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給水排水 |胡洪營(yíng)團隊:深度解讀2《水回用導則 污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)方法》發(fā)布日期:2022-01-10
導 讀
近日,由清華大學(xué)、中國標準化研究院、清華大學(xué)深圳國際研究生院等單位牽頭制定的《水回用導則》系列國家標準經(jīng)國家市場(chǎng)監督管理總局、國家標準化管理委員會(huì )批準正式發(fā)布。《水回用導則》系列國家標準為首次制定,包括以下3項標準:
《水回用導則 再生水廠(chǎng)水質(zhì)管理》(GB/T 41016-2021)
《水回用導則 污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)方法》(GB/T 41017-2021)
《水回用導則 再生水分級》(GB/T 41018-2021)
《水回用導則》系列國家標準的發(fā)布實(shí)施將為我國污水資源化利用發(fā)展提供重要標準依據,對于加強再生水分級管理,引導污水再生處理技術(shù)開(kāi)發(fā)與優(yōu)化進(jìn)步,促進(jìn)再生水行業(yè)快速發(fā)展具有重要意義。
《給水排水》雜志社特邀主編單位,對3項標準分別進(jìn)行了深度解讀,形成的系列文章將會(huì )在“給水排水”微信公眾號陸續推送。本篇重點(diǎn)解讀《水回用導則 污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)方法》(GB/T 41017-2021),該標準規定了污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義、指標體系、程序與要求,可為處理技術(shù)或工藝的比選、診斷和運行優(yōu)化提供指導,對保障污水再生處理系統的安全、穩定、高效和經(jīng)濟運行,促進(jìn)污水再生處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)應用與優(yōu)化具有積極意義。
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通信作者
胡洪營(yíng)
教授/博導,清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、國家環(huán)境保護環(huán)境微生物利用與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗室主任,國家杰出青年科學(xué)基金與國家級教學(xué)名師獎獲得者,先后獲國家科技進(jìn)步獎二等獎和教育部、住建部、環(huán)保部等省部級科技進(jìn)步一等獎多項。主要從事再生水安全利用理論與技術(shù)方面的研究。
城鎮污水量大質(zhì)穩,就近可取,潛在效益顯著(zhù)。加快推進(jìn)污水再生利用成為支撐我國生態(tài)文明建設,實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措。污水再生處理是再生水安全穩定高效生產(chǎn)和供給的核心,亟需構建科學(xué)、合理的污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)體系和評價(jià)方法,從而為處理技術(shù)或工藝的選擇、診斷和運行優(yōu)化提供指導,為我國污水再生利用事業(yè)的快速發(fā)展提供堅實(shí)保證。
針對污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)方法需求,清華大學(xué)等單位編制了《水回用導則 污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)方法》(GB/T 41017-2021)。該標準由全國節水標準化技術(shù)委員會(huì )(SAC/TC442)和全國環(huán)保產(chǎn)業(yè)標準化技術(shù)委員會(huì )(SAC/TC275)共同提出并歸口,由國家市場(chǎng)監督管理總局和國家標準化管理委員會(huì )發(fā)布實(shí)施。
