李健　李會元　關(guān)代宇　褚一威　陳雙星

（天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠 天津泰達(dá)新水源科技開發(fā)有限公司）

　　摘要：本文對天津開發(fā)區(qū)污水回用項目進(jìn)行了簡要介紹，根據(jù)開發(fā)區(qū)污水水質(zhì)特性，通過可研論證并結(jié)合中試，確定了開發(fā)區(qū)污水集中回用采用連續(xù)流微濾與反滲透組合工藝；描述了工藝特點、工程建設(shè)情況以及對出水水質(zhì)的分析比較；論述了在我國打破傳統(tǒng)工藝，第一次大規(guī)模實施污水脫鹽深度處理對于減少污染、開發(fā)水資源、分質(zhì)回用、規(guī)范回用等方面促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大意義。本項目已被列入國家“十五”科技攻關(guān)計劃課題“城市污水再生利用政策、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究與示范”的子課題，該子課題名稱為“天津開發(fā)區(qū)污水再生利用綜合研究與工程示范”。

　　天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（以下簡稱天津開發(fā)區(qū)）于1984年12月6日經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)建立，是中國首批國家級開發(fā)區(qū)之一。天津開發(fā)區(qū)占地面積33平方公里，區(qū)內(nèi)共有中外企業(yè)3000余家，2000年實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值732億元。工業(yè)產(chǎn)值占天津市的1/3，外貿(mào)出口占47％，是天津市的新經(jīng)濟(jì)增長點。根據(jù)“十五”計劃，在未來的5～10年，天津開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)將以每年20％的速度增長。

　　隨著天津開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市污水、工業(yè)廢水和其他污染物的排放顯著增加，對周邊環(huán)境和渤海灣的排放污染也日益增加。天津市政府、開發(fā)區(qū)管委會和各級環(huán)保部門十分重視環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作。1997年動工興建的天津開發(fā)區(qū)污水處理廠工程，是國家“保護(hù)渤海灣碧海行動”的第一個項目，被列入天津市政府改善人民生活的重點工程，為了保護(hù)環(huán)境、進(jìn)一步減少污染，天津開發(fā)區(qū)管委會在污水處理廠剛剛投產(chǎn)運(yùn)行時就立即組織力量，開展污水回用、污水資源化的前期工作，其目的在于：進(jìn)一步大幅度削減污水污染物的排放，努力趨進(jìn)“零排放”；開發(fā)新水源，緩解本地區(qū)淡水資源緊缺的局面，促進(jìn)本地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

　　1.　污水處理廠及污水的特性

　　天津開發(fā)區(qū)污水回用水源為污水處理廠二級出水。

　　天津開發(fā)區(qū)污水處理廠位于南海路與第十二大街交口處，占地6.71公頃，總投資l.5億元人民幣，設(shè)計規(guī)模為10萬立方米/日，其中工業(yè)廢水占60％～80％。污水處理系統(tǒng)采用SBR工藝的連續(xù)進(jìn)水、間歇出水、雙池串聯(lián)的DAT-IAT工藝。

　　1999年12月建成污水處理廠，2000年5月投入運(yùn)行后，各項處理指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，運(yùn)行穩(wěn)定，2000年8月順利通過天津市環(huán)保局“環(huán)保設(shè)施評價驗收” ，2001年被評為國家優(yōu)質(zhì)工程銀獎，也為開發(fā)區(qū)污水資源化工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。 

　　天津開發(fā)區(qū)位于渤海之濱，是在原來鹽堿灘上開發(fā)建設(shè)而成的，地下水含鹽量高且水位高，排水管網(wǎng)不可避免地滲入了地下苦咸水。在實施了排水管網(wǎng)的“切、堵、截”等工程措施后，開發(fā)區(qū)污水氯離子含量和全鹽量在旱季分別為1220mg/L和2290mg/L；在雨季分別為2250mg/L和5075mg/L。這種情況下，污水處理廠二級出水采用常規(guī)的方法進(jìn)行深度處理很難達(dá)到回用的要求。只有對出水采用深度脫鹽處理，才能使處理后的水質(zhì)滿足未來回用水用戶的要求。因此，開發(fā)區(qū)污水回用的核心工藝是脫鹽工藝。脫鹽工藝在技術(shù)上的可行性、經(jīng)濟(jì)上的合理性，將直接決定和制約開發(fā)區(qū)污水回用工程的實施。

