（市政工程专业论文）厌氧好氧除磷厌氧氨氧化脱氮城市污水再生全流程研究.pdf

f 分类号：t u 9 9 1 2 题 单位代码：1 0 0 0 5 学号：b 2 0 0 6 0 4 0 2 6 密级：公开 北京工业大学博士学位论文 英文并列 题目integratedp r o c e s so fa n a e r o b i c o x i c 研究生姓名： 王俊塞 专 业： 壹亟王猩 研究方向：丞巫缝送复王猩堡途皇撞苤 导师姓名：韭态 职 称：教援 奎釜 教授 论文报告提交日期 2 q ! q 生3 且 学位授予u 期 授予单位名称和地址一一 j 匕哀王些盔堂 j e 塞直翅团匡里压园! 嫂曼 3川619 删87，iiiil啪y 罡 耄i 蛊j 一 意一 l 芝i 蚕l渊 s o 面一 蓄i 丝世善| l 巡堂 c l a s s i f i e di n d e x ：t u 9 91 2 ad i s s e r t a t i o nf o rt h ed o c t o r a ld e g r e ei ne n g i n e e r i n g i n t e g r a t e dp r o c e s so fa n a e r o b i c o x i c p h o s p h o r u sr e m o v a la n da n a e r o b i c a m m o n i u mo x i d a t i o nn i t r o g e nr e m o v a lf o r u r b a ns e w a g er e g e n e r a t i o n b y j u n a nw a n g u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f e ss o r 儿ez h a n ga n dp r o f e ss o rd o n gl i ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro f e n g i n e e r i n g ( m u n i c i p a le n g i n e e r i n g ) a tt h e b e i j i n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y b e i j i n g ，p r c h i n a m a y2 0 1 0 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：塑叁止 日期：丛f 旦垦绸塑 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 摘要 摘要 城市污水是国际公认的宝贵的城市“第二水源”，城市污水再生全流程的研发 及应用，是缓解水危机、恢复或维系社会用水健康循环的重中之重。在污水生物 处理过程中，为了从本质上解决除磷菌和脱氮菌之间存在的矛盾和竞争，可以将 除磷和脱氮过程分别进行考虑。目前，对于生物除磷，厌氧好氧工艺最为经济 可靠；而对于生物脱氮，厌氧氧氧化工艺无疑最具有可持续发展的意义。 针对厌氧好氧生物除磷部分亚硝化厌氧氨氧化生物脱氮城市污水再生全 流程工艺，通过对除磷反应器的运行工况进行调整，提出了污泥膨胀的解决方法， 确定了其快速恢复的技术手段；通过对部分亚硝化和厌氧氨氧化反应的机理特性 进行分析，确定了影响生物自养脱氮反应的主要因素，提出了低氨城市污水条件 下厌氧氨氧化脱氮的主要技术手段；并将全流程工艺中的脱氮菌和聚磷菌进行耦 合，探究了不同工况条件下反应器的运行效能，为全流程优化提供了基础资料。 本论文研究工作的主要内容和创新点表现在以下几个方面： ( 1 ) 确立了低溶解氧控制是实现城市污水部分亚硝化的主要途径对于生物 滤池亚硝化系统，通过在滤池上部水中进行曝气和处理水携氧内循环联合的方 式，可以实现对生物膜系统内溶解氧浓度的良好控制，并同时能起到提高处理水 p h 值的作用，这更有利于氨氧化细菌的富集生长。亚硝化生物滤池间歇运行条 件下，“三氮”浓度的变化均符合零级动力学反应的特点，而业氮与氨氮的比例 呈二次曲线变化规律，在本试验条件下实现部分亚硝化所需要的适宜水力停留时 间为9 0 5 1 3 5 8 小时。 ( 2 ) 实现了常温、低氨氮城市污水厌氧氨氧化生物滤池的快速启动接种厌 氧氨氧化菌的生物滤池反应器将经历厌氧氨氧化菌的驯化和快速扩增过程，其中 驯化时间约为3 0 天，快速扩增时问约为7 5 天。以火山岩活性生物陶粒为滤料的 生物膜反应器作为厌氧氨氧化菌富集与增殖的载体，在反应器启动过程中，反应 器内生成气体的产量、生物滤料颜色的改变、各类氮素的转化以及p h 值等的变 化情况，均可作为表征厌氧氨氧化菌驯化与扩增阶段厌氧氨氧化反应特性的重要 标志。 ( 3 ) 提出了磷酸盐对厌氧氨氧化生物滤池脱氮性能的影响机制进水磷酸盐 浓度的提高对常温、低氨氮城市污水厌氧氨氧化反应存在可逆性抑制作用。当进 水总磷浓度高于1 0 m g l 时，在滤池内开始有鸟粪石晶体等沉积物形成，这些沉 积物填充了厌氧氨氧化生物填料的部分孔隙，并阻滞了厌氧氨氧化反应基质的正 常传递，从而造成了反应器脱氮负荷的明显下降。通过联合减少磷酸盐的投加、 短期降低进水p h 值和反冲洗三个途径，可在2 天内将厌氧氨氧化生物滤池的脱 氮负荷恢复至原来的8 8 8 。 j 匕! l ：, i k 人学i ：学博 j 学f 节论文 ( 4 ) 获得了s b r 同步亚硝化一厌氧氨氧化深度处理城市污水的方法在s b r 悬浮污泥法同步亚硝化厌氧氨氧化处理城市污水的过程中，根据溶解氧、氧化 还原电位和p h 值在反应周期中的变化规律，在控制d o 0 3 0 m g l 的系统运行条 件时，可将d o = l m g l 作为s b r 周期反应终点的标志。在较低温度条件下，厌 氧氨氧化菌活性难以提高，考虑到城市污水处理工程的实际情况，相对于升高温 度和增加非曝气反应时段两种途径来说，适当提高厌氧氨氧化菌的生物量密度， 是提高厌氧氨氧化工艺脱氮效果的适宜途径。 ( 5 ) 实现了常温、低氨氮城市污水生物滤池c a n o n 反应器的启动溶解氧控 制可作为常温、低氨氮城市污水条件下，生物滤池业硝化厌氧氨氧化反应器启 动的主要控制因子，通过在生物滤池上部水中进行曝气和处理水携氧内循环联合 的方式，可以实现对生物膜系统内溶解氧浓度的良好控制。