回用水在现实社会中的重要意义

    摘要  介绍了回用水的基本概念，并从现实需要出发分析了在世界范围内回用水的意义及其重要性。简单提及了我国在这一领域（主要是城市污水处理）的研究和实践历程。分析了回用水与“零排放”这一相关概念的紧密联系和在不同领域中对回用水质的不同要求。同时，文章提供了几种现今可行的对回用水处理和利用的基本方法（包括离子交换、反渗透、蒸发等），并从不同方面探讨了在处理污水时应该注意的一系列问题（主要涉及农业性回用和工业性回用等）。

　　关键词： 零排放  回用水  蒸发  离子交换

1 引言 

　　世界上的淡水供给是有限的，并且受到污染的威胁。农业、工业和城市供水需求量的不断提高导致了有限的淡水水资源的分配竞争。为了避免水危机，许多国家采取了保护水资源、对供水和需水进行管理，来减少污染和降低不断增长的人口对水环境的影响。水的回用提高了供水的可靠性，只用较少的淡水就能满足人类更大的需求，从而减轻了人类生存对世界水环境造成的影响。“一次使用然后排放转换成新的可持续的保护、合理使用和再循环使用”的节约水的方法，将造福于整个世界。

2 回用水与低排放

2.1 回用水

　　回用水又称“中水”, “中水道”起名于日本。对“中水”这个术语的定义有多种解释，如在污水工程方面称“再生水”，工厂方面称为“循环水”或“回用水”，一般以水质要求作为区分的概念。中水主要是指城市污水或生活污水经处理后达一定的水质标准，并在一定范围内重复使用的非饮用水，是水质介于上水与下水之间。中水是水资源有效利用的一种形式。回用水的工程在许多国家已经得到了成功的应用。这充分说明了大规模地回用水的可行性，及其对世界范围内水资源可持续管理方面的重要作用。

　　我国对城市污水处理与利用的研究，早在1958年就开始列为国家科研课题。20世纪60年代关于污水灌溉的研究达到了一定的水平。70年代中期进行了以回用为目的的城市污水深度处理方式。80年代初，我国青岛、大连、北京、天津、太原、西安等缺水的大城市相继开展了污水回用于工业和非工业的试验研究，其中有些城市已修建了回用试点工程，并取得了积极的成果，不少公共建筑也建设了水回用装置。中水回用的对象分市政杂用水和工业用户用水。市政杂用水包括公园绿化及河湖用水、城市绿化用水、道路路面喷洒用水等，每平方米绿地可按2L/d用水计算，道路喷洒水量与喷洒次数有关，1m3回用水可喷洒2000m2道路。工业用户重点是回用至热电厂和化工厂等冷却用水，以及城市污水处理厂内部杂用水（如可用于污泥脱水冲洗滤布、喷灌绿地、冲洗路面及洗车用水等）。在“十五”规划中，国家要求城市污水处理量的10%作进一步处理后回用，建立中水道。从作用来讲，每日将有几百万吨的中水要回用。这是一个很大的数目，需要统筹安排。由于水回用的需要，城市污水厂的布局应适当分散，不宜集中建设。

2.2 低排放或“零排放”的水和回用水是两个紧密相关的概念，并且在有限可利用的水资源中受到极其广泛的关注。目前废水排放的标准越来越严格，对废水排放的限制也变得越来越苛刻，如何将废水变成可再利用的水资源的方法受到工业社会的普遍关注。为使经过处理的废水达到“零排放”的标准，应采用稳定和改善的技术大大地降低处理废水的成本，并结合相应的处理过程改善废水处理的操作性和稳定性，使废水再利用变成现实。

　　“零排放”就是指经过处理的废水被完全充分利用。实际上, 为了保证必需的水质能被再利用，真正的“零排放”并不是传统意义上的在处理系统中清除溶液中的残存剩余物。为了使废水回用系统净化超标的污染物，处理废水的特定百分率必须被保证。在一定的废水和回用水的质量需求中，被消耗的容积同污染的程度基本是相当的。因此,一种相对清洁的工艺过程模式将产生低浓度的污染，并且在降低污染物的浓度时，仅仅消耗相对少量的水，例如医药的制造。另一方面,医药化学的合成产生了高度集中污染物的废水，并需要将大量的剩余污染物进行处理。

　　回用水是“零排放”的最终目的，而且也能被应用在有限规模的部分水的恢复中。对于回用水的水质需要将取决于特殊的工业。例如,在医药制造或食品加工领域，根据药品和食品的质量要求，回用水不可能被实际应用和接受。然而，回用水可以被充当冷却塔和锅炉的给水。基于不同的设备采用,有一些或所有经过处理的污水,可以被部分或完全地再利用。

　　相反，在工业中回用水可以被应用在对水的质量要求相对较低的工艺中，像造纸和电镀的工艺中就可大量地采用。辅助的造纸设备对于回用水的使用也是很理想的，因为高质量的水是不需要使用的。无论如何，当一种设备按照“零排放”的标准可以操作的时候，定期地提供一些经过净化的低浓度的废水是非常必要的。

　　如果污染物未被处理和净化，废水中将含有总溶解固体和有机物，而有机物会影响生成物的质量并能在生产区域中通过厌氧性条件产生臭气。加适量的氧化剂和杀虫剂只能使废水中的臭气得到暂时的控制，对聚集的有机物和总溶解固体的去除影响不大。

