主要用途有河流補(bǔ)給、農(nóng)業(yè)灌溉、娛樂、景觀、融雪、沖廁、生產(chǎn)服務(wù)業(yè)以及工業(yè)用水等，各部分所占比例如圖2所示[10]。

圖2 日本不同用途的再生水占總回用水量的比例[10]Fig.2 Proportion of Reclaimed Water for Different Uses in Total Reused Water Consumption in Japan[10]

2.1.3 其他國(guó)家

以色列是世界上最干旱的地區(qū)之一，全國(guó)有近2/3的國(guó)土是沙漠，年降雨量低于200 mm[11]，且降水量年際變化大，只有一個(gè)淡水湖肯奈瑞特湖(加利利海)，水資源非常匱乏[12]。這促使以色列從上世紀(jì)七八十年代就開始涉足污水回收再利用領(lǐng)域并不斷革新技術(shù)。目前，以色列已將再生水作為國(guó)家水量平衡的重要組成部分[8]，其水資源回收率世界排名第一，達(dá)到75%；日再生水產(chǎn)量約為9.6×105m3[13]，約70%的城市污水被回用于農(nóng)業(yè)灌溉[11]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2040年，以色列的年再生水總利用量將達(dá)到8.7×108m3[8]，從而保障各方面的用水需求。

除上面提及的國(guó)家以外，還有很多其他國(guó)家在大力推進(jìn)污水資源化利用，例如亞洲的新加坡、約旦、科威特，非洲的突尼斯、納米比亞，南美洲的巴西、智利、秘魯以及歐洲的法國(guó)、比利時(shí)、荷蘭、意大利等[8]。越來越多的國(guó)家開始重視水資源的保護(hù)，重視污水回用技術(shù)的利用、推廣以及革新。

2.2 國(guó)內(nèi)污水回用的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

從20世紀(jì)50年代開始，我國(guó)就開始嘗試采用污水灌溉的方式來回用污水，一直到60年代后，對(duì)于污水灌溉的研究已經(jīng)有了一定成果。國(guó)家“七五”、“八五”期間，“城市污水資源化的研究”和“城市污水回用技術(shù)”兩項(xiàng)課題被列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，其中相應(yīng)的污水回收利用技術(shù)被提出[1]。在“八五”期間，國(guó)內(nèi)很多城市，尤其是北方如北京、大連、西安、太原等缺水城市，相繼建成了將再生水用于工業(yè)、景觀等方面的污水回用示范工程，為我國(guó)的污水回用積累了經(jīng)驗(yàn)[14]。

2.2.1 北京

北京總體來說是一個(gè)非常缺水的城市，其人均水資源占有量?jī)H有300 m3/人，僅僅達(dá)到全國(guó)平均水平的八分之一[15-16]，水資源短缺問題已經(jīng)嚴(yán)重限制了北京的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因而污水回收再利用的發(fā)展迫在眉睫。

20世紀(jì)50年代初期，北京在石景山區(qū)開始利用當(dāng)?shù)劁撹F廠排出的工業(yè)廢水回用于灌溉，其灌渠主要分布于城清河、壩河、通惠河和涼水河，主要灌溉區(qū)域?yàn)槌枀^(qū)、豐臺(tái)區(qū)和通州區(qū)；截至2001年，北京市回用于農(nóng)業(yè)的再生水和污水水量占農(nóng)業(yè)總用水量的2.8%。從20世紀(jì)80年代開始，污水經(jīng)過處理后開始回用于城鎮(zhèn)生活及工業(yè)用水[17]；截至2006年，已建成中水回用設(shè)施200多套，并且城中部分工廠開始修建內(nèi)部污水處理單元，用以將廠區(qū)產(chǎn)生的各種污水處理后再利用[16]，其中，在2002年，北京市政府與高碑店污水處理廠共建了規(guī)模為47×104t/d的中水回用工程，再生水被穩(wěn)定用作北京第一熱電廠、北京東南郊工業(yè)區(qū)的冷卻用水以及北京南部的市政雜用水[15]。不難看出，目前北京市再生水回用主要用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及市政等方面。

