LNG接收站中水回用工艺设计及经济效益分析

蔡荣+刘林+任义+周庆+张韬

摘 要：中水回用是实现污水资源化的重要途径，而我国目前缺乏相应政策法规和激励机制。文章通过介绍某LNG接收站中水回用工艺的设计以及经济效益分析，证明中水回用从技术上是完全可以实现的，并且具有一定的经济效益，中水回用是一项切实可行的水资源节约技术。

关键词：中水回用；污水；生物接触氧化法；MBR膜过滤器；经济效益

前言

中国是一个水资源贫乏的国家，属世界上13个贫水国之一，人均水资源是世界平均水平的1/4[1]。据2013年统计，深圳这座人口超千万的全国特大城市，本地水资源严重匮乏，人均水资源拥有量仅为全国平均水平1/12。水是城市发展的基础性资源和战略性经济资源，为从根本上实现水生态的良性循环，保障水资源的可持续利用，中水回用技术是实现污水资源化的重要途径，对我国长远的国民经济发展具有深远的意义。

我国在六五专项科技计划中最先列入了城市污水回用的课题，之后相继将污水回用课题列入国家重点科技攻关计划，2000年～ 2005年的攻关项目为“城市污水再生利用政策、标准、技术研究与示范”。之后相继出台了《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB/T 18920-2002，《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。但是目前国内还没有一部关于再生水回用方面的法律或法规，缺乏法律强制性条款作为保障，也没有与再生水生产、运营及利用相关的政策法规，缺乏有效的激励机制[1]。

1 项目背景介绍

据调研，大部分LNG接收站认为中水回用没有经济意义，污水都是经过初步处理后外排，造成了水资源的浪费。本着“奉献清洁能源，共建低碳深圳”的企业理念和节约水资源的目的，某LNG接收站在项目设计之初就考虑要回用生活污水和含油污水的再生水。全厂设计定员约为 160人，按每人每天0.25m3生活用水定额计算，间歇排放，排放高峰时段约8小时，因此本建设项目需要配备：一套一体化污水处理设备，设计处理能力5m3/h；一套油水分离器，设计处理能力为3m3/h。

根据相关环保规范及环境影响评价要求，本项目全厂污水（分为生活污水与含油污水）处理后需要达到厂区冲厕、绿化用水或道路清扫的回用要求，多余部分可达标排放。厂区内污水处理后必须符合GB/T18920-2002所要求的城市杂用水水质标准，同时还要达到广东省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）第二时段一级标准后允许排海。

因此设计要求处理后中水需达到如下标准：BOD5<20mg/l，动植物油<10mg/l，石油类<5mg/l，COD<90mg/l，悬浮物<60mg/l，氨氮<10mg/l[2][3]

2 工艺设计及关键技术选择

2.1 简要工艺流程

日常生活污水需要先经过化粪池，然后进入污水管网，根据污水处理量以及出水水质要求，结合国内中水回用处理技术工艺，设计按照以下工艺路线：

含油废水：格栅井（细格栅）+含油污水调节池+油水分离器+污油罐。

生活污水：格栅井（细格栅）+生活污水调节池+生物接触氧化池（好氧池、缺氧池、污泥池3部分）+生物膜处理系统+回用水池。

含油污水处理系统简要工艺图如图1：

生活污水处理系统简要工艺图如图2：

2.2 生物接触氧化法

其中，好氧池采用生物接触氧化法（BiologicalContactOxidation）又称“接触曝气法”、“固着式活性污泥法”，是由浸没在污水中的填料和人工曝气系统构成的生物处理工艺。在鼓风曝气供氧的条件下，污水与填料表面的生物膜反复接触，使污水获得净化。

生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。具有以下特点：（1）由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；（2）由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对本项目水质水量的骤变有较强的适应能力；（3）剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。

2.3 内置式MBR膜过滤器

MBR按膜组件和生物反应器组合方式分为外置式（分置式）和内置式（一体式），两种组合方式的比较见下表：其中外置式：需要压力泵加压过滤，动力消耗大，需要配套管道，膜更换方便，膜清洗需要系统停运，占地面积大。内置式：可以提高污泥浓度，有效去除COD，真空泵抽吸过滤，动力消耗小，无配套管道要求，膜更换不方便，膜清洗可以在线进行，占地面积小。根据本LNG接收站的实际情况，选择了内置式优质MBR膜过滤器，基本不需要定期更换膜组件，大大减少了运行期的维护费。