间歇式运行条件下， 可通过p h 值的变化来对反应周期进行实时控制。 关键词：城市污水；生物除磷；生物脱氮；亚硝化；厌氧氨氧化 人b s t r a c t a b s t r a c t u r b a ns e w a g eh a sb e e ni n t e m a t i o n a l l yr e c o g n i z e da sv a l u a b l ec i t y s ”s e c o n d r e s o u r c e s ”，w h i l et h er e s e a r c h ，d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h ei n t e g r a t e dp r o c e s s f o rr e g e n e r a t i o no fm u n i c i p a lw a s t e w a t e ri sv e r yi m p o r t a n tf o ra l l e v i a t i n gt h ew a t e r c r i s i s ，r e s t o r i n g o rm a i n t a i n i n gt h eh e a l t h yc y c l eo fc u l t u r a lw a t e r i nb i o l o g i c a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s ，i no r d e rt os o l v et h ec o n t r a d i c t i o n sa n dc o m p e d i c i t i o n s e s s e n t i a l l yb e t w e e nt h en i t r o g e nr e m o v a lb a c t e r i aa n dp h o s p h o r u sr e m o v a lb a c t e r i a ， t h er e m o v a lo fp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nc a nb ec o n s i d e r e ds e p a r a t e l y c u r r e n t l y , a n a e r o b i c o x i cp r o c e s si st h em o s te c o n o m i c a la n dr e l i a b l ef o rb i o l o g i c a lp h o s p h o r u s r e m o v a l ，w h i l ef o rb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ，a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n u n d o u b t e d l yo w n sm o r es i g n i f i c a n c ef o rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t f o rt h ei n t e g r a t e dr e c l a m a t i o np r o c e s so fm u n i c i p a lw a s t e w a t e ri n c l u d i n g a n a e r o b i c o x i cb i o l o g i c a l p h o s p h o r u sr e m o v a la n ds h o r t c u tn i t r i f i c m i o n a n e a r o b i c a m m o n i u mo x i d a t i o n ( a n a m m o x ) ，t h ep r o b l e mo fa c t i v a t e ds l u d g eb u l k i n gi s s o l v e d ，a n dt h er e a c t o r sf a s tr e c o v e r yt e c h n i q u e sa r ed e t e r m i n e dt h r o u g ha d j u s t i n g t h eo p e r a t i o np a r a m e t e r so fp h o s p h o r u sr e m o v a lr e a c t o r t h r o u g ht h ea n a l y s i so nt h e m e c h a n i s mc h a r a c t e r i s t i c sf o rt h er e a c t i o no fs h o r t c u tn i t r i f i c a t i o na n da n a m m o x t h em a i ne f f c tf a c t o r sf o rb i o l o g i c a la u t o t r o p h i cd e n i t r i f i c a t i o nr e a c t i o na r ed e t e r m i n e d ， a n dt h em a i nt e c h n i c a lm e a n so fa n a m m o xr e a c t i o nf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rw i t h l o wa m m o n i aa r ep u tf o r w a r d n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lb a c t i e r i af r o mt h e i n t e g r a t e dp r o c e s sa r ec o u p l e d ，a