2 城市污水回用

2.1 城市污水概述

城市污水是指排入城镇污水系统的污水统称，按来源可分为生活污水和径流污水。

生活污水主要来自家庭、机关、商业和城市公用设施。其中主要是粪便和洗涤污水，集中排入城市下水道管网系统，输送至污水处理厂进行处理后排放。其水量水质明显具有昼夜周期性和季节周期变化的特点。城市径流污水是雨雪淋洗城市大气污染物和冲洗建筑物、地面、废渣、垃圾而形成的。这种污水具有季节变化和成分复杂的特点，在降雨初期所含污染物甚至会高出生活污水多倍。

城市污水的性质因城市规模、气候条件、排水体制，特别是城市中工业的多少和性质、工业废水预处理程度等因素而各异[10]。据统计，我国城市废水总排放量约为354亿m3/a，处理率仅为3.3%。大量废水不经处理排入天然水体，造成了城市附近水体的严重污染。

2.2 城市污水回用于循环水系统

世界上不少国家将城市污水深度处理后，成功地应用于农业、工业、市政等领域。随着水处理技术日臻成熟，回用经验不断丰富，再加上回用费用常低于开发新水源的费用，污水回用规模与使用范围日益广泛。城市污水回用节省宝贵的新鲜水，在很大程度上起到了保护优质水源的作用，避免了远距离引水、输水和水源购买价格高的问题[11]。

目前我国城市污水再生处理的基本工艺有[12,13]：

(1)二级处理→消毒→用户

(2)二级处理→过滤→消毒→用户

(3)二级处理→微滤(膜法)→消毒→用户

(4)二级处理→混凝→沉淀(澄清、气浮)→过滤→消毒→用户

工艺(1)适用于二级出水效果好，用户对回用水水质要求低的场合;工艺(2)二级出水直接过滤后的出水可以满足城市生活杂用水用水标准，但还不能满足循环水水质要求。应用于工业循环冷却水系统时，对工艺(3)和(4)进行比较，见表3。

结合国内外污水回用状况和我国城市二级污水水质，并考虑基建和运行费用，城市污水一般经过混凝、过滤、氯化消毒后水质已完全达到循环冷却水水质标准。例如华能北京热电厂[14]工业用水和循环冷却系统补充水为高碑店污水处理厂的二级城市污水，经Fe2O3、石灰混凝沉淀、加酸调节pH、砂滤、冲击加氯杀菌后回用于冷却水系统，其水质已达到循环冷却水的水质标准。

城市二级污水不同于天然水，除BOD、COD、磷酸盐和氨氮化合物外，其Cl-、硬度和无机溶解性盐类含量较高[15]。城市污水回用于循环冷却水系统，除了要考虑常规冷却水处理所引起的结垢、腐蚀和菌藻等问题外，还要重视城市污水回用时特有的氨、磷、浊度和泡沫等带来的新问题[16]。

2.2.1 硬度

相比自然水而言，城市污水含有较多的Ca2+、Mg2+和SO42-，回用于循环冷却水系统时更容易使设备结垢和腐蚀。

Thomas A Shaw[17]等人通过对城市污水使用石灰苏打法进行深度处理的研究，发现可明显降低污水中的Ca2+和Mg2+含量。采用旁流软化过滤法处理循环水中的溶解性盐类，也具有一定的效果。

2.2.2 细菌粘泥

城市污水含有较多氮和磷的有机物，且冷却水的温度长期保持在25-40℃，供氧充足，十分有利于系统中微生物的大量滋生。若不加以控制，势必会造成菌藻繁殖、生物粘泥和污垢增加，引起设备腐蚀和系统堵塞等问题，降低凝汽器的传热效率。周彤[16]等人曾对大连市二级污水进行微生物检测，发现水中的异氧菌、铁细菌、硫酸盐还原菌、真菌等均超标。对此，一方面可以在系统凝汽器上增设机械清除装置，以防止细菌粘泥的沉积。另一方面可以控制杀菌剂的投加。

2.2.3 氨氮

城市污水中氨氮的质量浓度一般为20~30mg/L，90%以上以氨的形式存在，这大大超过了冷却水的回用标准(氨氮<1mg/L)。理论上而言，氨在潮湿的空气或含氧水中对铜合金有严重的腐蚀作用，引起铜和铜合金应力腐蚀开裂。氨与杀菌剂的主要成分次氯酸发生氧化还原反应，生成氨氮化合物，使氯的杀菌效果降低或氯的消耗增加。氨氮还是微生物的营养物质，有利于冷却水系统内微生物的滋生，使循环水系统的生物粘泥、结垢增多，造成杀菌剂量的加大。实践运行发现，氨氮在循环冷却水中不会发生积累，有的甚至消失，对系统的影响并不是十分严重。

2.2.4 磷

磷通常是通过生活中使用含磷洗涤剂而进入城市污水的，一般城市污水中含磷为20~30mg/L。磷一方面是微生物的营养物质，会引起微生物的大量滋生，造成循环系统中生物粘泥的增多，导致杀菌剂量的提高;另一方面磷酸盐会引起系统磷酸钙垢沉淀堵塞管道，而磷酸钙不易除去，清洗也比较困难。从国外城市二级处理污水回用冷却水的工业运行实践来看，对磷酸钙垢的控制主要是利用石灰、明矾或三氯化铁等混凝处理去除回用水中的PO43-，从而降低循环水的磷酸盐浓度。通过加入硫酸调节循环水pH，适当添加磷酸钙垢分散剂，也能有效控制磷酸钙结垢[16]。

2.2.5 浊度[18,19]

城市污水中浊度的主要成分是有机物和微生物絮片。微生物产生的粘液将无机物等杂物粘在一起，形成粘垢，降低了杀菌的效果。同时，浊度还会产生污垢，促进局部腐蚀和微生物腐蚀。试验和实践表明，循环水中的浊度宜控制在30mg/L以内，补充水的浊度宜控制在10mg/L以内，而增加旁滤是控制浊度的有效措施。

2.2.6 泡沫

泡沫的来源主要是生活中的洗涤剂。现在，日常生活中大量使用的洗涤类产品中的表面活性剂的亲油基团一般为 直链烷基，生物降解性能好，泡沫已经不成主要问题。试验和实践表明：在经处理后的城市污水中直链烷基磺酸盐应在0.5mg/L。目前对泡沫问题可以采取适当添加消泡剂的方法加以解决[14]。