　　2.　污水回用項目的組成

　　由于天津開發(fā)區(qū)污水處理廠出水含鹽量高，這就決定了必須采取適合本地區(qū)污水性質(zhì)的污水回用工程方案和技術(shù)路線。

　　經(jīng)過可行性研究階段的反復(fù)論證，基本確定開發(fā)區(qū)污水回用項目由三個部分組成。

　　2.1　休閑娛樂區(qū)景觀湖用水。

　　2.2　分散回用。

　　分散回用指的是以工業(yè)企業(yè)、大型公建以及生活小區(qū)排水為回用水源，經(jīng)過必要的深度處理后通過管道或其他輸水設(shè)備就近回用于綠化、雜用的回用方式。分散回用規(guī)模小、不便于統(tǒng)一管理，但其輸水距離短，不需脫鹽處理，因而運(yùn)行成本相對較低。

　　2.3　集中回用。

　　集中回用在天津開發(fā)區(qū)污水回用項目中工作量最大，工藝路線最復(fù)雜。本文主要介紹采用膜法技術(shù)污水脫鹽處理集中回用的工藝路線和工程建設(shè)。

　　3.　國外采用膜技術(shù)實現(xiàn)污水再生回用技術(shù)水平與發(fā)展動態(tài)

　　筆者尚未看到國內(nèi)采用膜技術(shù)實現(xiàn)城市污水再生回用的研究與報道。

　　3.1　美國

　　再生水作為供水資源并不是新生事物。在美國的若干地區(qū)實施使用20多年之久。在美國南加利福尼亞州的桔城水區(qū)的第21世紀(jì)水廠，自1976年以來就將處理過的污水經(jīng)膜技術(shù)處理提煉出的高質(zhì)量的再生水注入到地面水中。美國佛吉尼亞州的UOSA污水廠自1978年就將再生水排放到奧柯昆（OCCOQUAN）水庫。該水庫是華盛頓周邊地區(qū)100多萬人口的供水源。

　　再生水在美國及全世界正趨于增長趨勢。目前，美國有幾個城際規(guī)模的再生水項目正在規(guī)劃或建設(shè)中。其中兩個項目位于佐治亞州的亞特蘭大城附近的格尼特（GWINNETT），和位于亞立桑那州的菲尼克斯城附近的斯柯戴爾（SCOTTSDALE）。

　　在美國，普遍采用這種被稱為“可規(guī)劃的間接再生回用”方式。

　　3.2　新加坡

　　新加坡于1998年開始再生水研究（“新水研究”Newater）。由新加坡公共事業(yè)局與國家環(huán)保部共同發(fā)起倡導(dǎo)并形成理念。其最初目的是確定新水作為自然生水源彌補(bǔ)新加坡自身供水的可能性。所謂新水就是對使用過的水通過先進(jìn)的雙膜（微濾和反滲透）及紫外線工藝進(jìn)行嚴(yán)格的凈化及處理。新水可與水庫水混合，再進(jìn)行常規(guī)處理后作為飲用水。

　　為達(dá)到可規(guī)劃的間接適于飲用的再生水目的，新加坡再生水研究的策劃與設(shè)計包括以下三大主要因素：

　 ·評估高科技雙膜（微濾及反滲透）和紫外線燈技術(shù)日產(chǎn)10000噸先進(jìn)再生水示范廠的設(shè)計，建設(shè)，試運(yùn)行和營運(yùn)。證明其可連續(xù)性的生產(chǎn)高質(zhì)量新水的可靠性；

　　·進(jìn)行取樣與監(jiān)測，對再生水進(jìn)行物理，化學(xué)及微生物的全面分析，新水作為自然水源來進(jìn)行飲用的可行性。

　　·進(jìn)行健康影響測試，確定再生水的安全性。包括新水與來自BEDOK水庫水源進(jìn)行對比性的毒素方面的評估。對動物標(biāo)本進(jìn)行短期和長期健康影響的監(jiān)測（如老鼠和魚），同時也對魚進(jìn)行雌性激素（繁殖與發(fā)展）方面的評估。

　　從1999年，由新加坡本土及國外的有關(guān)工程學(xué)，化學(xué)及水技術(shù)領(lǐng)域的專家組建成專家組，向公共事業(yè)局和國家環(huán)保部就新水研究提供獨立研究報告。

　　新水廠采用雙膜及紫外線消毒處理工藝日產(chǎn)新水10000噸。該廠位于BEDOK再生水廠（既前BEDOK污水處理廠）的下流的密集地帶。

　　所以選定BEDOK再生水廠作為其示范新水廠，是因為該廠的廢水收水95%以上來自于新加坡國內(nèi)。第二個是使用多重物理屏障來去除污水中的微生物病原體及化學(xué)污染物。

　　新水廠于2000年5月開始運(yùn)行，一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好，其狀態(tài)始終處于設(shè)計期望值范圍內(nèi)。下表展示了自2000年5月以來原水廠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與實際水廠運(yùn)作結(jié)果（月平均數(shù)）。

　　新水廠的平均單位功率消耗一直在0.7～ 0.9kWh/m³范圍內(nèi)保持不變.遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原設(shè)計所規(guī)定的1.2 kWh/m³.