n dt h er e a c t o r sr u n n i n gp e r f o r m a n c ei se x p o r e d ，t h u s p r o v i d i n gb a s i si n f o r m a t i o nf o rt h eo p t i m i z a t i o no fi n t e g r a t e dp r o c e s s t h e p r i m a r yc o n t e n ta n di n n o v a t i o n so ft h i sr e s e a r c hw o r ka r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h el o wd i s s o l v e do x y g e nc o n t r o li s t h em a i nw a yf o r t h ep a r t i a l n i t r o s a t i o no fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rf o rn i t r o s a t i o ns y s t e mo fb i o f i l t e r , t h ed o c o n c e n t r a t i o ni nt h eb i o f i l ms y s t e mc a nb ec o n t r o l l e dw e l lt h r o u g ht h ea p p r o a c ho f c o m b i n a t i o no fa e r a t i o ni nt h ew a t e rc o l u m no fu p p e rp a r to ft h ef i l t e ra n di n n e rl o o p d e v i c ec a r r y i n gd o a tt h es a m et i m e ，t h ep hv a l u eo ft r e a t e dw a t e rc a nb ei m p r o v e d ， w h i c hi sm o r ec o n d u c t i v et ot h ee n r i c h m e n ta n dg r o w t ho fa m m o n i a - o x i d i z i n g b a c t e r i a u n d e rt h ei n t e r m i t t e n tr u n n i n gc o n d i t i o n sf o rt h en o t r o s a t i o nb i o f i l t e r , t h e c o n c e n t r a t i o nc h a n g eo fn h 4 + - n ，n 0 2 。na n dn o ；- na l lh a v et h ed y n a m i c sc h a r a c t e r o fz e r o o r d e rr e a c t i o n ，w h i l et h ec h a n g et r e n do ft h er a t i ob e t w e e nn o 2 - na n d n h 4 十| ns h o w saq u a d r a t i cv a r i a t i o n a c c o r d i n g l y , t h es u i t a b l eh y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e ( h r t ) f o rp a r t i a ln i t r o s a t i o ns h o u l db ec o n t r o l l e db e t w e e n9 0 5t o1 3 5 8h o u r s u n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ( 2 ) t h ef a s ts t a r t u po fa n a m m o xb i o f f i t e rf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e r 丽t h l o wa m m o n i aa n dr o o mt e m p e r a t u r ei sa c h i e v e dt h ed o m e s t i c a t i o na n dr a p i d e x p a n s i o np r o c e s so fa n a m m o x b a c t e r i as h o u l db ee x p e r i e n c e df o rt h es t r a t u po f - i l l - 北j j i _ l q k 人学上学博上学f 节论文 b i o f i l t e rr e a c t o ri n o c u l a t e da n a m m o xb a c t e r i a w h i c hi n c l u d e s3 0d a y sf o rt h e d o m e s t i c a t e dt i m e a n d7 5d a y sf o rt h er a p i da m p l i f c a t i o nt i m e t h eb i o f i l mr e a c t o r t a k i n gb i o a c t i v i t yv o l c a n i cc e r a m i ca sf i l t e rm e d i ai sr e c o g n i z e da st h ec a r r i e rf o rt h e e n r i c h m e n ta n da m p l i f i c a t i o no fa n a m m o xb a c t e r i a i nt h er e a c t o rs t a r t u pp r o c e s s t h eg a sp r