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给水排水 |胡洪营团队:深度解读2《水回用导则 污水再生处理技术与工艺评价方法》发布日期:2022-01-10

导 读


近日,由清华大学、中国标准化研究院、清华大学深圳国际研究生院等单位牵头制定的《水回用导则》系列国家标准经国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准正式发布。《水回用导则》系列国家标准为首次制定,包括以下3项标准:

《水回用导则 再生水厂水质管理》(GB/T 41016-2021)

《水回用导则 污水再生处理技术与工艺评价方法》(GB/T 41017-2021)

《水回用导则 再生水分级》(GB/T 41018-2021)


《水回用导则》系列国家标准的发布实施将为我国污水资源化利用发展提供重要标准依据,对于加强再生水分级管理,引导污水再生处理技术开发与优化进步,促进再生水行业快速发展具有重要意义。


《给水排水》杂志社特邀主编单位,对3项标准分别进行了深度解读,形成的系列文章将会在“给水排水”微信公众号陆续推送。本篇重点解读《水回用导则 污水再生处理技术与工艺评价方法》(GB/T 41017-2021),该标准规定了污水再生处理技术与工艺评价的相关术语和定义、指标体系、程序与要求,可为处理技术或工艺的比选、诊断和运行优化提供指导,对保障污水再生处理系统的安全、稳定、高效和经济运行,促进污水再生处理技术的开发应用与优化具有积极意义。


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通信作者

胡洪营

教授/博导,清华大学环境学院教授、国家环境保护环境微生物利用与安全控制重点实验室主任,国家杰出青年科学基金与国家级教学名师奖获得者,先后获国家科技进步奖二等奖和教育部、住建部、环保部等省部级科技进步一等奖多项。主要从事再生水安全利用理论与技术方面的研究。


城镇污水量大质稳,就近可取,潜在效益显著。加快推进污水再生利用成为支撑我国生态文明建设,实现高质量发展的重要举措。污水再生处理是再生水安全稳定高效生产和供给的核心,亟需构建科学、合理的污水再生处理技术与工艺评价体系和评价方法,从而为处理技术或工艺的选择、诊断和运行优化提供指导,为我国污水再生利用事业的快速发展提供坚实保证。


针对污水再生处理技术与工艺评价方法需求,清华大学等单位编制了《水回用导则 污水再生处理技术与工艺评价方法》(GB/T 41017-2021)。该标准由全国节水标准化技术委员会(SAC/TC442)和全国环保产业标准化技术委员会(SAC/TC275)共同提出并归口,由国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会发布实施。


该标准是《水回用导则》系列国家标准之一,为首次发布。《水回用导则》系列国家标准旨在从再生水分级、评价和管理等角度为再生水行业开展项目规划、设计、运营、评价和管理等工作提供专业指导意见和规范。


01

标准制定的重要意义

污水再生利用是水资源短缺和水环境污染、问题的重要措施,其经济上可行、技术上可靠。全球许多国家和地区已开展了卓有成效的再生水利用,例如美国、日本、澳大利亚、以色列、新加坡等国家是开展相关理论研究、技术研发和工程实践较早的国家。再生水已普遍用于生态用水、景观环境用水、市政用水、工业用水、农林牧渔业用水、补充水源水等途径,涉及的行业领域十分广泛。


近年来,我国城镇污水基础设施发展迅速,污水处理能力不断提升,污水处理厂出水水质不断提高,为再生水利用奠定了良好的基础。2021年初,国家发展改革委联合九部门印发的《关于推进污水资源化利用的指导意见》中,明确了我国污水再生利用的发展目标、重要任务和重点工程,标志着污水再生利用上升为国家行动计划。


根据住建部《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》(2021年6月),到2025年,全国地级及以上缺水城市再生水利用率目标达到25%以上,京津冀地区达到35%以上,黄河流域中下游地级及以上缺水城市力争达到30%。预计“十四五”期间和未来15年,我国再生水利用将会得到更快发展。


