市污水处理及污水资源化

1、26/26西安市都市污水处理及污水资源化摘要：本文介绍了西安市都市污水处理现状与规划，以及西安市近期实施的污水处理厂和回用水工程，阐述了西安市开发、利用污水资源的意义。重点介绍了西安市都市污水回用试点项目的基础条件、试验研究、设计与实施。作者强调，面对日益短缺的淡水资源，污水是一种潜在的水资源，应引起足够重视；回用水市场开拓初期，用户进展、价格政策极为重要，国家和地点政府应给予政策支持；都市规划、建设、治理部门要按照可持续进展的战略思想，综合考虑污水处理与污水资源的开发与利用；回用水项目的运营治理要遵循市场规律，回用水的定价要考虑供水单位效益、用水单位承受能力和现行物价水平，以便更好地发挥污水

2、资源的作用。 关键词：西安市 水资源 污水处理 污水回用 模型试验 工程设计0. 前言西安市是世界闻名的历史文化名城，三千多年的城建史和昔日的繁华盛世，给西安留下了极为丰厚的历史文化遗产，使之成为世界闻名的文化古都和旅游胜地。半个世纪以来，西安通过了三次大的建设高潮，已成为我国西部地区改革开放的窗口，经济、科技、文化较为发达的中心都市、国际旅游都市和重要的高新技术产业基地。 九五以来，西安市基础设施建设进展迅速，2000年西安市建成区面积已达187km2，人口326万。依照西安市排水规划(1995年至2010年)，西安市中心市区分为六个污水收集系统，现状污水排放总量约80万m3/d，污水处理率

3、约34%。 同时，西安市是一个水资源缺乏的都市，全市人均占有地表水资源量不足350m3，仅为全国和世界人均占有量的1/6和1/20，大大低于国际公认的维持一个地区社会经济环境所需1000m3的临界值，随着今后都市现代化进程的加快，水资源短缺将会阻碍都市供水。而污水是一种稳定可靠的、可再生利用的水资源，是解决都市缺水的一条重要途径，污水经深度处理后可回用于工矿企业、市政环卫、园林绿化以及都市河道景观等方面。合理开发和利用都市污水资源，体现了水的优质优用，低质低用和开源节流并重、节流优先、治污为本、科学开源、经济利用的原则。 1. 西安市污水处理及其回用的现状与规划 1.1 西安市污水处理现状 西

4、安市现状排水服务面积约152.2km2，排水管道除老城区及东北郊部分为合流管外，其余以分流制为主。排水管网总长约835.4km。其中污水管道490km(包括现状合流管)，普及率67%，雨水管渠345.4km，普及率45%，管渠密度约5.5km/km2。目前污水管网接纳都市污水量约80万m3/d，已建成都市污水处理厂两座，总处理能力27万m3/d，污水处理率34%，其中北石桥污水处理厂15万m3/d，邓家村污水处理厂12万m3/d。 在中国西部大开发之际，为了使排水设施适应都市的进展，提高管网普及率和污水处理率，尽快改善都市水环境，西安市政府把都市排水工程系统改造作为十五期间的一项重要工作，加大

5、污水处理厂的建设力度，重视都市管网改造，以改善西安市的水环境质量。 1.2 西安市都市供水现状 西安市都市供水设施历经近50多年的建设，尤其是近几年得到了长足的进展，由过去单一的地下水为要紧水源，进展到现在以地表水为主、地下水为辅的供水系统。现有水厂7座，在建水厂1座，其中地表水供水能力72万m3/d(曲江水厂60万m3/d，浐河二水厂12万m3/d)，地下水供水能力42万m3/d，供水总能力达114万m3/d，供水面积162km2，供水服务人口227万00人。 1.3 西安市都市水资源及用水量 西安市地表水资源总量为21.78亿m3，人均水资源量是全国平均水平的1/6。从长远来看，西安是一个

6、水资源缺乏的都市。 按照西安市都市总体规划，西安市是由一个中心市区和十一个外围组团组成，市区与组团用水量统一规划、统一调配。近几年，随着黑河引水工程完成，西安的水荒问题已差不多解决，2000年，全市最高日供水量为114万m3/d，可能2005年最大日用水量为163.6万m3/d，2010年最大日用水量为190.13万m3/d。加之，都市水体还存在不同程度的污染，2010年以后，西安市用水量仍有一定缺口。水资源是能够枯竭的，合理开发、利用和爱护水资源是社会进展的永恒主题。淡水资源的短缺是不言而喻的，而都市污水具有量大、集中、水质较为稳定的特点，是一种潜在的水资源，污水通过处理后完全能够重复使用，

