北运河河水处理补给地下水项目
北京市市政工程设计总院
2010年1月
国内外现状、方法汇总、适用条件、优缺点（主要是水质的适应性），投资和成本。

针对我们工程的方案（水质特点、技术路线、可能的方案，各自特点），先把架子搭上，没有结论没关系，再讨论。

一、工程概述
二、国内外再生水补给地下水处理工艺现状
再生水处理方式最初的处理以多种工艺组合为主，2000年之后建成或扩建的再生水厂逐渐引入了臭氧、超滤、反渗透以及双膜等高级处理工艺，以进一步确保给水的安全性。

纳米比亚首府温得和克1968年建成世界上第一座饮用水再生水厂，工艺：气浮除藻→泡沫分离→化学澄清→砂滤→颗粒活性炭→氯化消毒。

2002年扩建后工艺：臭氧预氧化→气浮→砂滤→臭氧氧化→活性炭吸附→超滤→氯化消毒。

德国柏林将经过生物净化的污水投加氯化铁与助凝剂絮凝沉淀后，投加臭氧将有机物氧化，降解有机分子，同时杀灭细菌，再经无烟煤过滤，最后进行地下水回灌。

德国Langen市为解决地下水位下降问题，将污水处理厂的二级出水经曝气→沉淀→砂滤池→过滤→臭氧氧化→活性炭吸附等深度处理后，通过土壤渗滤补充地下水。

美国Upper Occoquan 污水管理部门（UOSA）使用的传统处理工艺。

UOSA 厂从服务区域收集包括生活污水、商业污水和达标排放的工业废水在内的原污水，处理后出水接近饮用水质标准，排放至Occoquan水库，这是美国弗吉尼亚州东北部的主要饮用水源。

处理工艺为传统的初级处理和带硝化的二级处理、石灰再碳酸化处理、过滤、粒状活性炭吸附，最后进行消毒处理。

在pH﹥11的情况下石灰澄清处理起到消毒、去除高分子有机物、阻拦重金属的作用。

粒状活性
炭更进一步地去除溶解性有机物，尤其是上道工艺的生物处理中无法去除的非生物降解性有机物。

加氯消毒为最后一个环节。

UOSA设施从1978年便开始运行，已经显示了满足常规的具体排放标准和保护公众健康的能力。

其目前的能力为130,000m3/d，正在扩建为210,000m3/d。

美国洛杉矶的Whitter Narrows原城市污水经过一级处理→粉末活性炭的二级处理→石灰澄清→再碳酸化→过滤→臭氧氧化→颗粒活性炭吸附等处理后深井回灌地下水。

美国加州Orange Country城市污水经二级处理→化学净化→氨解析→混合滤料滤池过滤→活性炭吸附→氯化→反渗透等处理后，出水水质达到地下水标准，然后注入地层，有效控制海水入侵。