該標準是《水回用導則》系列國家標準之一,為首次發(fā)布?!端赜脤t》系列國家標準旨在從再生水分級、評價(jià)和管理等角度為再生水行業(yè)開(kāi)展項目規劃、設計、運營(yíng)、評價(jià)和管理等工作提供專(zhuān)業(yè)指導意見(jiàn)和規范。
01
標準制定的重要意義
污水再生利用是水資源短缺和水環(huán)境污染、問(wèn)題的重要措施,其經(jīng)濟上可行、技術(shù)上可靠。全球許多國家和地區已開(kāi)展了卓有成效的再生水利用,例如美國、日本、澳大利亞、以色列、新加坡等國家是開(kāi)展相關(guān)理論研究、技術(shù)研發(fā)和工程實(shí)踐較早的國家。再生水已普遍用于生態(tài)用水、景觀(guān)環(huán)境用水、市政用水、工業(yè)用水、農林牧漁業(yè)用水、補充水源水等途徑,涉及的行業(yè)領(lǐng)域十分廣泛。
近年來(lái),我國城鎮污水基礎設施發(fā)展迅速,污水處理能力不斷提升,污水處理廠(chǎng)出水水質(zhì)不斷提高,為再生水利用奠定了良好的基礎。2021年初,國家發(fā)展改革委聯(lián)合九部門(mén)印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導意見(jiàn)》中,明確了我國污水再生利用的發(fā)展目標、重要任務(wù)和重點(diǎn)工程,標志著(zhù)污水再生利用上升為國家行動(dòng)計劃。
根據住建部《“十四五”城鎮污水處理及資源化利用發(fā)展規劃》(2021年6月),到2025年,全國地級及以上缺水城市再生水利用率目標達到25%以上,京津冀地區達到35%以上,黃河流域中下游地級及以上缺水城市力爭達到30%。預計“十四五”期間和未來(lái)15年,我國再生水利用將會(huì )得到更快發(fā)展。
標準規范是再生水行業(yè)健康發(fā)展的重要保障?!蛾P(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導意見(jiàn)》中明確指出“加快完善相關(guān)政策標準,將再生水納入城市供水體系?!蔽鬯偕幚硎窃偕到y的核心。目前,污水再生處理技術(shù)與工藝主要包括混凝沉淀、介質(zhì)過(guò)濾(含生物過(guò)濾)、膜過(guò)濾(微濾、超濾、反滲透)、活性炭吸附、氧化等單元處理技術(shù)及其組合工藝。雖然這些技術(shù)與工藝已在實(shí)際污水再生處理過(guò)程中得到廣泛應用,但其與不同水源水質(zhì)、再生水水質(zhì)要求之間的關(guān)系還不是十分清晰,各種技術(shù)和工藝的評價(jià)也缺少標準和規范的指導急需構建科學(xué)、合理、規范的評價(jià)體系和評價(jià)方法,為污水再生處理技術(shù)選擇、診斷和運行優(yōu)化提供指導。
02
標準的主要內容
《水回用導則 污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)方法》于2018年獲得立項,由全國節水標準化技術(shù)委員會(huì )(SAC/TC442)和全國環(huán)保產(chǎn)業(yè)標準化技術(shù)委員會(huì )(SAC/TC275)共同提出并歸口,由清華大學(xué)等單位起草。該標準規定了污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義、評價(jià)指標體系、評價(jià)程序與要求,適用于污水再生處理技術(shù)與工藝的評價(jià)。在以下幾個(gè)方面具有創(chuàng )新性:
-
從評價(jià)指標體系、評價(jià)程序與要求等方面系統規范了污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)的內容和要求。
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提出了評價(jià)指標的結構和設立原則,一級指標應反映技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境和可靠性等主要方面。提出了技術(shù)指標、經(jīng)濟指標、環(huán)境指標和可靠性指標的定量和定性評價(jià)方法,有助于全面反映處理技術(shù)或工藝特點(diǎn)。
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提出了評價(jià)程序與基本要求,根據不同類(lèi)型污水再生處理技術(shù)或工藝的特點(diǎn),明確了評價(jià)周期、取樣時(shí)間與頻次等要求。