7、并实现水在自然界中的良性循环。开发这种非传统水源，实现污水资源化，对保障都市供水安全亦具有重要的战略意义。珍惜水资源，合理利用和开发第二水源，是摆在城建工作者面前必须长远考虑的问题。 1.4 西安市排水规划 西安市排水规划(19952010)将整个污水排放分为六个系统，即邓家村污水处理厂系统、北石桥污水处理厂系统、店子村污水处理厂系统、袁乐村污水处理厂系统、纺织城污水处理厂系统、六村堡污水处理厂系统，都市污水管网普及率要达到95%以上。污水处理厂建设规模见表1。表1 污水厂规划建设规模 序号 处理厂名称 总服务 面积 (公顷) 建设规模 (万m3/d) 回用水规模 (万m3/d) 备注 近期

8、远期 近期 远期 邓家村污水处理厂 2489 6 38 6 已建成处理能力12万m3/d，现正进行16万m3/d工艺改造和6万吨/日回用水工程施工建设。 2 北石桥污水净化中心 4854 5 52 0 一期工程15万m3/d已运行。5万m3/日回用水工程，正进行施工建设。 3 纺织城污水处理厂 2096 0 20 5 正在商谈利用国外银行贷款,完成项目可行性研究报告。 4 店子村污水处理厂 4501 25 50 0 正在商谈利用国外银行贷款，完成项目可行性研究报告。 5 袁乐村污水处理厂 4568 20 40 0 6 六村堡水处理厂 3339 0 30 5 7 合计 21847 96 230

9、46 注：1、回用水规模仅包括工业利用、市政环卫和都市绿化用水，不含都市河道景观及农业等方面用水。 2、本表所列远期为2020年规划总规模。 2. 西安市近期实施的污水处理厂和回用水工程依照建设部、国家环保总局、科技部关于都市污水处理及污染防治技术政策的通知精神，西安市制定了西安市都市市政公用设施十五打算及2015年规划纲要，打算在十五期间建设纺织城污水处理厂、店子村污水处理厂及其配套排水管网设施。这些项目的实施将改善西安市都市排水设施状况，实行有组织的污水排放和集中处理，使西安市污水处理率超过60%。 2.1 西安市邓家村污水处理厂 西安市邓家村污水处理厂始建于1956年，最初处理能力为4万

10、m3/d一级处理，通过1963年和1979年两次扩建后，处理能力达到12万m3/d，并由一级处理提高到二级生物处理。1994年，西安市市政工程治理局依据西安市排水规划并结合西安市都市进展及西安市水资源短缺状况，对该污水厂再次提出改造方案，一是将污水处理规模由12万m3/d提高到16万m3/d，二是增加6万m3/d污水深度处理系统，经深度处理的水作为工业企业部分用水和市政杂用水。 依据我国污水回用设计规范推举标准(CECS-61:94)、生活杂用水水质标准(CJ25.1-89)，结合国内外其它都市污水回用水质标准，并分析该污水处理厂运行以来的水质水量，综合确定了邓家村污水厂回用水的设计标准BOD

11、510mg/l、CODcr50mg/l 、SS5mg/l、NH4-N5mg/l、TN15mg/l 、TP1mg/l。 污水处理工艺采纳了技术成熟，处理效果稳定，适应性强的A2/O系统(脱氮、除磷)。回用水处理系统采纳絮凝沉淀、砂滤系统。设计投加氯化铁药剂于A2/O系统终沉池配水井中，强化生物除磷，降低终沉池出水中磷的浓度。沉淀后出水经提升泵站至砂滤池，采纳气水反冲洗滤池，过滤后水至清水池，加压后进入回用水管网。 邓家村污水厂改造工程利用国外政府低息贷款，总投资约1.09亿元，该工程1999年开工，可能2002年3月前二级生物处理部分可投入运行。 2.2 西安市北石桥污水净化中心 西安市北石桥污

12、水净化中心是西北地区规模较大的一座现代化污水处理厂，总服务面积53.5Km2，规划人口60万人。该中心引进国外DE型氧化沟工艺，一期规模15万m3/d，始建于1994年10月，1998年5月投入试运行。运行以来出水水质稳定、运行平稳，要紧出水指标BOD515mg/l、CODcr50mg/l、SS15mg/l、TP1mg/l、NH4-N5mg/l。 北石桥污水回用工程是西安市都市污水回用试点项目，它位于北石桥污水净化中心内，回用水规模10万m3/d，回用于服务区域内的企业以及市政环卫园林等杂用水，该工程目前正在实施中。 2.3 西安市店子村污水处理厂 拟建店子村污水处理厂位于北二环朱宏路立交以南