2.2.2 大連

大連位于我國(guó)遼東半島，屬于低山丘陵區(qū)，受氣候影響，降雨時(shí)空分布不均，這些自然條件從根本上決定了大連是一個(gè)貧水區(qū)[18]。與此同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大連的用水需求逐漸增大，這使得海水入侵等現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致大連逐漸變成了污染性缺水區(qū)?；诖?，大連開始涉足再生水回用領(lǐng)域。1997年開始，大連開發(fā)區(qū)的綠化灌溉普遍采用再生水；1998年，濱海公園再生水工程建成，這是大連開發(fā)區(qū)的第一條再生水管道[19]；同時(shí)，各污水處理廠陸續(xù)開始建設(shè)污水深度處理裝置。

近年來，大連的污水再利用慢慢從最簡(jiǎn)單的綠化灌溉演變到回用于工業(yè)生產(chǎn)。其中，在20世紀(jì)80年代末，中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院和大連春柳河污水處理廠聯(lián)合接受了國(guó)家建設(shè)部下達(dá)的“八五”攻關(guān)課題——“污水回用于工業(yè)”的研究；90年代初，國(guó)家建設(shè)部對(duì)于該項(xiàng)目的鑒定表示，其出水水質(zhì)達(dá)到了三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，被定為全國(guó)第一個(gè)“回用水示范工程”[20]。同時(shí)，按市政府“十五”期間的再生水規(guī)劃，大連市新建污水處理廠三座，擴(kuò)建兩座，運(yùn)行后，污水處理率達(dá)78%，市中心供水量與污水處理量基本達(dá)到平衡[18]。

2.2.3 太原

數(shù)據(jù)顯示，太原市的人均水資源占有量?jī)H約為168 m3，遠(yuǎn)低于國(guó)家對(duì)于嚴(yán)重缺水城市人均1 000 m3的警戒線[21]，屬于我國(guó)嚴(yán)重缺水的城市。與大多數(shù)城市一樣，缺水問題已經(jīng)嚴(yán)重干擾到太原的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因而，太原長(zhǎng)久以來一直通過回用污水來解決自身的缺水問題。較全國(guó)大部分城市而言，太原的再生水回用起步比較早，20世紀(jì)90年代初期就開始在全市宣傳并推廣生產(chǎn)建設(shè)采用再生水，同時(shí)，在市內(nèi)開展多處試點(diǎn)。截至2010年，太原市內(nèi)擁有獨(dú)立再生水回用工程的單位已有包括山西國(guó)貿(mào)大飯店在內(nèi)的18家[22]。其中，作為太原市綜合性建筑節(jié)能示范樣板，于2004年建成的大唐四季花園再生水回用系統(tǒng)將該小區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生的生活污水處理回用于綠化、洗車和景觀補(bǔ)充用水等，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年可以節(jié)約水費(fèi)8萬余元，這是太原第一個(gè)利用再生水的建筑小區(qū)[22]。

但到目前為止，太原再生水回用的推進(jìn)一直較為緩慢，這主要是由于市民對(duì)于再生水存在一些戒備心，以及目前相對(duì)較為滯后的管網(wǎng)配套設(shè)施。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理再生水生產(chǎn)能力約為1.21×107m3/d，年再生水利用總量約為3.37×109m3，大致為總處理量的9.63%?！笆濉狈桨敢?，到2015年，全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的再生水利用率須從之前的不足10%提高到15%以上[1]。

“十五”綱要明確提出要污水回用，同時(shí)將污水回用列為指標(biāo)來考核節(jié)水城市。2003年5月開始，《城市污水再生利用分類》、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》、《城市污水再生利用景觀用水水質(zhì)》3項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施[23]，這標(biāo)志我國(guó)不僅開始推廣再生水技術(shù)，也逐漸重視以標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)來實(shí)施污水資源的可持續(xù)利用[24]。

目前，我國(guó)再生水主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、景觀、市政雜用等，幾乎不涉及城市居民生活用水，后者不僅需要采用更加先進(jìn)的技術(shù)，也需要人們觀念上的逐漸接受[25]。