　　按照US EPA國家初級和二級飲用水標(biāo)準(zhǔn)，以及WHO（世界衛(wèi)生組織）飲用水質(zhì)量指針中所列出的飲用水參數(shù)，研究小組進(jìn)行了全部的,大約190種與水質(zhì)量有關(guān)的物理學(xué)的,化學(xué)的及微生物學(xué)的參數(shù)進(jìn)行了分析.經(jīng)資料分析與整理于2002年6月提交了“新加坡再生水研究”報告。

　　2002年6月專家組對報告及數(shù)據(jù)進(jìn)行評估, 達(dá)成如下結(jié)論:

　　(A) 通過2年對新水物理學(xué),化學(xué)及微生物學(xué)上的分析, 新水可以作為飲用的再生水. 新水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)始終達(dá)到了美國環(huán)保局（US EPA）國家一級和二級飲用水標(biāo)準(zhǔn)和世界衛(wèi)生組織（WHO）的飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).

　　(B) 基于下列原因,新加坡必須采取間接飲用的(IPR)方法:

　　·與水庫水相混合,彌補(bǔ)在RO 工藝中去除的微量礦物, 有益于健康和飲水口味;

　　·可提供更多的安全性;

　　·民眾的接受與認(rèn)可.

　　該方法與美國采用的可規(guī)劃間接飲用方法相似.

　　4.　天津開發(fā)區(qū)污水集中回用脫鹽深度處理工藝及主要特點

　　4.1　工藝流程

　　由于在我國尚無污水脫鹽處理的研究成果和工程實踐，從2001年1月3日開始進(jìn)行的污水脫鹽深度處理中間試驗，確定天津開發(fā)區(qū)污水脫鹽深度處理工藝路線如下：

　　4.2　預(yù)處理選擇連續(xù)式微濾膜技術(shù)（CMF）工藝。

　　每根微濾膜柱的直徑為120mm，高度為1500mm，內(nèi)裝的中空纖維外徑為550μm，內(nèi)徑為300μm，壁孔徑0.2μm，單柱膜表面積為15m²，20^oC時單根膜柱水通量為1.26m³/h。CMF工藝系統(tǒng)的主要特點是：①采用錯流式過濾，使處理效果不受進(jìn)水水質(zhì)的影響；②靈活的模塊設(shè)計有利于膜組件的更換和增容；③專利的壓縮空氣對濾膜進(jìn)行反沖洗，提高膜分離效果和膜組件的使用壽命；④在線膜完整性測試，在任何時間均能保證出水水質(zhì)；⑤采用內(nèi)含故障診斷，保證系統(tǒng)的全自動運(yùn)行；⑥系統(tǒng)占地少，可以在現(xiàn)有建筑物內(nèi)安裝，安裝費用低。

　　4.3　污水脫鹽采用反滲透（RO）工藝。

　　反滲透膜選用美國DOW化學(xué)公司耐污染反滲透膜，該膜具有較好的脫鹽效果和較強(qiáng)的耐污染特性，以保證得到良好的出水水質(zhì)和穩(wěn)定的運(yùn)行效果。

　　4.4　天津開發(fā)區(qū)污水集中回用項目新水源一廠工程建設(shè)情況

　　4.4.1　基本情況

　　建設(shè)單位：天津泰達(dá)投資控股有限公司

　　          天津開發(fā)區(qū)污水處理廠

　　設(shè)計單位：中國市政工程華北設(shè)計院、天津市政工程設(shè)計研究院　　聯(lián)合設(shè)計

　　設(shè)備供應(yīng)商：US Filter（中國）公司提供主要工藝設(shè)備，并提供概念設(shè)計。

　　4.4.2　工程規(guī)模

　　    一期：連續(xù)流微濾（CMF）2.7～2.9萬噸/日，反滲透（RO）1.0萬噸/日。

　　4.5　進(jìn)出水水質(zhì)與處理效果分析

　　4.5.1　進(jìn)水水質(zhì)

　　天津開發(fā)區(qū)污水處理廠出水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即新水源一廠進(jìn)水水質(zhì)如下：

　　4.5.2　出水水質(zhì)與分析

　　經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試，天津開發(fā)區(qū)新水源一廠工藝設(shè)備運(yùn)行基本穩(wěn)定。污水經(jīng)深度處理后用于回用的再生水水質(zhì)指標(biāo)，與世界衛(wèi)生組織（WHO）、美國環(huán)保署（USEPA）頒布的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相比較見下表。

　　經(jīng)過比較，經(jīng)上述工藝處理的出水水質(zhì)遠(yuǎn)好于WHO和美國所頒布的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，再生水可廣泛回用于工業(yè)純水、工業(yè)冷卻水、工業(yè)工藝、園林綠化以及市政生活雜用水。