13、，二环路与团结库之间，要紧接纳西安市旧城区、东北郊、西安经济开发区等区域污水，总服务面积为4501公顷。 依照第四污水厂服务范围污水水量、水质调查及预测，工程近期建设规模Q=25万m3/d，其中污水回用量10万m3/d，处理后水排至团结库，经漕运明渠(景观用水)排入渭河(类水体)。设计进水水质BOD5230mg/l、CODcr410mg/l 、SS250mg/l、TP5.0mg/l、 NH4-N40mg/l、PH=69；处理后出水水质BOD520mg/l、CODcr60mg/l 、SS20mg/l、NH4-N15mg/l、TP1mg/l。污水处理拟采纳A2/O法，污泥处理采纳中温厌氧消化，重力

14、浓缩后进行机械脱水。该项目总投资约40000万元。 2.4 西安市纺织城污水处理厂NH4-N 拟建纺织城污水处理厂位于西安市浐河东岸，西临高速公路以南，东三环以西所狭三角地带，要紧接纳浐河东、西两岸面积为2096公顷的生产废水、生活污水，其中浐河东岸纺织城组团服务面积为1174公顷，浐河西岸服务面积922公顷。 依照服务区域水质水量调查及预测，工程设计近期2005年处理规模Q=10万m3/d，其中污水回用量5万m3/d。设计进水水质为CODcr =390mg/l，BOD5=200mg/l，SS=250mg/l，NH4-N=30mg/l，TP=4mg/l。污水厂出水排至浐河(国家类水体)，处理后

15、水质执行污水综合排放标准(GB8978-1996)一级标准，即出水水质CODcr60mg/l、BOD520mg/l、SS20mg/l、NH4-N15mg/l、TP0.5mg/l。污水处理拟采纳二级生物处理工艺，污泥处理采纳机械浓缩机械脱水工艺，污水回用深度处理采纳微絮凝过滤技术。初步估算污水处理建设总投资约25000万元。 3. 西安市都市污水回用试点项目介绍 西安市都市污水回用试点项目以北石桥污水净化中心二级出水为水源，该项目地处西安市西郊工业区，北与西安西郊热电厂一路之隔，东临西安市化工厂、西安焦化厂，南依西安日化厂，作为用水大户的冷却用水用户众多，使得净化中心具有良好的污水资源开发条件。

16、 3.1 处理规模与水质 依照北石桥污水净化中心运行以来的二级处理水量、水质统计资料，回用水用户对水质水量的要求，确定污水深度处理回用工程设计规模和水质标准。 3.1.1 处理规模 通过对1999年1月至2000年9月期间二级处理系统运行进行统计分析，日处理水量平均在13万m3/d以上，同时出水水量稳定、可靠。 在对用户的调查基础上，确定回用水规模10万m3/d，分两期实施，一、二期规模均为5万m3/d。 3.1.2 二级处理进、出水水质 二级处理进、出水月平均水质设计出水水质见表2。 表2 二级处理进、出水月平均水质统计表项目 单位 进水水质 设计进水值 出水水质 设计出水值 GB8978-

17、1996 一级排放标准 PH 7.72 6.58.5 7.78 69 69 BOD5 mg/l 194.28 180 11.14 20 20 CODcr mg/l 315.66 400 20.32 100 60SS mg/l 424.14 255 10.45 20 20 TP mg/l 3.13 - 1.15 - 0.5 NH3-N mg/l 17.60 32 1.11 25 15 3.1.3 污水深度处理出水水质 污水深度处理进水水质采纳北石桥污水净化中心设计二级处理出水水质。出水水质标准依据国家污水回用设计规范推举标准(CECS-61:94)、工业循环冷却水水质标准(GBJ5050-95)

18、、生活杂用水水质标准(CJ25.1-89)和国内外其它都市回用水标准，并参照用户要求而确定，具体指标见表3。 表3 深度处理厂出水水质标准 序号 项目 单位 水质标准 备注 序号 项目 单位 水质标准 备注 1 浊度 度 5 9 总固体 mg/l 1000 2 BOD5 mg/l 10 10 总硬度 mg/l 450 3 CODcr mg/l 50 11 总碱度 mg/l 350 4 色度 度 30 12 铁离子 mg/l 0.3 5 PH 69 13 氯化物 mg/l 300 6 TP mg/l 1.0 14 余氯 mg/l 0.2 管网未端 7 TN mg/l 15 夏季 15 一般细菌总