美国West Basin再生水厂回灌工艺：二级出水→脱碳→石灰澄清→再碳酸化→过滤→反渗透→消毒→深井回灌。

目前新兴的一种处理流程为二级处理后接微滤(MF)、反渗透（RO）和紫外线消毒（UV）。

MF可很大范围地去除颗粒物质，放在RO处理工艺的前面是十分必要的。

RO广泛去除有机物和无机物，这两级顺序的膜处理工艺也起到了广泛的消毒作用。

UV消毒则是公众免受致病菌侵袭的又一道保护屏障。

新加坡NEWater再生水厂即采用上述处理工艺，将处理后的回用水与水库水进行混合，增加饮用水供应。

美国Scottsdale water campus系统采用微滤+反渗透工艺，将处理后的水进行地下水回灌和再循环系统。

另一新兴的处理技术为膜生物反应器，以置于反应器外部或浸没在反应器内部的生物膜取代传统的二沉池。

膜上留有必要的生物量，用于处理污水，也能去除颗粒物质，所以出水的颗粒物质含量很低。

生产的出水可用于许多回用目的，或经活性炭吸附、RO和UV消毒可用于非直饮水的回用。

“九五”期间，由清华大学和北京高碑店污水处理厂承担地下回灌的课题研究，二次处理水经深度处理回灌地下水工艺流程（DGB吸附剂是北京矿冶研究总院研制的，以无机矿物和碳为原料，采用物理和化学相结合的方法制成，无毒，失效后可以再生循环使用，也可直接焚烧处理）：
DGB工艺：
二级出水→DGB吸附+聚合氯化铝絮凝→沉淀→砂滤→土壤含水层处理活性炭工艺：
①二级处理出水→聚合氯化铝混凝→沉淀→砂滤→粒状活性炭吸附→土壤含水层处理
②二级出水→DGB吸附+PAC絮凝→沉淀→砂滤→活性炭过滤→加氯消毒→土壤含水层处理
三、水质分析
原水水质、要求出水水质以及再生水回灌地下水标准中要求的水质分别列于下表1，可以看出北运河河水是污水处理厂处理出水的收纳水体，由于再次受到污染，COD、氨氮、总氮、总磷比二级处理出水增加较多。

表1进出水水质比较
由进出水的水质比较可以看出，该工程处理的污染物主要是COD、N、P。

原水BOD5/COD Cr的值为0.17小于0.3，说明原水生化性较差，原水中有机物多为较难被生物降解去除的物质。

同时原水BOD5/TN的值为0.42，BOD5/氨氮的值为0.56，TN/TP的值为11，说明原水碳源、磷源不足，不能满足生物脱氮的需求（《厌氧缺氧好氧活性污泥法污水处理工程技术规范》编制说明（征求意见稿）中：当出水要求硝化和反硝化时，BOD5/TKN 宜在3～5 之间，并根据总氮确定适宜的碱度。

当采取生物除磷时，BOD5/TP 应大于20。

德国排水技术协会(ATV)最新制定的城市污水设计规范A131中关于生物脱氮(硝化和反硝化)的曝气池设计方法中，要求进水的COD/BOD5≈2，TKN/BOD5≤0.25）。

四、处理工艺分析
表2列出了本工程要求的各项污染物的目标去除率，同时列出了混凝、沉淀和过滤单元对各项污染指标的去除效果，通过比较可以看出，经过混凝、沉淀、过滤处理后，BOD5能够达到要求，COD降低至50mg/L左右，总氮降低至28mg/L 左右，总磷降低至1mg/L左右，因此需要采用其他处理单元，进一步去除。

表2工程目标去除率和部分水处理单元去除效果
表3列出了后续处理单元要求的各项污染物的目标去除率，同时列出了几种深度处理工艺对各项污染指标的去除效果。

此时水中的COD主要是难生物降解的有机物，因此进一步降低COD需要采用化学氧化或活性炭吸附，并且能够满足处理要求。

经过前处理以及氧化，此时水中的N元素主要以硝酸盐的形式存在，脱氮、离子交换、反渗透都能够达到目标要求。

化学除磷和反渗透都能够进一步降低水中磷酸盐，达到目标要求。

表3深度处理去除效果
由上述分析可知，为了处理北运河水达到回灌地下水的水质要求，可以采取以下几种处理工艺流程：
①臭氧预氧化（可选）→混凝（化学除磷）→沉淀→砂滤→臭氧氧化→化学反
硝化→生物活性炭吸附→紫外消毒
②臭氧预氧化（可选）→混凝（化学除磷）→沉淀→砂滤→臭氧氧化→自养反
硝化→生物活性炭吸附→紫外消毒
③臭氧预氧化（可选）→混凝（化学除磷）→沉淀→砂滤→臭氧氧化→生物活
性炭吸附→离子交换→紫外消毒
④臭氧预氧化（可选）→混凝→沉淀→砂滤→臭氧氧化→生物活性炭吸附→反
渗透→紫外消毒
⑤MBR（好氧）→反渗透→紫外消毒
⑥MBR（AO，补充碳源和铁盐）→高级氧化（AOP）→颗粒活性炭吸附→紫
外消毒
⑦……
五、方案分析比较
表4列出了对以上几种方案的比较：
表4方案分析
5.1 硝酸盐去除技术
饮用水中去除硝酸盐的方法主要有以下几种，具体见表5所示：
表5硝酸盐去除方法比较
5.2 反渗透浓水处理
对于反渗透浓水的处理主要有以下几种方法，具体见表6所示：
表6反渗透浓水处理
5.3 成本计算5.4 推荐方案。