3　回用技术

　　有大量的技术应用于使废水变成可利用水的处理中，其中包含传统的处理方法，如活性污泥法、反渗透法。本文着重讨论典型技术在废水处理中的应用。

3.1　生物处理

　　生物处理法可以有效地分解有机物。而大量的有机物可以在各种工业废水中被发现，比如化学试剂、石油、食品、饮料和造纸生产。生物处理法可独自地产生低质量流出物（同饮用水相比），也可以适用于冷却塔、消毒或灌溉，或用于纸浆和纸的生产等。

　　典型的技术有活性污泥法、固定膜法和厌氧性处理法。一种相对较新的技术就是膜生物反应器处理法，它是由好氧的氧化盘和超滤装置构成的，是为固体或液体在澄清剂的作用下分离而用的一种新技术。这种综合装置可以产生更高质量的流出液，使液体的悬浮固体颗粒大于 0.1µm。这种系统可用于连续生物化学的反应器中，以提高处理废水的能力，尤其是可在连续流出量和更高的混合液悬浮固体层次（10,000mg/L对比4000mg/L）中，排出高质量的流出液。

3.2　过滤

　　过滤法能去除悬浮固体并将普通的颗粒状介质滤除，使颗粒降低到 5µm。这种技术不能去除可溶性物质，如剩余有机物或总溶解固体等。可以同其他的处理方法一起使用。

3.3　膜处理

　　膜处理的方法，比如超滤、微滤和反渗透均可以去除溶液中较小的微粒。这些方法都是非常好的方法，同时也可结合其他的处理方法来处理废水，达到回用的目的。超滤法可去除 0.1µm的固体，并且可以留存一些大分子量的有机物和胶体。微滤法的过滤器可处理因pH值的不同而产生的化学附属物、溶解性有机物、可溶性金属离子、总溶解固体物为0.001µm的微粒液体，同时也会残留一些有机物和金属氢氧化物。反渗透法可以滤除大量的有机物、金属和可溶性离子，对于总溶解性固体的去除也非常有效。

    尽管这些方法处理效果较好，但应用时还是要谨慎一点。因为严格的操作是非常必要的，不然就会产生粘浊和膜的不相容的后果。通常过滤的水平越高，所需要的能量也就越大；预处理的必要性越强，产生的浑浊和和废弃物也越多。

3.4　离子交换

　　回用水的有效性越大，总溶解性固体也就越多，这主要是由于pH的不同所产生的化学附属物所引起的。对于有选择性地去除某些溶解离子（如氯化物或钠）、金属离子（如铜或镉）或完全去离子作用均可以采用离子交换法。例如一个氢氧根阴离子交换树脂，将有效地去除阴离子(如氯化物)，但是不会去除阳离子(如钠)。树脂用阳离子来交换钠，如铜可以被用在金属电镀工业。完全去离子作用能用氢根阳离子和氢氧根阴离子交换树脂实现。

3.5　蒸发

　　蒸发法能给出高质的流出液，对剩余固体物需要用分馏和干燥器，并取决于水的特性。具体地讲,这种技术被用在高浓度废水中（如>30,000mg/L）。在这种情况中反渗透不是有效的方法。

　　虽然有的技术很有效，但是处理的过程也需要很大的能量。因此，蒸发技术最好应用在小量的水处理中。

4　结语

　　尽管这些技术方法都是可行的，但重要的是回用水被采用之前，需要进行正确地评价。在用回用水之前，我们应该考虑生成物的质量、剩余物的管理和操作的复杂性。总之，对不同回用方式所要求的水质需要应用相应的处理技术。大范围的水质及其相应的生产回用水所用的处理方法取决于不同的回用目标。对农业性回用来说，基本的二级处理或更低程度的处理就足够了。这种农业性回用，一般不允许公众接触回用水，而且所浇灌的作物是人类不直接食用的和需要深加工的作物。由于氧化塘处理工艺可以使进入的污水生物降解稳定化，并且具有消毒的作用。氧化塘还可将季节性贮水与处理系统结合，使供水量和农灌需水量更为吻合，因而常被采用。在任何情况下都应控制来自工业废水中的有毒物质量，不允许工业废水排入要进行回用的污水集水系统中，要求工厂去除废水中有毒物质后再排入集水系统。二级出水经过适度消毒（出水达100～1000个粪大肠菌群/100mL）后适合于许多用途，包括限制接触性回用（如某些方式的灌溉和非接触性景观水体）、某些方式的环境修复和许多工业性回用。一些环境修复要求去除营养物质，加强消毒。当用作工业冷却水时，则要求先去除硬度、氨和溶解性固体。当用作给水补充时，可有许多种合适的处理方法，取决于回用水和现有给水源的稀释程度以及是否进行了处理，如流经土壤时进行的处理。膜处理技术正在回用水应用领域中兴起。其中一种新兴的膜处理工艺流程为二级出水作为原水，由微滤（预处理）、反渗透、有时加紫外线消毒工艺组成。微滤膜和超滤膜也可并入生物处理工艺，取代传统的二沉池。

5 参考文献：

1　Stephenson T，S Judd,Jefferson B,et al. Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment. IWA Publishing, London, 2000.

2　Developing Comprehensive Wastewater Reuse Criteria 1998 Asano,Takashi Montovani, Pier F.

3　Customer Service Satisfaction Approach to Reclaimed Water Use 1998 Tom Wegner-Gwidt, Joyce Ash.

作者吴德刚，男，1975年生，2000年毕业于长春理工大学，现为吉林大学2000届环境工程专业硕士研究生。