2.3 國(guó)內(nèi)外污水回用對(duì)比

雖然我國(guó)的污水回用已經(jīng)得到足夠重視，但是從目前國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀來看，我國(guó)的污水回用仍處于初級(jí)階段。和一些發(fā)達(dá)國(guó)家或污水回用起步較早的發(fā)展中國(guó)家相比，我國(guó)的污水回用無論是從規(guī)模還是應(yīng)用方面來看都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后[26]。從數(shù)據(jù)上看，我國(guó)的水資源利用率并不高，城市污水利用率和二級(jí)處理率分別僅有30%和15%，污水平均回用率也只有10%。但在各方支持下，目前我國(guó)污水回用的發(fā)展非常迅速，預(yù)計(jì)到2020年，全國(guó)城市污水回用率可以達(dá)到55%以上[1]。

3 污水回用用途

目前，基于不同的污水再生處理要求，即再生水指標(biāo)，再生水回用工程大致應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)冷卻、娛樂景觀、生活雜用、地下水回灌、市政用水、居民飲用等方面。

3.1 農(nóng)業(yè)灌溉

國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段將污水用于農(nóng)業(yè)灌溉已經(jīng)較為普遍，這種應(yīng)用尤以北方為主[27]。何婷婷等[28]的研究表明，我國(guó)將再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的研究起步較晚，大范圍使用時(shí)也需要注意區(qū)分情況，不能盲目使用。盡管存在缺點(diǎn)，但再生水回用于農(nóng)業(yè)灌溉可以有效緩解水資源短缺帶來的用水壓力。

3.2 工業(yè)冷卻

用水難的問題在一定程度上限制了我國(guó)的工業(yè)發(fā)展，而工業(yè)用水水量大且水質(zhì)要求不高的特性給再生水的使用開辟了道路。徐圃青等[29]的研究表明，工業(yè)冷卻用再生水中的一些有機(jī)污染物并不會(huì)對(duì)人體造成危害，只要控制好工業(yè)污水的回用比例就可以最大化地降低風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 景觀環(huán)境

景觀環(huán)境用水分為觀賞性和娛樂性景觀環(huán)境用水，基本要求是無漂浮物，無令人不愉快的氣味[30]。伴隨著城市缺水以及環(huán)境水體水質(zhì)變差問題的日益凸顯，水量穩(wěn)定的非常規(guī)水源——再生水用于景觀用水的需求規(guī)模越來越大。田宇等[31]對(duì)北京陶然亭公園的研究表明，再生水回用于景觀用水對(duì)氮磷含量的要求比較高，只要嚴(yán)格控制再生水的氮磷指標(biāo)，就可以對(duì)緩解城市缺水起到一定的幫助。

3.4 生活雜用

生活雜用水大部分用于沖廁、洗車、城市綠化以及掃除等，因而對(duì)于水的色度以及濁度要求較高，不能使使用者產(chǎn)生不能信任的心理。

3.5 地下水回灌

近年來由于人類活動(dòng)大量開采地下水，導(dǎo)致地下水位下降，進(jìn)而使得地面下沉。于是人們開始采用地下水回灌來保障地下水的水量，因?yàn)榛毓嗔烤薮?，人們開始考慮使用再生水進(jìn)行回灌。

4 污水回用技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)的污水回用技術(shù)根據(jù)處理的程度分為一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理[32]。

4.1 一級(jí)處理

通過物理方法去除城市污水中大量懸浮顆粒物以及漂浮垃圾等不溶性物理雜質(zhì)的方法稱為一級(jí)處理，也就是預(yù)處理，主要采用格柵過濾、沉淀、氣浮等方法。目前國(guó)內(nèi)也有工程通過各種方法來改進(jìn)、強(qiáng)化一級(jí)處理，以提高處理效率。河南省潢川站的生活污水采用化學(xué)—生物聯(lián)合強(qiáng)化一級(jí)處理工藝[33]，其運(yùn)行實(shí)踐表明，鐵路中小站區(qū)以及經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)很適合這種強(qiáng)化的一級(jí)處理方法，有很高的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。

