第24卷第6期環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)Vol 24. No 62004年1月ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAENov.,2004文章編號(hào):02532468(2004)06099908中圖分類號(hào):X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A污水回用中的循環(huán)濃縮水質(zhì)模型與污水回用率樊耀波,楊問(wèn)波,李剛,吳琳琳(中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京1005摘要;污水回用中因循環(huán)濃縮,存在著水質(zhì)變差問(wèn)題探索其變化規(guī)律,定量確定運(yùn)行參數(shù),做到既節(jié)水又保證回用水質(zhì)合格、穩(wěn)定,具有重要理論和實(shí)用意義通過(guò)數(shù)學(xué)歸納法推導(dǎo)出一個(gè)循環(huán)濃縮水質(zhì)數(shù)學(xué)模型和計(jì)算雜用水質(zhì)和污水回用率的公式應(yīng)用該模型,以廁所污水回用為例,就污水水質(zhì)污染物去除率處理水質(zhì)和雜用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)雜用水質(zhì)、污水回用率的影響進(jìn)行討論結(jié)果表明,在符合城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的前提條件下,分別按生化需氧量、濁度、氨氮及色度等水質(zhì)指標(biāo)計(jì)算得出的污水回用率是653%,829%,575%和37%,在廁所污水回用中,色度為水回用率的限制指標(biāo)由于色度指標(biāo)的限制,經(jīng)計(jì)算水循環(huán)廁所的污水回用率一般不宜超過(guò)40%關(guān)鍵詞:水質(zhì)模型;水回用率;污水處理;水回用a water quality model for water reuse and the reusing rate of the treatedwastewaterFAN Yaobo, YANG Wenbo, LI Gang, WU Linlin Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy ofSciences, Beijing 100085)Abstract: A water quality model for water reuse was derived with mathematical induction. Based on the model, two formulas were derived tolculate Cs and r, the concentration of pollutants in the reused water and the reusing rate of the treated wastewater. The relationships amongCs,E(the removal efficiency of pollutants of wastew ater)and Co( the concentration of pollutants in influent), and also relationship betweenand the standards of reused water were discussed. The reusing rates of the treated wastewater were different for the different water quality pa-rameters, The r for the"black water"reuse were 65.3% 82.9%, 57.5%, and 37%, of BOD,, turbidity, ammonia and color, respectively. According to the study, the reusing rate of the reused waterfrom a toilet will be less than 40%, where every parameter can be up to the reKeywords: water quality model; reusing rate; wastewater treatment; water reuse隨著水污染和水短缺形勢(shì)的日益嚴(yán)峻,污水作為一種可再生資源越來(lái)越被人們所認(rèn)識(shí),許多污水處理技術(shù)應(yīng)用于污水處理中,凈化水回用于沖廁、洗車、循環(huán)冷卻補(bǔ)水、綠化或景觀用水1-6).但目前所知的污水處理技術(shù)對(duì)水中的污染物均很難完全去除,即大多數(shù)污染物的去除率小于100%特別是要求在技術(shù)經(jīng)濟(jì)均可行的條件下更是如此目前污水回用技術(shù)多以生化處理技術(shù)為主,不可生化降解和水處理系統(tǒng)不能除去的污染物會(huì)殘留在處理水中如糞便污水或生活污水中的糞膽紅素、毛紡印染廢水中的染料、微生物自身的代謝產(chǎn)物及污水中的溶解性總固體等水回用的一個(gè)基本特征是水在回用系統(tǒng)中進(jìn)行多次循環(huán)如果水循環(huán)次數(shù)過(guò)多或污水回用率過(guò)高,回用水中難以由該技術(shù)去除的物質(zhì)就會(huì)積累起來(lái)直至回用水中一項(xiàng)或多項(xiàng)污染物指標(biāo)超過(guò)回用水的標(biāo)準(zhǔn),使水質(zhì)失去回用價(jià)值這是導(dǎo)致沖廁和洗車水回用工程中色度逐收稿日期:2003-11-26;修訂日期:20040205基金項(xiàng)目:國(guó)家高級(jí)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)(課題編號(hào):2002AA201220A)作者簡(jiǎn)介:樊耀波(1954-),男,副研究員, yian@mil,rees,ac,cn,01062849109環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)24卷漸加重和有機(jī)物濃度逐漸升高的一個(gè)重要原因46.