陳中濤 周艷紅 李凌波

摘 ? ? ?要：考察并分析了市政中水回用的現狀和意義，并從常規(guī)分析、水中金屬組成的分析、有機物組成分析入手，對某城市中水進行了系統全面的剖析，掌握該城市中水的特性，并依據該特性提出中水回用處理原則和科學合理的處理工藝。本文為其他類型廢水的系統分析提供了參考，為進一步的水處理技術方案的選定提供數據基礎。

關 ?鍵 ?詞：城市中水;特性;分析

中圖分類號：X 502 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）05-1005-04

Abstract： The present situation and significance of reclaimed water reuse were investigated and analyzed. A systematic and comprehensive analysis of urban reclaimed water was carried out on the basis of an analysis of metal， organic composition and other indicators in water. In accordance with the characteristics of the reclaimed water， the principles of reclaimed water reuse were proposed. The paper can provide some reference for the system analysis of other types of wastewater， and provide data base for selecting further water treatment technology.

Key words： Reclaimed water; Characteristics; Analysis

雖然我國的水資源總量龐大，但人均水資源占有量卻只有世界人均水量的四分之一，是一個水資源匱乏的國家，同時水資源的分布也很不均衡，中西部地區(qū)水資源尤為緊缺[1]。水資源的匱乏和水污染的日益嚴重已成為制約經濟發(fā)展的關鍵因素，同時也倒逼城市污水處理和達標污水資源化利用工作的進一步開展。據統計，每年因水資源缺口造成的工業(yè)產值損失在1 200億元，且供水缺口仍在繼續(xù)擴大。因此，在節(jié)約工業(yè)水資源的同時，如何適當處理污水使其能資源化利用兼有社會效益和經濟效益。

中水主要是指城市工業(yè)污水、生活污水或雨水經過處理后達到一定的水質標準、可在一定范圍內重復使用的水，其水質介于上水與下水之間。為了節(jié)約水資源，目前世界上許多國家都在摸索以資源化利用的方式處理城市污水，將城市污水通過適當的工藝處理使其成為第二水源予以開發(fā)利用，并已取得了相當多的成功經驗。美國有300多個城市實現了對污水進行綜合處理從而資源化利用[2];日本從20世紀60年代起就大力發(fā)展污水和中水回用技術并積極推廣;其他歐洲以及中東國家也都積極開發(fā)污水回用工藝，實現污水的資源化利用以彌補日益缺乏的水資源[3]。

隨著我國國民經濟的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的快速推進，城市污水的排放總量也在迅速增加。據統計，2015年我國城市污水排放量為545億t[4]。在國家相關政策支持下，城市污水處理和達標污水利用工作得到了快速發(fā)展。目前全國污水處理裝置的總處理能力達到了8.043×107 m3/d，污水處理廠平均負荷率達到63.7%，平均達標率為91.4%[5]。同時也大大促進了達標污水利用工作。如太原鋼鐵公司2001年建成并投入運行的處理能力為40 000 m3/d生活污水和冶金污水處理回用工程，出水主要用于冶煉裝置循環(huán)冷卻水和鍋爐水[6];中國石油大連分公司利用國外成套技術和設備，以春柳河達標污水為水源，2006年建成并投入運行的10 000 m3/d達標污水處理回用工程，5 000 m3/d用于循環(huán)冷卻水，5 000 m3/d用于鍋爐。2009年5月該公司又投入運行規(guī)模為 ?20 000 m3/d二期達標污水處理回用工程，產水全部用于鍋爐[7，8]。

由于市政污水處理場進水來源比較復雜，所以市政中水具有水質波動大、水質復雜等特點，給中水的處理和回用技術的選擇帶來一定的難度。本文從水質的常規(guī)跟蹤分析入手，對中水的污染物展開系統全面的分析，為進一步開展中水利用的技術方案選定提供數據基礎。