内置MBR膜过滤器为膜生物反应器（MembraneBio-Reactor）的简称，是一种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术，具体特点如下：（1）高效地进行固液分离，其分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用，实现了污水资源化。（2）膜的高效截留作用，使生化反应池中的活性污泥和大分子有机物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的分别控制，运行控制灵活稳定。（3）由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一，并取代了三级处理的全部工艺设施，因此可大幅减少占地面积，节省土建投资。（4）利于硝化细菌的截留和繁殖，系统硝化效率高。通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。（5）由于泥龄可以非常长，从而大大提高难降解有机物的降解效率。（6）反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，剩余污泥产量极低，由于泥龄可无限长，理论上可实现污泥零排放，减少排放费用。（7）系统实现PLC控制，操作管理方便。

3 经济效益估算

3.1 回用中水年节约水费

LNG接收站中水可用于绿化浇花、冲厕、车辆冲洗、设备地面冲洗、道路清扫等，初步估算，基本可以有效利用全部中水。因此，按照中水全部回收利用来考虑分析中水回用的经济效益。

生活污水40m3/d，含油污水72m3/d，正常情况下接收站一年365天均正常运营。工业用水价格根据深圳市水务集团公布的价格算法包括取水、排水、垃圾处理三部分，用水单价为：3.35+90%*1.05+9%*0.27=4.3193（元/m3）。因此，年节约水费用为：（40+72）*365*4.3193=17.6573万元。

3.2 系统运行成本

中水回用系统运行成本包括：动力费、消毒药剂费、人工费、检修费、工程排污费。

3.2.1 动力费（电费按0.60元/KW.h计，年运行时间根据实际运行工况估算）（见表1）

中水回用系统年动力费=含油污水装置年动力费+生活污水装置年动力费=∑（P*T）*0.6=44577元

3.2.2 消毒药剂费用：次氯酸钠每吨污水处理费用0.10（元/m3），按照满负荷运行计算（365天），污水处理装置年药剂费用为4088元。

3.2.3 人工费：维护人员为LNG接收站员工兼职，因此不另计费。

3.2.4 检修维护费：检修维护费主要为MBR膜更换费用，每5年更换1次，每次更换一组膜的单价为38000元，因此折合每年7600元。

3.2.5 工程排污费：主要是污油作为废物的外运处理费用，按接收站的实际情况，一年只需外运一次，费用为1000元/次，年费用为1000元。

综上，中水回用系统年运行费用为：∑Q=44577+4088+7600+1000=57265元。

年经济收益=年节约取水费用-中水系统年运行费用=119308元

整个中水回用系统工程总投资约90万，投资回收期=工程总投资÷年经济收益=7.54年

4 结束语

实践证明：从技术层面来讲，目前的水处理工艺可以将污水处理到城市杂用水水质标准。中水回用技术是一项行之有效、切实可行的水资源节约技术。采用中水回用系统，将全部废水回收利用资源化，不仅减轻了工业用水对水资源的依赖性，而且减轻了对环境的污染，发挥了良好的社会效益。随着水资源的日趋紧张，水价的不断攀升，中水回用给企业还来明显的经济效益。中水回用是实现污水资源化的重要途径，对我国长远的国民经济发展具有深远的意义。

参考文献

[1]李纯，孙艳艳等.国外再生水回用政策及对我国的启示研究[J].环境科学与技术，2010（12）.

[2]城市污水再生利用城市杂用水水质，GB/T18920-2002.

[3]《水污染物排放限值》，DB44/26-2001.

[4]张泉.中水回用经济效益分析[J].北方环境，2011.8.

3 经济效益估算

3.1 回用中水年节约水费

LNG接收站中水可用于绿化浇花、冲厕、车辆冲洗、设备地面冲洗、道路清扫等，初步估算，基本可以有效利用全部中水。因此，按照中水全部回收利用来考虑分析中水回用的经济效益。

生活污水40m3/d，含油污水72m3/d，正常情况下接收站一年365天均正常运营。工业用水价格根据深圳市水务集团公布的价格算法包括取水、排水、垃圾处理三部分，用水单价为：3.35+90%*1.05+9%*0.27=4.3193（元/m3）。因此，年节约水费用为：（40+72）*365*4.3193=17.6573万元。