标准规范是再生水行业健康发展的重要保障。《关于推进污水资源化利用的指导意见》中明确指出“加快完善相关政策标准,将再生水纳入城市供水体系。”污水再生处理是再生水系统的核心。目前,污水再生处理技术与工艺主要包括混凝沉淀、介质过滤(含生物过滤)、膜过滤(微滤、超滤、反渗透)、活性炭吸附、氧化等单元处理技术及其组合工艺。虽然这些技术与工艺已在实际污水再生处理过程中得到广泛应用,但其与不同水源水质、再生水水质要求之间的关系还不是十分清晰,各种技术和工艺的评价也缺少标准和规范的指导急需构建科学、合理、规范的评价体系和评价方法,为污水再生处理技术选择、诊断和运行优化提供指导。


02

标准的主要内容

《水回用导则 污水再生处理技术与工艺评价方法》于2018年获得立项,由全国节水标准化技术委员会(SAC/TC442)和全国环保产业标准化技术委员会(SAC/TC275)共同提出并归口,由清华大学等单位起草。该标准规定了污水再生处理技术与工艺评价的相关术语和定义、评价指标体系、评价程序与要求,适用于污水再生处理技术与工艺的评价。在以下几个方面具有创新性:

  • 从评价指标体系、评价程序与要求等方面系统规范了污水再生处理技术与工艺评价的内容和要求。

  • 提出了评价指标的结构和设立原则,一级指标应反映技术、经济、环境和可靠性等主要方面。提出了技术指标、经济指标、环境指标和可靠性指标的定量和定性评价方法,有助于全面反映处理技术或工艺特点。

  • 提出了评价程序与基本要求,根据不同类型污水再生处理技术或工艺的特点,明确了评价周期、取样时间与频次等要求。


03

评价指标体系

污水再生处理技术与工艺评价指标包括定量和定性两类指标。定量评价,应选取科学、合理的可量化指标,充分考虑相关数据的可获取性和可靠性。定性评价,主要采用描述性或相对比较方式进行评价;评价应符合客观事实、用词准确、具有可考核性和可比较性。定量和定性指标应定义明确、内涵和边界清晰。


污水再生处理技术与工艺评价指标体系如表1所示。评价指标体系通常由一级指标和二级指标组成。一级指标用于对具体指标进行分类,包括技术指标、经济指标、环境指标和可靠性指标;二级指标用于定量或定性评价。根据评价需要,也可设立其他二级、三级或更多级指标;设立的指标应定义明确、内涵清晰。


表1 污水再生处理技术与工艺评价指标体系


(1)技术指标

技术指标反映污水再生处理技术与工艺在技术性能、技术先进性等技术方面的特征,主要包括出水水质、污染物去除率、容积负荷、污染物去除负荷、污泥产生量等二级指标。


出水水质指在一定条件下,经处理后达到的水质水平。应根据再生水的用途和用户要求,选择相应的水质指标,包括相关水质标准中规定的指标和其他需要关注的特定指标。常规指标主要包括pH、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总悬浮固体、浊度、余氯、氮磷等营养物质浓度、电导率、病原指示微生物浓度等。特定指标应根据用户要求或水质安全性保障需求进行选择,如特征化学污染物、特定病原微生物、化学稳定性、生物稳定性、生物毒性、有毒有害副产物等。


污染物去除率指去除污染物的百分率。单位容积去除负荷指单位容积单位时间内去除污染物的量。单位占地面积去除负荷指单位占地面积单位时间去除污染物的量。污泥产生量指处理单位水量或去除单位质量污染物所产生的污泥量。技术指标的具体计算公式可参见标准正文。


(2)经济指标

经济指标反映污水再生处理技术与工艺在投资成本、运行成本、综合成本等经济方面的特征,主要包括单位水量建设费用、电耗和电耗费用、药耗和药耗费用、水耗和水耗费用、人工和人工费用等二级指标。