03
評價(jià)指標體系
污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)指標包括定量和定性?xún)深?lèi)指標。定量評價(jià),應選取科學(xué)、合理的可量化指標,充分考慮相關(guān)數據的可獲取性和可靠性。定性評價(jià),主要采用描述性或相對比較方式進(jìn)行評價(jià);評價(jià)應符合客觀(guān)事實(shí)、用詞準確、具有可考核性和可比較性。定量和定性指標應定義明確、內涵和邊界清晰。
污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)指標體系如表1所示。評價(jià)指標體系通常由一級指標和二級指標組成。一級指標用于對具體指標進(jìn)行分類(lèi),包括技術(shù)指標、經(jīng)濟指標、環(huán)境指標和可靠性指標;二級指標用于定量或定性評價(jià)。根據評價(jià)需要,也可設立其他二級、三級或更多級指標;設立的指標應定義明確、內涵清晰。
表1 污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)指標體系
(1)技術(shù)指標
技術(shù)指標反映污水再生處理技術(shù)與工藝在技術(shù)性能、技術(shù)先進(jìn)性等技術(shù)方面的特征,主要包括出水水質(zhì)、污染物去除率、容積負荷、污染物去除負荷、污泥產(chǎn)生量等二級指標。
出水水質(zhì)指在一定條件下,經(jīng)處理后達到的水質(zhì)水平。應根據再生水的用途和用戶(hù)要求,選擇相應的水質(zhì)指標,包括相關(guān)水質(zhì)標準中規定的指標和其他需要關(guān)注的特定指標。常規指標主要包括pH、生化需氧量(BOD)、化學(xué)需氧量(COD)、總懸浮固體、濁度、余氯、氮磷等營(yíng)養物質(zhì)濃度、電導率、病原指示微生物濃度等。特定指標應根據用戶(hù)要求或水質(zhì)安全性保障需求進(jìn)行選擇,如特征化學(xué)污染物、特定病原微生物、化學(xué)穩定性、生物穩定性、生物毒性、有毒有害副產(chǎn)物等。
污染物去除率指去除污染物的百分率。單位容積去除負荷指單位容積單位時(shí)間內去除污染物的量。單位占地面積去除負荷指單位占地面積單位時(shí)間去除污染物的量。污泥產(chǎn)生量指處理單位水量或去除單位質(zhì)量污染物所產(chǎn)生的污泥量。技術(shù)指標的具體計算公式可參見(jiàn)標準正文。
(2)經(jīng)濟指標
經(jīng)濟指標反映污水再生處理技術(shù)與工藝在投資成本、運行成本、綜合成本等經(jīng)濟方面的特征,主要包括單位水量建設費用、電耗和電耗費用、藥耗和藥耗費用、水耗和水耗費用、人工和人工費用等二級指標。
單位水量建設費用指為完成污水再生處理工程的建設、折合成單位處理水量的建設費用。電耗和電耗費用指處理單位水量或去除單位質(zhì)量污染物所需電耗和電耗費用。
藥耗和藥耗費用指處理單位水量或去除單位質(zhì)量污染物所需的藥耗和藥耗費用,藥劑包括混凝劑、反硝化外加碳源、污泥處理處置用藥劑等,主要用于混凝沉淀、反硝化生物過(guò)濾、污泥處理處置等污水再生處理過(guò)程。
水耗和水耗費用指處理單位水量所需水耗(包括自來(lái)水消耗量和再生水消耗量)和水耗費用。人工和人工費用指處理單位水量所需人工和人工費用。經(jīng)濟指標的具體計算公式可參見(jiàn)標準正文。
(3)環(huán)境指標
環(huán)境指標反映污水再生處理技術(shù)與工藝對環(huán)境的正面或負面影響等環(huán)境方面的特征,主要包括臭氣產(chǎn)生量、溫室氣體釋放量等二級指標。
臭氣產(chǎn)生量指處理單位水量或去除單位質(zhì)量污染物所產(chǎn)生的臭氣物質(zhì)的量。污水再生處理過(guò)程釋放的臭氣物質(zhì)種類(lèi)主要包括:含硫化合物(如硫化氫、硫醇類(lèi)、硫醚類(lèi)等)、含氮化合物(如氨、胺類(lèi)、酰胺類(lèi)、吲哚類(lèi)等)、烴類(lèi)化合物(如烷烴、烯烴、芳香烴等)及含氧化合物(如醇、醛、酮、酚、有機酸等)。臭氣種類(lèi)和產(chǎn)生量受進(jìn)水水質(zhì)、水量、處理工藝、運維方式等因素的影響。