3.2 系统运行成本

中水回用系统运行成本包括：动力费、消毒药剂费、人工费、检修费、工程排污费。

3.2.1 动力费（电费按0.60元/KW.h计，年运行时间根据实际运行工况估算）（见表1）

中水回用系统年动力费=含油污水装置年动力费+生活污水装置年动力费=∑（P*T）*0.6=44577元

3.2.2 消毒药剂费用：次氯酸钠每吨污水处理费用0.10（元/m3），按照满负荷运行计算（365天），污水处理装置年药剂费用为4088元。

3.2.3 人工费：维护人员为LNG接收站员工兼职，因此不另计费。

3.2.4 检修维护费：检修维护费主要为MBR膜更换费用，每5年更换1次，每次更换一组膜的单价为38000元，因此折合每年7600元。

3.2.5 工程排污费：主要是污油作为废物的外运处理费用，按接收站的实际情况，一年只需外运一次，费用为1000元/次，年费用为1000元。

综上，中水回用系统年运行费用为：∑Q=44577+4088+7600+1000=57265元。

年经济收益=年节约取水费用-中水系统年运行费用=119308元

整个中水回用系统工程总投资约90万，投资回收期=工程总投资÷年经济收益=7.54年

4 结束语

实践证明：从技术层面来讲，目前的水处理工艺可以将污水处理到城市杂用水水质标准。中水回用技术是一项行之有效、切实可行的水资源节约技术。采用中水回用系统，将全部废水回收利用资源化，不仅减轻了工业用水对水资源的依赖性，而且减轻了对环境的污染，发挥了良好的社会效益。随着水资源的日趋紧张，水价的不断攀升，中水回用给企业还来明显的经济效益。中水回用是实现污水资源化的重要途径，对我国长远的国民经济发展具有深远的意义。

参考文献

[1]李纯，孙艳艳等.国外再生水回用政策及对我国的启示研究[J].环境科学与技术，2010（12）.

[2]城市污水再生利用城市杂用水水质，GB/T18920-2002.

[3]《水污染物排放限值》，DB44/26-2001.

[4]张泉.中水回用经济效益分析[J].北方环境，2011.8.

3 经济效益估算

3.1 回用中水年节约水费

LNG接收站中水可用于绿化浇花、冲厕、车辆冲洗、设备地面冲洗、道路清扫等，初步估算，基本可以有效利用全部中水。因此，按照中水全部回收利用来考虑分析中水回用的经济效益。

生活污水40m3/d，含油污水72m3/d，正常情况下接收站一年365天均正常运营。工业用水价格根据深圳市水务集团公布的价格算法包括取水、排水、垃圾处理三部分，用水单价为：3.35+90%*1.05+9%*0.27=4.3193（元/m3）。因此，年节约水费用为：（40+72）*365*4.3193=17.6573万元。

3.2 系统运行成本

中水回用系统运行成本包括：动力费、消毒药剂费、人工费、检修费、工程排污费。

3.2.1 动力费（电费按0.60元/KW.h计，年运行时间根据实际运行工况估算）（见表1）

中水回用系统年动力费=含油污水装置年动力费+生活污水装置年动力费=∑（P*T）*0.6=44577元

3.2.2 消毒药剂费用：次氯酸钠每吨污水处理费用0.10（元/m3），按照满负荷运行计算（365天），污水处理装置年药剂费用为4088元。

3.2.3 人工费：维护人员为LNG接收站员工兼职，因此不另计费。

3.2.4 检修维护费：检修维护费主要为MBR膜更换费用，每5年更换1次，每次更换一组膜的单价为38000元，因此折合每年7600元。

3.2.5 工程排污费：主要是污油作为废物的外运处理费用，按接收站的实际情况，一年只需外运一次，费用为1000元/次，年费用为1000元。

综上，中水回用系统年运行费用为：∑Q=44577+4088+7600+1000=57265元。

年经济收益=年节约取水费用-中水系统年运行费用=119308元

整个中水回用系统工程总投资约90万，投资回收期=工程总投资÷年经济收益=7.54年

4 结束语

实践证明：从技术层面来讲，目前的水处理工艺可以将污水处理到城市杂用水水质标准。中水回用技术是一项行之有效、切实可行的水资源节约技术。采用中水回用系统，将全部废水回收利用资源化，不仅减轻了工业用水对水资源的依赖性，而且减轻了对环境的污染，发挥了良好的社会效益。随着水资源的日趋紧张，水价的不断攀升，中水回用给企业还来明显的经济效益。中水回用是实现污水资源化的重要途径，对我国长远的国民经济发展具有深远的意义。

参考文献

[1]李纯，孙艳艳等.国外再生水回用政策及对我国的启示研究[J].环境科学与技术，2010（12）.

[2]城市污水再生利用城市杂用水水质，GB/T18920-2002.

[3]《水污染物排放限值》，DB44/26-2001.

[4]张泉.中水回用经济效益分析[J].北方环境，2011.8.