1 ?常規(guī)分析

為了全面掌握該城市中水的各項理化性質，為后續(xù)生化段處理和其他工藝的選擇提供依據，對該城市中水進行了為期10天24 h的跟蹤監(jiān)測分析，共取得46組數據，各項分析數據如下圖1所示。

數據統計結果表明，COD濃度平均值為119.6 mg/L，濃度范圍為72～215 mg/L，具體統計結果見圖1。結果表明：COD濃度大于120 mg/L的約占總數的37.2%;大于100 mg/L的約占總數的76.7%;大于80 mg/L的約占總數的90.7%，小于80 mg/L的僅占總數的7%;其中濃度在100～120 mg/L數據占37.2%。COD的濃度相對不高，可通過適當處理將該中水的COD濃度控制在60 mg/L以下，以滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB 18918-2002。

其中，BOD5均在10 mg/L以下，氨氮平均值為16.3 mg/L，范圍為6.4～28.5 mg/L;總磷平均值為4.4 mg/L，范圍為2.3～8.3 mg/L;氯化物平均值為348 mg/L，范圍為320～388 mg/L;電導率平均值為2 399μs/cm，范圍為2 219～2 642 μs/cm;總硬度平均值為462 mg/L，范圍為442～489 mg/L;懸浮物平均值為9.7 mg/L，范圍為4～30 mg/L;色度平均值為198，范圍為150～225;濁度平均值為9.3 FTU，范圍為8～12.2 FTU。

從水質分析數據可以看出，原水水質各指標波動較大，鹽含量、濁度、硬度和色度都較高，且可生化性較差。

針對該城市中水的水質分析結果，確定后續(xù)中水預處理以除硬、除濁和脫出色度為主。由于硬度不高，傳統石灰法除硬不適合該城市中水，采用雙堿法（NaOH+NaCO3）能更有效除硬。濁度和色度通過管式微濾（DF）法去除，管式微濾的PVDF材料同時具有耐腐蝕和機械強度大的優(yōu)點，能確保處理效果穩(wěn)定性好、周期長。

COD濃度相對不高，可通過后續(xù)有機物分析確定污染物的組成，視有機污染物的難降解程度確定適當的處理手段。該中水的B/C比較低，可生化性一般，可先通過高級氧化處理，提高中水的可生化性，再用生物法進一步處理。

2 ?金屬分析

中水中的金屬組分不僅會對生化段的微生物造成沖擊，影響生化處理效果，還會對雙膜單元的膜組件造成不可逆的損傷，因此若中水中金屬組分尤其是重金屬組分的濃度過高，會影響中水的處理效果，應采用適當的工藝去除。目前污水中的有害金屬組分的處理方法主要有沉淀法、吸附法、生物處理法、離子交換法、電化學處理法和膜處理法

等[9]。為明確該城市中水中金屬污染物的種類和濃度，在對該城市中水進行除濁預處理后，分別采用不同的方法對其中的全金屬進行了分析，分別是電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）分析法和電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）分析法。

分析結果表明，原水中金屬成分主要為Na、Ca、Mg和K，其濃度分別為2.4×105μg/L、1.17×105μg/L、3.2×104μg/L、2.3×104μg/L;分析結果顯示所含有的金屬鉀比一般市政污水處理廠外排的出水高，經分析其為醫(yī)藥行業(yè)的特征污染物，說明該市政中水中有部分進水來自醫(yī)藥行業(yè)。

從分析結果來看金屬含量不高，特別是重金屬的濃度都很低，基本不影響后續(xù)生化處理單元的正常運行;如果設置超濾和反滲透雙膜濃縮單元則應考慮金屬氧化物含量對膜組件的影響：根據反滲透膜污染性質[7]，可能造成最前端膜元件（一段）污染的金屬氧化物（Fe、Mn、Cu、Ni、Zn）濃度均較小，其中Fe最高，為0.318 mg/L，Mn和Cu濃度較小，Cu僅為0.002 mg/L，Mn未檢出，可能造成最末端膜元件（末段）污染的礦物垢（Ca、Mg、Ba、Sr）濃度相對較大，其中Ca為90.4 mg/L，Mg為0.527 mg/L，Ba為0.014 9 mg/L，Sr為0.377 mg/L，對反滲透膜造成的影響體現為壓降適度增加、給水壓力輕度增加、鹽透過率輕度增加，略微增加淡水中的鹽含量，但基本不影響鍋爐補水等淡水回用。其中，Ca硬濃度可通過預處理階段的除硬單元進行去除，以減小對膜組件的影響。