溫室氣體釋放量指處理單位水量或去除單位質(zhì)量污染物所釋放的溫室氣體量。污水再生處理過(guò)程釋放的溫室氣體主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)和六氟化硫(SF6)等。溫室氣體與CO2轉化的當量系數,參見(jiàn)表2。環(huán)境指標的具體計算公式可參見(jiàn)標準正文。
表2 典型非CO2溫室氣體的折算當量系數
(4)可靠性指標
可靠性指標反映污水再生處理技術(shù)與工藝在高效穩定、運行管理等可靠性方面的特征,主要包括水質(zhì)波動(dòng)率、水質(zhì)達標率、冗余度、魯棒性、彈韌性等二級指標。
水質(zhì)波動(dòng)率指評價(jià)周期內,出水水質(zhì)偏離平均值的波動(dòng)幅度。水質(zhì)達標率指在評價(jià)周期內,出水水質(zhì)達到處理目標天數所占的比例。水質(zhì)波動(dòng)率和水質(zhì)達標率的具體計算公式可參見(jiàn)標準正文。
冗余度指污水再生處理系統超出最低水質(zhì)安全保障要求的處理能力,以保證某一單元發(fā)生事故時(shí),處理系統仍能穩定持續地達到處理目標/性能指標。冗余度評價(jià)指評價(jià)污水再生處理系統的最大處理能力及安全系數、單元和設備備份度等,可進(jìn)行定性或定量分析。
魯棒性指污水再生處理系統在水質(zhì)、水量等沖擊作用下,保持功能穩定的能力,即抗沖擊能力。魯棒性評價(jià)指測定負荷增加或減少情況下,污水再生處理系統達到穩定狀態(tài)所需的時(shí)間。負荷增加或減少幅度可根據評價(jià)目標進(jìn)行設定。負荷增減情景包括流量增減和濃度增減兩種類(lèi)型。例如,可以選取特征污染物(如指示病原微生物、化學(xué)污染物等)進(jìn)行沖擊投加,考察其在污水再生處理系統中的特性和變化規律。
彈韌性指污水再生處理系統對突發(fā)事故的應對和功能恢復能力。彈韌性評價(jià)指評價(jià)停電或高毒性、高抑制性、難處理廢水沖擊等突發(fā)事件情況下,污水再生處理系統的運行狀況和恢復能力,可進(jìn)行定性或定量分析。
04
評價(jià)程序與要求
污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)程序主要包括:確定評價(jià)對象、明確邊界條件與評價(jià)目的、選取評價(jià)指標、收集評價(jià)資料、開(kāi)展評價(jià)實(shí)驗、開(kāi)展綜合評價(jià)、撰寫(xiě)評價(jià)報告、開(kāi)展專(zhuān)家咨詢(xún)、完善評價(jià)報告和形成評價(jià)報告等步驟,如圖1所示。
圖1 污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)程序
(1)評價(jià)對象和評價(jià)指標
評價(jià)對象的確定是評價(jià)程序中關(guān)鍵的步驟。評價(jià)對象包括新開(kāi)發(fā)的、實(shí)際應用的和利舊改造的處理技術(shù)、單元技術(shù)和組合工藝。需要針對評價(jià)對象,確定所評價(jià)處理技術(shù)或工藝的功能及其可能的適用范圍。評價(jià)目的包括處理技術(shù)評價(jià)、技術(shù)比選、運行診斷等,針對不同評價(jià)目的,選擇合適的評價(jià)程序。
評價(jià)指標應根據評價(jià)對象和目的進(jìn)行合理選擇,以定量指標為主,定性指標為輔。除技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境和可靠性指標外,對于新開(kāi)發(fā)的處理技術(shù)、單元技術(shù)和組合工藝的評價(jià),還需重點(diǎn)關(guān)注處理技術(shù)應用的邊界條件等指標;對于實(shí)際應用的處理技術(shù)、單元技術(shù)和組合工藝評價(jià),還需關(guān)注運行績(jì)效提升潛力等指標。資料收集過(guò)程中應保證數據的合理性、客觀(guān)性和全面性。
(2)評價(jià)實(shí)驗
對于新開(kāi)發(fā)的處理技術(shù)或工藝,應通過(guò)中試規模實(shí)驗開(kāi)展技術(shù)驗證,獲得關(guān)鍵評價(jià)指標數據。對于運行中的處理技術(shù)或工藝,應針對實(shí)際工程開(kāi)展研究考察,以獲得評價(jià)指標數據。根據評價(jià)對象特點(diǎn),確定科學(xué)合理的評價(jià)周期和取樣時(shí)間與頻次等。
