李健　李會元　關代宇　褚一威　陳雙星

（天津經濟技術開發區污水處理廠 天津泰達新水源科技開發有限公司）

　　摘要：本文對天津開發區污水回用項目進行了簡要介紹，根據開發區污水水質特性，通過可研論證并結合中試，確定了開發區污水集中回用采用連續流微濾與反滲透組合工藝；描述了工藝特點、工程建設情況以及對出水水質的分析比較；論述了在我國打破傳統工藝，第一次大規模實施污水脫鹽深度處理對于減少污染、開發水資源、分質回用、規范回用等方面促進區域經濟可持續發展的重大意義。本項目已被列入國家“十五”科技攻關計劃課題“城市污水再生利用政策、標準和技術研究與示范”的子課題，該子課題名稱為“天津開發區污水再生利用綜合研究與工程示范”。

　　天津經濟技術開發區（以下簡稱天津開發區）于1984年12月6日經國務院批準建立，是中國首批國家級開發區之一。天津開發區占地面積33平方公里，區內共有中外企業3000余家，2000年實現工業產值732億元。工業產值占天津市的1/3，外貿出口占47％，是天津市的新經濟增長點。根據“十五”計劃，在未來的5～10年，天津開發區經濟將以每年20％的速度增長。

　　隨著天津開發區經濟的飛速發展，城市污水、工業廢水和其他污染物的排放顯著增加，對周邊環境和渤海灣的排放污染也日益增加。天津市政府、開發區管委會和各級環保部門十分重視環境保護基礎設施的建設工作。1997年動工興建的天津開發區污水處理廠工程，是國家“保護渤海灣碧海行動”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，為了保護環境、進一步減少污染，天津開發區管委會在污水處理廠剛剛投產運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：進一步大幅度削減污水污染物的排放，努力趨進“零排放”；開發新水源，緩解本地區淡水資源緊缺的局面，促進本地區經濟可持續發展。

　　1.　污水處理廠及污水的特性

　　天津開發區污水回用水源為污水處理廠二級出水。

　　天津開發區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，設計規模為10萬立方米/日，其中工業廢水占60％～80％。污水處理系統采用SBR工藝的連續進水、間歇出水、雙池串聯的DAT-IAT工藝。

　　1999年12月建成污水處理廠，2000年5月投入運行后，各項處理指標均達到設計要求，運行穩定，2000年8月順利通過天津市環保局“環保設施評價驗收” ，2001年被評為國家優質工程銀獎，也為開發區污水資源化工作奠定了堅實的基礎。 

　　天津開發區位于渤海之濱，是在原來鹽堿灘上開發建設而成的，地下水含鹽量高且水位高，排水管網不可避免地滲入了地下苦咸水。在實施了排水管網的“切、堵、截”等工程措施后，開發區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的方法進行深度處理很難達到回用的要求。只有對出水采用深度脫鹽處理，才能使處理后的水質滿足未來回用水用戶的要求。因此，開發區污水回用的核心工藝是脫鹽工藝。脫鹽工藝在技術上的可行性、經濟上的合理性，將直接決定和制約開發區污水回用工程的實施。

　　2.　污水回用項目的組成

　　由于天津開發區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污水性質的污水回用工程方案和技術路線。

　　經過可行性研究階段的反復論證，基本確定開發區污水回用項目由三個部分組成。

　　2.1　休閑娛樂區景觀湖用水。

　　2.2　分散回用。

　　分散回用指的是以工業企業、大型公建以及生活小區排水為回用水源，經過必要的深度處理后通過管道或其他輸水設備就近回用于綠化、雜用的回用方式。分散回用規模小、不便于統一管理，但其輸水距離短，不需脫鹽處理，因而運行成本相對較低。

　　2.3　集中回用。

　　集中回用在天津開發區污水回用項目中工作量最大，工藝路線最復雜。本文主要介紹采用膜法技術污水脫鹽處理集中回用的工藝路線和工程建設。

　　3.　國外采用膜技術實現污水再生回用技術水平與發展動態

　　筆者尚未看到國內采用膜技術實現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。在美國的若干地區實施使用20多年之久。在美國南加利福尼亞州的桔城水區的第21世紀水廠，自1976年以來就將處理過的污水經膜技術處理提煉出的高質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，美國有幾個城際規模的再生水項目正在規劃或建設中。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）。由新加坡公共事業局與國家環保部共同發起倡導并形成理念。其最初目的是確定新水作為自然生水源彌補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的雙膜（微濾和反滲透）及紫外線工藝進行嚴格的凈化及處理。新水可與水庫水混合，再進行常規處理后作為飲用水。

　　為達到可規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）和紫外線燈技術日產10000噸先進再生水示范廠的設計，建設，試運行和營運。證明其可連續性的生產高質量新水的可靠性；

　　·進行取樣與監測，對再生水進行物理，化學及微生物的全面分析，新水作為自然水源來進行飲用的可行性。

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

　　從1999年，由新加坡本土及國外的有關工程學，化學及水技術領域的專家組建成專家組，向公共事業局和國家環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。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污染物。

　　新水廠于2000年5月開始運行，一直運轉良好，其狀態始終處于設計期望值范圍內。下表展示了自2000年5月以來原水廠設計標準與實際水廠運作結果（月平均數）。

　　新水廠的平均單位功率消耗一直在0.7～ 0.9kWh/m³范圍內保持不變.遠遠低于原設計所規定的1.2 kWh/m³.