4.2 二級(jí)處理

二級(jí)處理，就是在一級(jí)處理的基礎(chǔ)上采用生物處理來進(jìn)一步去除水中存在的懸浮物以及溶解性污染物，又稱生物處理。生物處理技術(shù)分為好氧法和厭氧法，城市污水回用領(lǐng)域采用的主要是好氧法工藝，該工藝分為活性污泥法和生物膜法。早期的二級(jí)處理只需要去除SS和BOD，隨著環(huán)境要求的提高，氮磷的去除要求逐漸被加入。從而，以傳統(tǒng)活性污泥法為核心[2]演變出許多新型技術(shù)，如AO法、AAO法、氧化溝工藝和SBR工藝等[32]。

韓亞梅等[34]的研究表明，采用氫基質(zhì)膜生物反應(yīng)器可以有效去除飲用水中溴酸鹽污染，氫自養(yǎng)還原菌可以將水中氧化性污染物降解成無毒無害的物質(zhì)。這項(xiàng)技術(shù)可以結(jié)合其他工藝組合應(yīng)用至污水回用于飲用水，效果明顯且能耗較低。

4.3 三級(jí)處理(深度處理)

三級(jí)處理，又稱深度處理，就是在二級(jí)處理的基礎(chǔ)上，采用物理或化學(xué)方法降低水體的濁度和色度，去除水中殘留的難生物降解有機(jī)物[35]、高分子物質(zhì)、某些重金屬毒物和放射性物質(zhì)以及可造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷化合物等可溶性物質(zhì)[36]，從而進(jìn)一步提高水質(zhì)的過程。目前國(guó)內(nèi)外主要采用混凝、過濾、消毒、臭氧高級(jí)氧化和膜處理技術(shù)等[32]。

4.3.1 混凝-過濾技術(shù)

在污水回用的深度處理中，一般采用該聯(lián)用技術(shù)來提高出水水質(zhì)。該方法主要通過向污水中投加特定的化學(xué)藥劑，使水體中的懸浮顆粒及膠體脫穩(wěn)凝聚，并進(jìn)一步產(chǎn)生絮凝體；接著通過濾料介質(zhì)層(石英砂等)的作用，截留這些固體顆粒，將這些污染物從水中去除，從而讓水體達(dá)到澄清。這一方法可以有效降低水體的色度和濁度，在水處理中得到了廣泛應(yīng)用。

王穎[37]采用混凝-過濾技術(shù)深度處理昆明第五污水廠的二級(jí)出水，主要采用聚鋁、硫酸鋁及PAM復(fù)配的混凝劑對(duì)二級(jí)出水進(jìn)行混凝預(yù)處理，進(jìn)而以石英砂和煤渣做成的濾渣進(jìn)行過濾處理。試驗(yàn)表明，出水的水質(zhì)非常理想，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并且深度處理6 h后的水質(zhì)可以回用于補(bǔ)充地表水源水。說明這種聯(lián)用技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、效果好，可以用于深度處理污水處理廠排放的尾水。

目前，在此基礎(chǔ)上還有一種新型技術(shù)稱為微絮凝-直接過濾法，其主要是在污水進(jìn)入濾池前加入絮凝劑，然后利用水體自身在濾柱內(nèi)產(chǎn)生的微漩渦同步進(jìn)行反應(yīng)、沉淀和截留。這種改進(jìn)技術(shù)相比傳統(tǒng)的混凝沉淀工藝可以減少80%的構(gòu)筑物體積[38]。

4.3.2 消毒聯(lián)用技術(shù)

二級(jí)處理過后的污水水質(zhì)雖然得到有效改善，但是水體中的細(xì)菌數(shù)還是很多的，其中就包含了大量的致病菌。因此，對(duì)于污水回用深度處理來說，消毒是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此大多數(shù)技術(shù)后續(xù)都會(huì)聯(lián)用消毒技術(shù)。主要是通過投加消毒劑或者使用其他的消毒手段來殺滅水體中的病原微生物。最常用的消毒方式有氯氣消毒、臭氧消毒、紫外線消毒和二氧化氯消毒。