19、数 个/ml 5105 异氧菌总数 8 NH4-N mg/l 10 夏季 16 臭味 mg/l 无不快感3.2 模型试验及工艺技术路线选择 为保证北石桥污水回用工程技术可靠，西安市市政工程治理局组织有关单位进行了污水回用项目的深度处理模型试验。 3.2.1 模型试验方案 深度处理模型试验采纳了下列5种工艺试验方案： 方案A 直接过滤； 方案B 微絮凝过滤； 方案C 混凝+助凝+过滤； 方案D 混凝+沉淀+过滤； 方案E 混凝+助凝+沉淀+过滤； 通过5个月的反复模型试验，表明方案D和方案E两种方案能满足回用水出水水质要求。 3.2.2 方案的可靠性试验 通过技术与经济分析，拟定方案D为设计方案

20、，并通过改变进水水质，对方案D做可靠性试验，以检查工艺运行的可靠性。方案D可靠性试验结果及其与方案D、E模型试验结果见表4。 表4 方案D可靠性试验与方案D、E模型试验结果 项目指标 方案D可靠性试验 滤柱周期：21小时 34分钟 方案D模型试验 滤柱周期：21小时 20分钟 方案E模型试验 滤柱周期：22小时 24分钟 平均进水 平均出水 平均去除率 平均进水 平均出水 平均去除率 平均进水 平均出水 平均去除率 1 浓度(度) 15.66 3.38 58.4 4.17 2.0 52.4 8.54 1.61 81.5 2 CODcr 28.37 8.24 62.9 19.71 13.62 3

21、0.7 33.5 16.19 51.4 3 SS 21.24 0.78 68.8 1.37 0.52 61.2 6.29 1.80 57.5 4 NH3N 0.65 0.39 41.6 0.41 0.30 26.0 2.11 1.63 22.7 5 TP 0.51 0.35 64.6 0.28 0.09 66.7 0.345 0.039 90.3 3.3 深度处理工艺设计 3.3.1 深度处理工艺流程 依据污水回用模型试验结果，并结合国内外都市污水回用工程实践，本工程采纳混凝、沉淀、过滤污水深度处理工艺，工艺流程如图1所示。3.3.2 要紧处理构筑物设计 1) 提升泵房 提升泵直接在二级处理系

22、统中的接触池出水渠内取水。泵房按两远期一次建成，安装淹没式潜水泵5台，4用1备，单台流量Q=1141.4m3/h，扬程H=13m，配电机功率N=58kw。 2) 反应、沉淀池 为了节约占地，反应池与沉淀池合建，分两组，一期先建设一组，每组分两格。反应池采纳水力波形板反应器，共分三级，总反应时刻为9.40min，停留时刻14.1min，GT=1.48104，反应器要紧设计参数见表5。 表5 反应器要紧设计参数 反应室 波峰间隙(mm) 平均流速V1(m/s) 波峰间流速V1(m/s) 停留时刻t(min) 速度梯度G(S-1) 第一反应室 30 0.14 0.209 1.30 20 第二反应室

23、50 0.065 0.097 2.70 42.6 第三反应室 60 0.049 0.065 5.40 19.68沉淀池采纳平流式，有效水深3.4m，设计水平流速V水=10mm/s，颗粒流速u=0.20mm/s。沉淀池中加设侧向流波形板沉淀器。 3) 滤站 沉淀池出水流经V型砂滤池进行最终净化，滤池、反冲洗泵房和中心操纵室等合建，滤池建在室内，反冲洗泵房建在地下，共两组，一期建设1组。一期1组滤池分为4格，滤料为单层石英砂均质滤料，厚1.2m，有效粒径d=1.2mm，不均匀系数K801.31.4。设计滤池采纳气水反冲洗，滤速V=810m/h，反冲洗周期18h，每次反冲洗1215min，水、气反冲

24、洗强度分不为Q水=4.17 l/sm2、Q气=16.67 l/sm2；气水同时反冲洗强度Q气+Q水=16.67+2.09 l/sm2。 4) 回用水池及加压泵房设计回用水池4座，一期先建2座，单池容积4050m3，有效水深4.5m，水池容积占回用水供水量的16.2%。加压泵房按两期一次建成，按照回用水用户不同要求，采纳分压供水。水泵为变频调速操纵，供水至回用水管网。水泵的运行将通过管网压力和回用水池内液位信号来操纵。 5) 加氯系统 设计深度处理水采纳液氯消毒(预加氯和后加氯消毒)，预加氯在提升泵房集水井，后加氯在回用水池进水处，加氯量分不为2.0mg/l、5.0mg/l。滤后水经加氯消毒后，