　　按照US EPA國家初級和二級飲用水標準，以及WHO（世界衛生組織）飲用水質量指針中所列出的飲用水參數，研究小組進行了全部的,大約190種與水質量有關的物理學的,化學的及微生物學的參數進行了分析.經資料分析與整理于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據進行評估, 達成如下結論:

　　(A) 通過2年對新水物理學,化學及微生物學上的分析, 新水可以作為飲用的再生水. 新水的質量標準始終達到了美國環保局（US EPA）國家一級和二級飲用水標準和世界衛生組織（WHO）的飲用水質量標準.

　　(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;

　　·民眾的接受與認可.

　　該方法與美國采用的可規劃間接飲用方法相似.

　　4.　天津開發區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日開始進行的污水脫鹽深度處理中間試驗，確定天津開發區污水脫鹽深度處理工藝路線如下：

　　4.2　預處理選擇連續式微濾膜技術（CMF）工藝。

　　每根微濾膜柱的直徑為120mm，高度為1500mm，內裝的中空纖維外徑為550μm，內徑為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工藝系統的主要特點是：①采用錯流式過濾，使處理效果不受進水水質的影響；②靈活的模塊設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；⑤采用內含故障診斷，保證系統的全自動運行；⑥系統占地少，可以在現有建筑物內安裝，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化學公司耐污染反滲透膜，該膜具有較好的脫鹽效果和較強的耐污染特性，以保證得到良好的出水水質和穩定的運行效果。

　　4.4　天津開發區污水集中回用項目新水源一廠工程建設情況

　　4.4.1　基本情況

　　建設單位：天津泰達投資控股有限公司

　　          天津開發區污水處理廠

　　設計單位：中國市政工程華北設計院、天津市政工程設計研究院　　聯合設計

　　設備供應商：US Filter（中國）公司提供主要工藝設備，并提供概念設計。

　　4.4.2　工程規模

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

　　4.5　進出水水質與處理效果分析

　　4.5.1　進水水質

　　天津開發區污水處理廠出水設計標準，即新水源一廠進水水質如下：

　　4.5.2　出水水質與分析

　　經過系統調試，天津開發區新水源一廠工藝設備運行基本穩定。污水經深度處理后用于回用的再生水水質指標，與世界衛生組織（WHO）、美國環保署（USEPA）頒布的飲用水水質標準相比較見下表。

　　經過比較，經上述工藝處理的出水水質遠好于WHO和美國所頒布的飲用水標準，再生水可廣泛回用于工業純水、工業冷卻水、工業工藝、園林綠化以及市政生活雜用水。

　　4.6　工程進度與經濟初步分析

　　天津開發區新水源一廠于2001年9月動工興建，2002年9月建成通水。經過一個多月的調試，目前基本達到穩定運行的階段。

　　該項工程總投資約6000萬元，運行成本正在測算中。經開發區財政局、五州會計事務所測算，再生水綜合制水成本近期2.49元/m³；遠期1.77元/m³。

　　5.　天津開發區水資源綜合利用總體目標與再生水回用方向

　　開發區水資源綜合利用規劃和總體目標

　　按照“開源節流并重，節流先行”的原則，開發區淡水資源綜合利用總體規劃和“十五”計劃確定了“以外調淡水為主要水源，污水再生回用為重要支撐，苦咸水淡化、海水淡化為必要補充，合理開發利用近海灘涂地下水，形成與經濟發展相協調的天津開發區淡水資源優化配置的科學體系”的總體思路。

　　天津開發區采用“雙膜”工藝（連續流微濾——反滲透）實現污水再生回用。在去除鹽分的同時，去除了水中所有的細菌、病毒、重金屬和有機污染物等。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。經過反滲透工藝處理后，再生水是理想的“工業純凈水”。按照“物盡其用”的基本原則，本地區再生水主要回用目標和方向是：

　　5.1　工業用水

　　以天津開發區出口加工區的開發為契機，把該區建成節水區和再生水回用的示范區，以此推動本地區再生水工業回用的工作力度，工業回用的主要方向有：電子、紡織、機械制造、化工、輕工等行業的工業工藝用水和工業冷卻用水。特別應該指出，盡管用于工業冷卻，由于含鹽量低，“工業純凈水”與其它水源相比，投加阻垢劑少、循環率高、補水少，其運行成本顯著降低。

　　5.2　熱源廠鍋爐用水

　　天津開發區5#熱源廠正在建設中，一期工程用水7200m³/d。

　　再生水用于5#熱源廠的規劃已經得到相關部門和用戶的認可，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”規劃，在4～5年之內，天津開發區經脫鹽處理再生水回用量可達35000～40000 m³/d，占本地區用水總量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新性

　　天津開發區再生水回用工程在技術和用戶市場所形成的創新點包括三個方面：

　　6.1　在我國第一次完全打破傳統的污水深度處理工藝，采用膜技術進行污水深度處理和脫鹽處理，其關鍵技術的運用，大幅度提高了再生水的水質。

　　6.2　在我國第一次將再生水回用到工業高級用戶，徹底改變傳統回用水在沖洗廁所、園林綠化、工業冷卻等低級、小規模的應用局面。使再生水真正成為地區城市基礎設施的重要組成部分，在經濟的持續發展中發揮作用。

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

　　天津開發區再生水回用工程的建成，將為建立節水型城市和節水型社會奠定堅實的基礎；對我國特別是缺水地區解決水資源短缺，實現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的研究產生深遠的影響；并將對進一步改善天津開發區的投資環境，保持經濟的可持續發展發揮積極作用。