傳統(tǒng)的深度處理消毒技術(shù)一般采用氯消毒和臭氧消毒，但大量研究表明其存在著嚴(yán)重的副作用，所以大多數(shù)水廠采用的是紫外線消毒，且是傳統(tǒng)的低壓紫外燈。當(dāng)然也有一部分大型水廠采用的是低壓、中壓高強(qiáng)度紫外燈，因?yàn)椴捎酶邚?qiáng)度燈可以有效減少紫外燈的布置面積[39]，同時(shí)消毒效果也很明顯。

4.3.3 氧化還原技術(shù)

氧化還原技術(shù)作為污水深度處理中一種非常有效的方法，近年來逐漸得到了人們的關(guān)注。其通過化學(xué)反應(yīng)將水中的溶解性污染物氧化或還原成無害的化合物，可以高效地去除水中的污染物，或?qū)⑺鼈儫o害化，其本質(zhì)就是電子轉(zhuǎn)移。經(jīng)常用的氧化還原法分為氧化法、還原法和電解法三類，具有處理效果好、無有害副產(chǎn)物、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)采用較多的是臭氧高級(jí)氧化技術(shù)，該技術(shù)對(duì)色度、濁度、CODCr等指標(biāo)具有很好的去除效果。喬峰等[40]采用該技術(shù)深度處理垃圾滲濾液MBR出水；代莎莎等[41]將此技術(shù)用于印染廢水的深度處理；張博廉等[40]使用該技術(shù)深度處理氣田鉆井廢水。這些研究結(jié)果都表明，無論處理何種類型的污水，臭氧高級(jí)氧化技術(shù)都能使最終出水的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到對(duì)應(yīng)污水的出水標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.4 膜分離技術(shù)

膜技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究到實(shí)際工程運(yùn)用，經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)，當(dāng)前發(fā)展成為污水深度處理中廣泛運(yùn)用的一項(xiàng)技術(shù)[38]。該技術(shù)利用由特殊材料制成的膜在外界因素(如壓力、濃度、電勢(shì)差等)的促進(jìn)下選擇性分離混合液中不同組分，從而達(dá)到分離、純化、濃縮的目的[43]。因其存在工藝簡(jiǎn)單、回收效率高、污染程度小等優(yōu)點(diǎn)[44]，所以比一般的分離技術(shù)(如蒸發(fā)、萃取等)應(yīng)用更加廣泛。根據(jù)分離膜種類的不同，膜分離技術(shù)分為微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)[45-46]。隨著技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了如電滲析(ED)、氣體滲透(GP)等更多的污水回用處理方法。常用膜分離技術(shù)的作用原理和功能如表1所示[45-47]。

表1 各種膜技術(shù)的作用原理和功能[45-47]Tab.1 Principles and Functions of Various Membrane Technologies[45-47]

天津市大港油田生活污水處理系統(tǒng)中的深度處理單元采用的就是膜技術(shù)，主要處理的是油田自身產(chǎn)生的含油污水和生活污水。系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果表明，該油田的污水經(jīng)過深度處理后，脫鹽率達(dá)97.4%，達(dá)到了回用的標(biāo)準(zhǔn)[48]。更多研究表明，目前膜技術(shù)已經(jīng)是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，因而其在污水深度處理中的應(yīng)用將會(huì)有非常廣闊的前景。