单位水量建设费用指为完成污水再生处理工程的建设、折合成单位处理水量的建设费用。电耗和电耗费用指处理单位水量或去除单位质量污染物所需电耗和电耗费用。


药耗和药耗费用指处理单位水量或去除单位质量污染物所需的药耗和药耗费用,药剂包括混凝剂、反硝化外加碳源、污泥处理处置用药剂等,主要用于混凝沉淀、反硝化生物过滤、污泥处理处置等污水再生处理过程。


水耗和水耗费用指处理单位水量所需水耗(包括自来水消耗量和再生水消耗量)和水耗费用。人工和人工费用指处理单位水量所需人工和人工费用。经济指标的具体计算公式可参见标准正文。


(3)环境指标

环境指标反映污水再生处理技术与工艺对环境的正面或负面影响等环境方面的特征,主要包括臭气产生量、温室气体释放量等二级指标。


臭气产生量指处理单位水量或去除单位质量污染物所产生的臭气物质的量。污水再生处理过程释放的臭气物质种类主要包括:含硫化合物(如硫化氢、硫醇类、硫醚类等)、含氮化合物(如氨、胺类、酰胺类、吲哚类等)、烃类化合物(如烷烃、烯烃、芳香烃等)及含氧化合物(如醇、醛、酮、酚、有机酸等)。臭气种类和产生量受进水水质、水量、处理工艺、运维方式等因素的影响。


温室气体释放量指处理单位水量或去除单位质量污染物所释放的温室气体量。污水再生处理过程释放的温室气体主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)和六氟化硫(SF6)等。温室气体与CO2转化的当量系数,参见表2。环境指标的具体计算公式可参见标准正文。


表2 典型非CO2温室气体的折算当量系数

(4)可靠性指标

可靠性指标反映污水再生处理技术与工艺在高效稳定、运行管理等可靠性方面的特征,主要包括水质波动率、水质达标率、冗余度、鲁棒性、弹韧性等二级指标。


水质波动率指评价周期内,出水水质偏离平均值的波动幅度。水质达标率指在评价周期内,出水水质达到处理目标天数所占的比例。水质波动率和水质达标率的具体计算公式可参见标准正文。


冗余度指污水再生处理系统超出最低水质安全保障要求的处理能力,以保证某一单元发生事故时,处理系统仍能稳定持续地达到处理目标/性能指标。冗余度评价指评价污水再生处理系统的最大处理能力及安全系数、单元和设备备份度等,可进行定性或定量分析。


鲁棒性指污水再生处理系统在水质、水量等冲击作用下,保持功能稳定的能力,即抗冲击能力。鲁棒性评价指测定负荷增加或减少情况下,污水再生处理系统达到稳定状态所需的时间。负荷增加或减少幅度可根据评价目标进行设定。负荷增减情景包括流量增减和浓度增减两种类型。例如,可以选取特征污染物(如指示病原微生物、化学污染物等)进行冲击投加,考察其在污水再生处理系统中的特性和变化规律。


弹韧性指污水再生处理系统对突发事故的应对和功能恢复能力。弹韧性评价指评价停电或高毒性、高抑制性、难处理废水冲击等突发事件情况下,污水再生处理系统的运行状况和恢复能力,可进行定性或定量分析。


04

评价程序与要求

污水再生处理技术与工艺评价程序主要包括:确定评价对象、明确边界条件与评价目的、选取评价指标、收集评价资料、开展评价实验、开展综合评价、撰写评价报告、开展专家咨询、完善评价报告和形成评价报告等步骤,如图1所示。


图1 污水再生处理技术与工艺评价程序


(1)评价对象和评价指标

评价对象的确定是评价程序中关键的步骤。评价对象包括新开发的、实际应用的和利旧改造的处理技术、单元技术和组合工艺。需要针对评价对象,确定所评价处理技术或工艺的功能及其可能的适用范围。评价目的包括处理技术评价、技术比选、运行诊断等,针对不同评价目的,选择合适的评价程序。


