在“十四五”规划（2021—2025年）中，国家发展改革委等十部委联合印发《关于推进污水资源化利用的指导意见》，明确提出到2025年实现地级及以上缺水地区再生水利用率应达到25%以上。缺水地区在实现该目标的过程中面临诸多技术和经济难题，研究适合这些地区的再生水利用方案极为重要。

濮阳市地处黄河下游，被列为以化工等水密集型产业为经济支柱的资源枯竭城市，面临水资源短缺的严峻挑战。同时，濮阳市在黄河流域生态安全和南水北调工程中发挥着关键作用。濮阳市作为极度缺水地区的典型案例，在污水再生回用领域缺乏研究。因此，深入研究该地区的再生水利用潜力，特别是在应对季节性水质波动的技术创新和雨水与再生水联合回用技术的发展方面，有望有效提高再生水水利用率。这不仅对濮阳市水资源的可持续管理具有重要意义，也为其他缺水地区提供参考。

本研究收集了濮阳市20个市级污水处理厂2023年的运行数据，并根据处理厂规模进行分类。其中，大型污水处理厂（容量在10万m³/天以上）1个，中型污水处理厂（容量在1—10万m³/天）17个，小型污水处理厂（容量在1万m³/天以下）2个。其中，5个污水处理厂采用预处理工艺。如图1所示，在生物处理工艺中AAO（厌氧-缺氧-好氧）工艺最为常用，占57.1%，其次是氧化沟工艺，占8.1%，AO（缺氧-好氧）工艺占比最小，仅为4.8%。AAO工艺处理能力最大，占65.2%，其次是氧化沟工艺，占28%，AO工艺的处理能力最小，仅占6.8%。

图1  濮阳市污水处理厂采用不同生物处理的数量（a）和设计处理能力（b）。

如图2所示，濮阳市污水处理厂不同季节的水力负荷率差异显著，范围介于1.00%—127.11%之间，全年月平均值介于55.42%—72.49%之间。全年大多数时期，水力载荷率相对较低，某些时期水力载荷率异常升高。这种水力负荷率特性对污水处理厂的运行和管理提出了更高的要求，必须确保高水力负荷率期间的处理能力和有效性，以及低水力负荷率期间的高效运行。

图2  濮阳市污水处理厂进水负荷率月度变化箱线图。

其中，部分污水处理厂水力负荷率超过100%（图3），表明濮阳污水处理厂的建设和运营仍有改进和发展的空间。某些污水处理厂雨季（7月和8月）水力负荷率超过100%，表明降雨对污水处理厂的运行有重大影响，实施有效的雨污分离措施尤其重要。

图3  濮阳市污水处理厂进水负荷率月度变化图。

濮阳市污水处理厂进水COD浓度为41.85—562.68 mg/L，全年月平均值为171.30—267.20 mg/L，NH₃-N浓度为0.00—64.80 mg/L，年月平均值为24.48—37.10 mg/L，TN浓度为15.8—90.79 mg/L，全年月平均值为42.24—57.12 mg/L，TP浓度为1.45—12.86 mg/L，月平均值为4.10—5.46 mg/L。6—9月农村废水中COD、NH₃-N、TN和TP浓度较低，总体上遵循冬季进水浓度较高、夏季浓度较低的趋势，可见气候和降雨对水质有一定影响。

普遍认为好氧处理的BOD：N：P应在100：10：1和100：5：1之间，厌氧处理应在250：5：1之间。濮阳市污水处理厂进水TN/TP介于5.70—21.73之间，平均值为12.45，中位数为11.01，TN/TP在理想范围内累计概率仅为33.33%。因此，对于TN/TP高的污水处理厂，需要额外的反硝化和除磷技术来进一步处理废水。污水处理厂进水COD/TN对于生物养分去除过程至关重要， COD/TN介于8—12时可有效促进反硝化或完全反硝化过程。濮阳市污水处理厂进水COD/TN为2.63—6.28，平均值为5.03，中位数为4.46。进水COD/TN相对较低，应添加外部碳源实现有效反硝化。

图4显示了主要污染物的去除率。COD去除率始终高于60%。NH₃-N去除率高于85%，TP去除率高于75%，但TN的去除率并不理想。S2装置采用AAO处理工艺，TN去除效率低可能与反硝化过程中有机碳源供应不足有关。总体而言，濮阳市污水处理厂出水水质良好，主要污染指标（pH、COD、TP、NH₃-N）均100%达标。

图4  濮阳市污水处理厂主要污染物去除率。a. COD, b. TN, c. NH₃-N, d. TP。

濮阳市在2018—2019年没有实现污水回用，在2020—2022年再生水利用率较低。再生水主要通过农业灌溉、工业回用和生态补水三种途径进行利用。具体而言，黄河流域新溪镇污水处理厂将部分处理水用于农业灌溉和道路清洁，海河流域右田吉底片区污水处理厂将部分再生水引入渝能发电进行工业回用，海河流域南乐县污水处理厂将再生水引入东湖湿地公园通过人工湿地进行净化用于生态补水。南乐县虽然正在建设再生水厂，但尚未投产，黄河流域尚未建立再生水厂或相关配套设施，表明废水资源化利用的潜力尚未得到充分挖掘。濮阳市已经具备了再生水回用的基本条件，在再生水利用方面具有巨大的潜力。濮阳市应尽早规划构建全市范围内协调的区域再生水循环利用体系，有效应对当前水资源和水环境挑战。

如图5所示，濮阳市污水处理厂出水COD在9—35 mg/L之间，TN在2.5—13.5 mg/L之间，TP在0.03—0.31 mg/L之间，NH₃-N在0.1—2.3 mg/L之间，该出水极有可能适合景观灌溉。但是，将再生水用于景观环境也可能带来健康风险、藻华风险及有毒有害污染物积累的风险。因此，再生水厂需要特别关注营养物质、病原微生物、余氯、重金属、有毒有害污染物等水质指标。

图5  濮阳市污水处理厂出水主要污染物浓度分布。a. COD, b. TN, c. NH₃-N, d. TP。

濮阳市污水处理厂运营能耗相对较高，成本较高。在濮阳市未来中再生水的开发利用中，需要特别考虑用电成本。

从社会影响来看，再生水项目的建设和运营将为社会提供大量就业机会，再生水的使用可以改善水环境，为人们带来更加宜居和愉快的生活环境。从经济影响来看，再生水具有成本优势。同时，濮阳市在推进再生水利用方面面临着监管框架不足、规划分散及大规模利用基础设施有限等挑战。解决这些问题需要制定强有力的政策、系统规划并投资先进的处理技术。将再生水与雨水管理相结合可以为濮阳的水资源短缺问题提供有弹性的解决方案。