4.4 工程應(yīng)用

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)水資源短缺的現(xiàn)象，越來越多的工程采用深度處理將污水回用于生產(chǎn)。劉蘭英[49]的研究表明，西北某鋼鐵公司采用“調(diào)節(jié)—絮凝—濃縮—過濾—反滲透”的工藝處理冶金工業(yè)生活混合型廢水，出水水質(zhì)可以達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及再生水用作工業(yè)用水的水質(zhì)指標(biāo)要求。段方超[50]介紹了某廠采用“石灰軟化—絮凝—高效沉淀—過濾—超濾—反滲透”工藝流程深度處理工業(yè)廢水，出水水質(zhì)達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但是由于部分原件需要進(jìn)口，所以處理成本偏高，這也是目前深度處理中需要解決的一個(gè)問題。賀俊蘭等[51]的研究表明，中石化采用連續(xù)微濾、超濾+反滲透的多膜深度處理工藝，將規(guī)模為1.0萬t/d的工業(yè)廢水回用于補(bǔ)充循環(huán)冷卻水，可以提高冷卻循環(huán)濃縮倍率，并大幅節(jié)約用水成本；同時(shí)，該法中的連續(xù)膜過濾可以有效地為后續(xù)反滲透提供優(yōu)質(zhì)進(jìn)水，是一種非常合理的深度處理工藝。

5 我國(guó)污水回用的發(fā)展趨勢(shì)和存在的問題

5.1 發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)污水回用起步較晚，但是發(fā)展速度很快，“十八大”提出的“五位一體”將生態(tài)文明建設(shè)提上日程，國(guó)家開始重視水環(huán)境質(zhì)量，加大環(huán)保支出以保障水資源的可持續(xù)利用。

我國(guó)近年來污水回用的應(yīng)用區(qū)域逐漸從水質(zhì)污染較輕的地區(qū)推廣至污染較嚴(yán)重的地區(qū)，技術(shù)服務(wù)的對(duì)象也從對(duì)水質(zhì)要求相對(duì)較低的農(nóng)業(yè)灌溉水逐步轉(zhuǎn)向水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格的飲用水。從污水回用的發(fā)展方向上來看，我國(guó)當(dāng)初的目標(biāo)是采用經(jīng)濟(jì)合理的方法盡量使污水被資源化回收利用，目前已發(fā)展到致力開發(fā)新技術(shù)，在保障嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)提高回收利用率?，F(xiàn)階段，國(guó)際上已有部分國(guó)家和地區(qū)的先進(jìn)污水處理廠開始采用礦物質(zhì)技術(shù)，國(guó)內(nèi)也開始研究光催化以及超聲波處理技術(shù)，這都是污水回用技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)[2]。

5.2 存在的問題

(1)資金問題。推廣污水回收利用需要一定數(shù)量和規(guī)模的污水處理廠，以及匹配的儀器設(shè)備，這些都需要大量的資金支持。然而目前國(guó)內(nèi)許多地方政府在環(huán)保上的資金投入都非常有限，同時(shí)國(guó)內(nèi)的水價(jià)相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家很低，經(jīng)濟(jì)效益過低，無法支撐污水處理廠的技術(shù)更新，這就造成了很多地區(qū)的污水處理率以及回收利用率很低。

(2)技術(shù)問題。污水回用需要考慮水質(zhì)、地理位置、時(shí)間季節(jié)等諸多實(shí)際因素，而目前國(guó)內(nèi)大部分污水處理廠采用的技術(shù)都借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，并不一定適合我國(guó)復(fù)雜多變的污水狀況，這也是國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)污水處理效率低下的主要原因。

(3)群眾接受度。目前國(guó)內(nèi)群眾對(duì)于污水回用技術(shù)的認(rèn)知不夠，會(huì)產(chǎn)生回用水使用的心理障礙。北京一項(xiàng)面向大眾的問卷調(diào)查顯示[52]，人們對(duì)于將污水回用作為飲用水和可接觸身體水的接受度非常低，這也是國(guó)內(nèi)無法將再生水廣泛回用于各方面的主要原因之一。

6 總結(jié)

污水回收再利用可以緩解水資源短缺、減少污染排放、提高土壤質(zhì)量、節(jié)約生產(chǎn)成本，具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，是解決目前水資源短缺及水體污染問題非常有效的辦法。我國(guó)在發(fā)展污水回用的過程中也遇到了很多問題，但是未來在不斷革新污水回用技術(shù)以及逐步完善污水回用水的水質(zhì)指標(biāo)等各種條件的基礎(chǔ)上，污水將逐步實(shí)現(xiàn)資源化管理，這對(duì)于水資源可持續(xù)利用以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著巨大的意義。