评价指标应根据评价对象和目的进行合理选择,以定量指标为主,定性指标为辅。除技术、经济、环境和可靠性指标外,对于新开发的处理技术、单元技术和组合工艺的评价,还需重点关注处理技术应用的边界条件等指标;对于实际应用的处理技术、单元技术和组合工艺评价,还需关注运行绩效提升潜力等指标。资料收集过程中应保证数据的合理性、客观性和全面性。


(2)评价实验

对于新开发的处理技术或工艺,应通过中试规模实验开展技术验证,获得关键评价指标数据。对于运行中的处理技术或工艺,应针对实际工程开展研究考察,以获得评价指标数据。根据评价对象特点,确定科学合理的评价周期和取样时间与频次等。


为充分反映不同类型污水再生处理技术或工艺的特点,对于评价周期的选择,物理化学处理技术或工艺的评价周期不宜小于30天,生物处理技术或工艺不宜小于6个月(包含冬季),湿地等生态处理技术或工艺不宜小于1年。


评价负荷增减或负荷冲击条件下的运行性能时,负荷变化后的运行时间和评价周期,需根据处理技术或工艺水力停留时间确定。为充分反映污水再生处理技术或工艺的可靠性,负荷变化后的运行时间和评价周期,物理、化学处理工艺不宜小于水力停留时间的20倍,生物、生态处理技术不宜小于水力停留时间的60倍。取样评价有效数据应大于100组。


可根据《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T18920)等城市污水再生利用系列国家标准的水质要求规定,确定进水出水水质检测项目和频率,并满足处理技术或工艺运行评价和管理需要。应根据条件和需要,酌情增加对关键水质指标和控制参数的检测频率。


对于有相关标准检测方法的,应参考该方法进行水质等指标测定;对于没有相关标准检测方法的,可参考相关研究文献进行测定;对于特殊指标,可以采用新开发的方法进行测定,但需要详细描述方法并提供方法可靠性评价资料等。


应详细记录检测结果,包括取样人/时间/地点、水质检测方法和注意事项、水量水质监测数据报表、环境条件等。对于原始取样与分析等过程,应保存好原始数据和信息。


(3)综合评价

可根据评价指标体系的相关内容,对所选指标进行定量计算或定性描述。可采用专家评议、打分等方法,对定量定性评价结果进行综合分析,并与其他同类型技术或工艺进行系统比较,明确评价对象的特点、优势和不足,提出改进措施。


(4)评价报告

评价报告撰写应表达规范,报告内容包括污水再生处理技术或工艺、评价周期、技术或工艺运行条件、水质测定方法、水质监测结果(附原始数据)、评价结果、评价结论等内容。通过咨询5名及以上本领域资深专家,对评价报告进行专家评议,保证评价报告的科学性与完整性等。专家咨询过程中获得的评审意见等资料,宜进行归档保存,以备后续核查。根据专家咨询意见,对评价报告进行完善;必要时,需重复前述数据获取、综合评价等程序。经过图1所述程序,最终形成完整的技术或工艺评价报告,并及时归档和妥善保存。


05

结语

污水再生利用是改善城市水环境、实现水资源循环利用、提高城市水安全和供水能力等多重目标的有效手段。目前我国在城镇再生水利用量和利用途径等方面仍有很大拓展空间,但不同污水再生处理技术与工艺的评价与优化尚缺乏标准化、规范化和系统化的指导。


《水回用导则》系列国家标准旨在从再生水分级、评价和管理等角度为再生水行业开展项目规划、设计、运营、评价和管理等工作提供专业指导意见和规范。《水回用导则 污水再生处理技术与工艺评价方法》国家标准是其中之一,为首次发布,其规定了污水再生处理技术与工艺评价的相关术语和定义、评价指标体系、评价程序与要求,对于保障污水再生处理系统的安全、稳定、高效和经济运行具有重要意义。今后需进一步做好该标准的宣贯工作,加强实施和监督管理,充分发挥国家标准的规范和引领作用。


转自《给水排水》