25、在回用水池中停留约2h，经加压泵房送入回用水管网，出水管上设有余氯分析取样设备。设有2台加氯机，单台投加量32kg/h。加氯间、氯库及加氯设备利用北石桥污水净化中心现有装置。 6) 污泥脱水车间 深度处理日产污泥约3300kg，设计利用现状净化中心污泥脱水车间预留脱水机位置。机房内现安装200E型带式脱水机2台，单台处理能力16-21m3/h，一套投药装置，本次设计再增加2台KD10-2000型带式滤机及配套污泥投配泵、自动投药装置、无轴螺旋输送机。药剂制备与投加、进泥、脱水、出泥、清洗等过程均实施自控联动操作。 3.3.3 工程实施 本工程已于2001年9月开工，目前正在进行土建施工，打算于

26、2002年6月竣工并投入运营。 4.回用水项目的运营治理与政策支持 4.1 回用水项目的运营治理 回用水项目运营治理，应遵循市场规律，逐步建立与市场经济体制相适应的企业治理体制和运营机制。回用水运营治理机构以独立法人为宜，独立经营、自负盈亏，以全新的现代企业形式投入运行，降低成本、争取效益，以使污水处理及污水回用走上良性循环的新路子。 4.2 回用水项目的政策支持 回用水市场开拓初期，需要国家和地点政府政策的支持。结合西安市污水回用市场调查和分析，我们认为污水回用在国内作为一项新的事业，起步较晚，在污水回用商业化运作方面需要政府颁布有利于推广使用都市再生水的法规，给予相关的政策扶持。在都市非饮

27、用水方面，限制自来水供应和使用，对使用回用水的工矿企业给予政策倾斜。 在都市规划、建设方面要给回用水事业的普及和进展留有空间。都市市政公用设施规划时，尤其是给水厂、污水厂的规划、设计、建设应当把给水与污水处理、污水回用整体考虑，按可持续进展的战略思想，制定近、远期水资源再生利用规划。污水厂的选址不宜过于集中，应利于污水再生利用。 4.3 回用水价格 污水再生利用是一项新兴行业，回用水价格的制定对污水再生利用顺利实施起着重要的作用，北石桥污水回用项目作为西安市都市污水回用试点项目，回用水价格的制定对西安市回用水市场将会起到举足轻重的作用。 回用水定价应考虑水厂内部收益及还贷能力、用水单位的承受能

28、力以及现时国内的物价水平，回用水以略高于成本价供水为宜。 依照西安市北石桥污水回用项目可行性研究和初步设计时期的经济分析，该项目的年总经营成本(10万m3/日)为2611.7万元，单位总制水成本0.72元/m3。西安市目前居民用水价格是1.5元/m3，工业用水价格是1.86元/m3，商业用水价格是2.2-2.5元/m3，由此可见，回用水具有潜在的巨大市场，并可给用水单位带来巨大的经济效益。以西安热电厂为例，该厂每天需要的回用水量是3.6万吨，假如每吨回用水按1.0元核算，全年水费为1314万元，相应的自来水费为2444.04万元,仅此一项全年可节约水费1130.04万元。 4.4 进展回用水用

29、户方面的一些实际做法 在西安市都市污水回用试点项目的实施过程中，我们感到落有用户是试点项目成功的关键，为此，我们分时期做了以下工作： 1) 在规划时期，对污水厂周边工业企业用水现状和产业结构进行分析评估，了解用户对水质、水量的需求； 2) 在可行性研究时期，对回供范围内的潜在用户进行走访和深入调查，掌握用户的用水要求和实际存在的困难； 3) 在设计和实施时期，与用户洽谈并签署供水协议，针对不同用户的用水特点，为用户提供供水便利，如协助用户进行厂内干管改造，供水初期给予一定的供水优惠等。 5. 建议 5.1 多渠道筹措资金建设都市污水处理厂，吸纳全社会资金，包括个人、集体和政府参与水处理活动，使水处理行业由单一的政府投资和治理走向社会化和产业化，逐步走向公司型的治理运营机制。 5.2 要充分认识到，污水是一种稳定可靠的、可再