為充分反映不同類(lèi)型污水再生處理技術(shù)或工藝的特點(diǎn),對于評價(jià)周期的選擇,物理化學(xué)處理技術(shù)或工藝的評價(jià)周期不宜小于30天,生物處理技術(shù)或工藝不宜小于6個(gè)月(包含冬季),濕地等生態(tài)處理技術(shù)或工藝不宜小于1年。
評價(jià)負荷增減或負荷沖擊條件下的運行性能時(shí),負荷變化后的運行時(shí)間和評價(jià)周期,需根據處理技術(shù)或工藝水力停留時(shí)間確定。為充分反映污水再生處理技術(shù)或工藝的可靠性,負荷變化后的運行時(shí)間和評價(jià)周期,物理、化學(xué)處理工藝不宜小于水力停留時(shí)間的20倍,生物、生態(tài)處理技術(shù)不宜小于水力停留時(shí)間的60倍。取樣評價(jià)有效數據應大于100組。
可根據《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920)等城市污水再生利用系列國家標準的水質(zhì)要求規定,確定進(jìn)水出水水質(zhì)檢測項目和頻率,并滿(mǎn)足處理技術(shù)或工藝運行評價(jià)和管理需要。應根據條件和需要,酌情增加對關(guān)鍵水質(zhì)指標和控制參數的檢測頻率。
對于有相關(guān)標準檢測方法的,應參考該方法進(jìn)行水質(zhì)等指標測定;對于沒(méi)有相關(guān)標準檢測方法的,可參考相關(guān)研究文獻進(jìn)行測定;對于特殊指標,可以采用新開(kāi)發(fā)的方法進(jìn)行測定,但需要詳細描述方法并提供方法可靠性評價(jià)資料等。
應詳細記錄檢測結果,包括取樣人/時(shí)間/地點(diǎn)、水質(zhì)檢測方法和注意事項、水量水質(zhì)監測數據報表、環(huán)境條件等。對于原始取樣與分析等過(guò)程,應保存好原始數據和信息。
(3)綜合評價(jià)
可根據評價(jià)指標體系的相關(guān)內容,對所選指標進(jìn)行定量計算或定性描述??刹捎脤?zhuān)家評議、打分等方法,對定量定性評價(jià)結果進(jìn)行綜合分析,并與其他同類(lèi)型技術(shù)或工藝進(jìn)行系統比較,明確評價(jià)對象的特點(diǎn)、優(yōu)勢和不足,提出改進(jìn)措施。
(4)評價(jià)報告
評價(jià)報告撰寫(xiě)應表達規范,報告內容包括污水再生處理技術(shù)或工藝、評價(jià)周期、技術(shù)或工藝運行條件、水質(zhì)測定方法、水質(zhì)監測結果(附原始數據)、評價(jià)結果、評價(jià)結論等內容。通過(guò)咨詢(xún)5名及以上本領(lǐng)域資深專(zhuān)家,對評價(jià)報告進(jìn)行專(zhuān)家評議,保證評價(jià)報告的科學(xué)性與完整性等。專(zhuān)家咨詢(xún)過(guò)程中獲得的評審意見(jiàn)等資料,宜進(jìn)行歸檔保存,以備后續核查。根據專(zhuān)家咨詢(xún)意見(jiàn),對評價(jià)報告進(jìn)行完善;必要時(shí),需重復前述數據獲取、綜合評價(jià)等程序。經(jīng)過(guò)圖1所述程序,最終形成完整的技術(shù)或工藝評價(jià)報告,并及時(shí)歸檔和妥善保存。
05
結語(yǔ)
污水再生利用是改善城市水環(huán)境、實(shí)現水資源循環(huán)利用、提高城市水安全和供水能力等多重目標的有效手段。目前我國在城鎮再生水利用量和利用途徑等方面仍有很大拓展空間,但不同污水再生處理技術(shù)與工藝的評價(jià)與優(yōu)化尚缺乏標準化、規范化和系統化的指導。
《水回用導則》系列國家標準旨在從再生水分級、評價(jià)和管理等角度為再生水行業(yè)開(kāi)展項目規劃、設計、運營(yíng)、評價(jià)和管理等工作提供專(zhuān)業(yè)指導意見(jiàn)和規范?!端赜脤t 污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)方法》國家標準是其中之一,為首次發(fā)布,其規定了污水再生處理技術(shù)與工藝評價(jià)的相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義、評價(jià)指標體系、評價(jià)程序與要求,對于保障污水再生處理系統的安全、穩定、高效和經(jīng)濟運行具有重要意義。今后需進(jìn)一步做好該標準的宣貫工作,加強實(shí)施和監督管理,充分發(fā)揮國家標準的規范和引領(lǐng)作用。
轉自《給水排水》