本文將這種因循環(huán)利用,回用水中殘留污染物濃度逐漸升高的現(xiàn)象稱為循環(huán)濃縮現(xiàn)象目前,水質(zhì)模型的研究多集中在水處理技術(shù)對(duì)污染物去除效果、工藝參數(shù)的確定與優(yōu)化等方面在水回用中,有一些關(guān)于微生物學(xué)指標(biāo)安全和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的數(shù)學(xué)模型研究,而有關(guān)水回用循環(huán)濃縮問(wèn)題的水質(zhì)模型研究未見(jiàn)報(bào)道在水回用技術(shù)的應(yīng)用中,水回用的循環(huán)濃縮問(wèn)題常常被忽視.人們?cè)陂_(kāi)發(fā)推廣和選用項(xiàng)水回用技術(shù)時(shí),常常注意到其污染物去除率的高低和出水水質(zhì)的優(yōu)劣,甚至過(guò)分宣傳某項(xiàng)技術(shù)的性能,而對(duì)某項(xiàng)技術(shù)在水回用工程應(yīng)用中存在的循環(huán)濃縮問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足,對(duì)因循環(huán)濃縮導(dǎo)致的水質(zhì)下降問(wèn)題沒(méi)有思想準(zhǔn)備,更沒(méi)相應(yīng)的防范措施.因此,一旦水回用循環(huán)濃縮問(wèn)題嚴(yán)重,一些水回用工程要么不能正常運(yùn)行,要么被迫關(guān)閉,不僅造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi),還常常引起法律糾紛為此,本文擬就水回用中的循環(huán)濃縮問(wèn)題進(jìn)行探討,試推導(dǎo)出一個(gè)回用水循環(huán)濃縮水質(zhì)數(shù)學(xué)模型;并以膜生物反應(yīng)器污水處理工程實(shí)例數(shù)據(jù)和《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GBT189202002)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),應(yīng)用該循環(huán)濃縮水質(zhì)模型,計(jì)算出各水質(zhì)指標(biāo)的污水回用率;并對(duì)污水回用率、污水水質(zhì)污染物去除率、回用水水質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)等之間的相互關(guān)系和影響進(jìn)行討論;為提高和改進(jìn)污水處理與回用工藝的性能和效率、合理選擇污水回用率、保證回用水符合回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、保證水回用工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、最大限度地發(fā)揮其節(jié)水和水污染控制的效能提供科學(xué)依據(jù)1水回用系統(tǒng)及物料平衡圖1給出了水回用系統(tǒng)的流程和物料平衡示意圖圖中包括水處理器清水池和用水點(diǎn)水處理器為膜生物反應(yīng)器或其它生化水處理系統(tǒng),用水點(diǎn)或水回用用途可以是沖廁或洗車水回用系統(tǒng)具有如下循環(huán)工藝過(guò)程:新鮮補(bǔ)充水進(jìn)入清水池,由水泵輸出用于沖廁或洗車,經(jīng)使用后的污水進(jìn)入水處理器,污水經(jīng)處理后回流到清水池,為了防止殘留污染物的濃縮,需要排放一定的處理水,排放的水量由新鮮水補(bǔ)充圖1中的符號(hào)說(shuō)明如下:Q為新鮮水水處理器膜生物反應(yīng)器或|ca補(bǔ)充量(m3h1);C1為新鮮水中某污染指其它水處理系統(tǒng)a水池標(biāo)濃度(mL);Q為雜用水量(m3h);C.為雜用水中某污染指標(biāo)濃度沖廁成洗車(mg:L1);Q.為糞便水或其它污水原液量m3h);Q。為污水量(m3h1);C為圖1水回用系統(tǒng)及物料平衡示意圖污水中某污染指標(biāo)濃度(mgL1);Cn為Fig. 1 Flow diagram of a wastewater reuse system處理水中某污染指標(biāo)濃度(mgL1);Q,為處理水回用水量(m3h1);Q,為外排污水量(m3h-");以上各量均為平均值2循環(huán)濃縮水質(zhì)模型的推導(dǎo)為進(jìn)行循環(huán)濃縮水質(zhì)模型的推導(dǎo),首先提出以下假設(shè)條件.(1)污水處理器處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),具有穩(wěn)定的水中污染物去除率E(E=(C。-C》C0,E<100%).(2)設(shè)W為每次水循6期樊耀波等污水回用中的循環(huán)濃縮水質(zhì)模型與污水回用率環(huán)由糞便水或其它污水原液Q.(m3·h-1)帶進(jìn)雜用水Q(m3h1)中的某污染物指標(biāo)的量;在Q.與Q混合后,形成了污水量Q(m3h"),污水中該污染指標(biāo)的混合濃度設(shè)為C0(mgL);且設(shè)每次水的循環(huán)帶入的污染物總量W不變,形成的污水量Q。也不變,所以W可以由污水量Qo與混合濃度Co的乘積來(lái)表示,即:W=C0Q.(3)水力停留時(shí)間HRT,HRT=VQ,V為水回用系統(tǒng)除了清水池之外各水池、水槽的總?cè)莘e;Q為雜用水量,為處理水回用量Q混入新鮮補(bǔ)量Q水后,形成循環(huán)雜用水量(4)N為循還次數(shù),即雜用水量Q以HRT為周期在水循環(huán)系統(tǒng)中完成循環(huán)的次數(shù)推導(dǎo)通過(guò)數(shù)學(xué)歸納法進(jìn)行,在以上假設(shè)條件下,處理水污染指標(biāo)濃度值Cn與污水中某污染指標(biāo)濃度C、污染物去除率E及循環(huán)次數(shù)N=0~n(n為正整數(shù))的關(guān)系推導(dǎo)如下N=0,設(shè)為水回用系統(tǒng)水啟動(dòng)狀態(tài),系統(tǒng)中需要全部注入新鮮水,Q=Q,即處理水回用量Q,=0,此時(shí)Qo =Q+Q(1)Qo= Qp +q(2)Co wlQC=C0(1-E)(4)式中:Q為系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)新鮮水量(m3h1);Cm為系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)處理水中某污染指標(biāo)濃度(mgL")若令d=1-E,d為污染指標(biāo)殘存率,0