3 ?有機物組成分析

為了更詳細地了解原水中的有機物組成，從分子組成上探究有機組分的可降解性，在實驗室中開展了有機物組成的分析。用溶劑二氯甲烷（分析純）對樣品進行反復多次萃取預處理，分別得到堿中性萃取物和酸性萃取物，將兩類萃取物分別經無水硫酸鈉脫水和KD濃縮處理后，用GC/MS進行分析，并通過NIST標準譜庫搜索定性，確定污染物的具體組成。

原水中堿中性及酸性萃取物的GC/MS分析結果分別見圖2。

其中原水中堿中性有機組分檢出物的色譜圖、質譜圖和物質結構式圖見圖3、圖4和圖5。

有機物組成的分析結果表明，該中水中的有機物主要為苯環(huán)類衍生物和苯環(huán)類含磷有機物及鄰苯二甲酸酯類等，此類有機物一般為人工合成，分子結構較為穩(wěn)定，不僅難通過生化手段降解，而且是中水色度的重要來源。難生化降解的有機污染物一般通過高級氧化法處理，比如電化學氧化法、芬頓氧化法（包括電芬頓氧化法和類芬頓氧化法）、濕式氧化法、超臨界氧化法、光催化氧化法和臭氧催化氧化法等。結合處理效果和經濟性，近年來國內環(huán)保企業(yè)一般采用臭氧催化氧化法和電催化氧化法兩種技術處理城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水，且都有較成功的應用案例。

4 ?結 論

（1）采用常規(guī)的分析手段分析結果表明，該中水原水水質各指標波動較大，鹽含量、濁度、硬度和色度都較高，且可生化性較差，需要進行適當的預處理，以提高該中水的可生化性，以免沖擊生化段，影響處理效果。色度和濁度可通過管式微濾去除，硬度通過雙堿法進行去除，預處理后的中水可進入生化段進一步處理。

（2）全金屬分析結果表明，該中水中的金屬組分主要為鈉、鈣、鎂和鉀，其中鉀元素的含量比一般市政污水處理廠的出水高，主要是由于市政來水接受了一部分的醫(yī)藥行業(yè)的廢水。金屬濃度較低，其中重金屬的濃度基本在國家標準濃度限值以下，基本不會沖擊后續(xù)生化單元并影響生化處理單元的正常運行。

（3）有機物組成的分析結果表明，可萃取有機相物質主要為苯環(huán)類衍生物和苯環(huán)類含磷有機物及鄰苯二甲酸酯類等，也是色度的重要來源，此類有機物其可生化性較差，且較難降解，需要通過臭氧催化氧化等高級氧化手段處理，將難降解的雜環(huán)有機物斷鏈形成易降解的低分子有機物，進而通過生化單元進一步降解，使出水的COD濃度控制在60 mg/L以下，符合國家城鎮(zhèn)污水排放標準GB 18918-2002。同時減輕后續(xù)雙膜處理壓力，提高回用水水質。

綜上，根據水質剖析的特點，若要將該市政中水回用，需要通過設立緩沖罐以保證中水水質相對穩(wěn)定，并通過除硬、除濁、脫色和高級氧化以及后續(xù)生化處理進一步優(yōu)化中水水質，再進行雙膜提濃脫鹽，得到的高品質淡水，可用作鍋爐補水及其他回用水，少量的濃水可進行分鹽處理或者委托有處理資質的單位進行回收處理。通過以上措施對該中水進行了為期4個月的中試試驗，中試長周期穩(wěn)定運行，試驗結果表明，以上中水回用的處理措施完全合理。

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