　　4.6　工程進(jìn)度與經(jīng)濟(jì)初步分析

　　天津開發(fā)區(qū)新水源一廠于2001年9月動工興建，2002年9月建成通水。經(jīng)過一個多月的調(diào)試，目前基本達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的階段。

　　該項工程總投資約6000萬元，運(yùn)行成本正在測算中。經(jīng)開發(fā)區(qū)財政局、五州會計事務(wù)所測算，再生水綜合制水成本近期2.49元/m³；遠(yuǎn)期1.77元/m³。

　　5.　天津開發(fā)區(qū)水資源綜合利用總體目標(biāo)與再生水回用方向

　　開發(fā)區(qū)水資源綜合利用規(guī)劃和總體目標(biāo)

　　按照“開源節(jié)流并重，節(jié)流先行”的原則，開發(fā)區(qū)淡水資源綜合利用總體規(guī)劃和“十五”計劃確定了“以外調(diào)淡水為主要水源，污水再生回用為重要支撐，苦咸水淡化、海水淡化為必要補(bǔ)充，合理開發(fā)利用近海灘涂地下水，形成與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)的天津開發(fā)區(qū)淡水資源優(yōu)化配置的科學(xué)體系”的總體思路。

　　天津開發(fā)區(qū)采用“雙膜”工藝（連續(xù)流微濾——反滲透）實現(xiàn)污水再生回用。在去除鹽分的同時，去除了水中所有的細(xì)菌、病毒、重金屬和有機(jī)污染物等。簡單說：目前市場上銷售的純凈水，最理想、最合適的方法就是采用反滲透工藝。經(jīng)過反滲透工藝處理后，再生水是理想的“工業(yè)純凈水”。按照“物盡其用”的基本原則，本地區(qū)再生水主要回用目標(biāo)和方向是：

　　5.1　工業(yè)用水

　　以天津開發(fā)區(qū)出口加工區(qū)的開發(fā)為契機(jī)，把該區(qū)建成節(jié)水區(qū)和再生水回用的示范區(qū)，以此推動本地區(qū)再生水工業(yè)回用的工作力度，工業(yè)回用的主要方向有：電子、紡織、機(jī)械制造、化工、輕工等行業(yè)的工業(yè)工藝用水和工業(yè)冷卻用水。特別應(yīng)該指出，盡管用于工業(yè)冷卻，由于含鹽量低，“工業(yè)純凈水”與其它水源相比，投加阻垢劑少、循環(huán)率高、補(bǔ)水少，其運(yùn)行成本顯著降低。

　　5.2　熱源廠鍋爐用水

　　天津開發(fā)區(qū)5#熱源廠正在建設(shè)中，一期工程用水7200m³/d。

　　再生水用于5#熱源廠的規(guī)劃已經(jīng)得到相關(guān)部門和用戶的認(rèn)可，目前，再生水回用工程已在實施中。

　　5.3　園林、景觀綠化用水

　　5.4　市政與其它雜用用水

　　按“十五”規(guī)劃，在4～5年之內(nèi)，天津開發(fā)區(qū)經(jīng)脫鹽處理再生水回用量可達(dá)35000～40000 m³/d，占本地區(qū)用水總量30%以上。除此之外，景觀湖面用水（不脫鹽）15000 m³/d左右。

　　6.　工程項目的意義與創(chuàng)新性

　　天津開發(fā)區(qū)再生水回用工程在技術(shù)和用戶市場所形成的創(chuàng)新點包括三個方面：

　　6.1　在我國第一次完全打破傳統(tǒng)的污水深度處理工藝，采用膜技術(shù)進(jìn)行污水深度處理和脫鹽處理，其關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用，大幅度提高了再生水的水質(zhì)。

　　6.2　在我國第一次將再生水回用到工業(yè)高級用戶，徹底改變傳統(tǒng)回用水在沖洗廁所、園林綠化、工業(yè)冷卻等低級、小規(guī)模的應(yīng)用局面。使再生水真正成為地區(qū)城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮作用。

　　6.3　在新興區(qū)域范圍內(nèi)，在水回用工程實施的同時完成區(qū)域性水資源綜合利用規(guī)劃方案，建立了包括價格在內(nèi)的配套政策體系，極大的促進(jìn)了本地區(qū)污水資源化工作進(jìn)入健康發(fā)展的軌道。

　　天津開發(fā)區(qū)再生水回用工程的建成，將為建立節(jié)水型城市和節(jié)水型社會奠定堅實的基礎(chǔ)；對我國特別是缺水地區(qū)解決水資源短缺，實現(xiàn)污水資源化提供了有效途徑；對我國污水深度處理方法和工藝技術(shù)的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響；并將對進(jìn)一步改善天津開發(fā)區(qū)的投資環(huán)境，保持經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮積極作用。