o d u c t i o nq u a n i t i t y , t h ec h a n g e so fb i o f i l mc o l o r , t h en i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o n a n dt h ep hv a l u ee t c ，c a nb er e c o g n i z e da st h ei m p o r t a n ts y m b o lf o rd e m o n s t r a t i n g t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ep h a s e so fd o m e s t i c a t i o na n dm u l t i p l i c a t i o n ( 3 ) t h ep h o s p h a t ee f f e c tm e c h a n i s mf o rt h er u n n i n gp e r f o r m a n c eo f a n a m m o xb i o f i l t e ri sp u tf o r w a r dt h e r ei sar e v e r s i b l ei n h i b i t i o ne f f e c to nt h e a n a m m o xr e a c t i o nf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rw i t hr o o mt e m p e r a t u r ea n dl o w a m m o n i at h r o u g hi n c r e a s i n gt h ep h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o ni nt h ei n f l u e n t w h e nt h et p c o n c e n t r a t i o ni sm o r et h a nlom g l ，s o m ec r y s t a ls e d m e n t ss u c ha sm g n h 4 p 0 4 。6 h 2 0 ( m a p ) w i l lb e g i nt of o r mi nt h ef i l t e r , w h i c hm a yf i l lt h ep o r eo fa n a m m o x b i o f i l t e ra n db l o c kt h en o r m a ld e l i v e r yo fa n a m m o xr e a c t i o ns u b s t r a t e t h u s r e s u l t i n gi nt h es i g n i f i c a n td e c r e a s i n go fn i t r o g e nr e m o v a ll o a d t h en i t r o g e nr e m o v a l l o a dc a nb er e s t o r e dt o8 8 8 o ft h eo r i g i n a la b i l i t yi nt w od a y st h r o u g ht h eu n i o no f s t o p p i n ga d d i n gt h ep h o s p h a t e ，r e d u c i n gt h ep h v a l u ei ns h o r t - t e r ma n db a c k w a s h i n g ( 4 ) t h em e t h o do fs i m u l t a n e o u sn i t r o s a t i o n a n a m m o x i ns b ri s e s t a b l i s h e di nt h ep r o c e s so fs i m u l t a n e o u sn i t r o s a t i o n a n a m m o xf o rm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n ti ns b rs u s p e n d e da c t i v a t e ds l u d g er e a c t o r ，f o rd o ，lm g lc a n b er e c o g n i z e da st h ee n ds i g nf o rt h es b rr e a c t i o nc y c l eu n d e rt h es y s t e mr u n n i n g c o n d i t i o n so fn om o r et h a n0 3m g la c c o r d i n gt ot h ec y c l ev a r i a t i o no fd 0 ，0 r pa n d p h a tl o w e rt e m p e r a t u r e s t h ea c t i v i t yo fa n a n l l t l o xb a c t e r i ai sd i f f i c u l tt ob er a i s e d g i v e nt h e a c t u a ls i t u a t i o no fu r b a i l s e w a g et r e a t m e n tw o r k s ，t h ea p p r o p r i a t e i n c r e a s i n go ft h eb i o m a s sd e n s i t yf o ra n a m m o x b a c t i r i ai saf e a s i b l ea p p r o a c hf o r i m p r o v i n gt h ee f f e c to fn i t r o g e nr e m o v a lb ya n a m m o xp r o c e s sc o m p a r e dt ot h e t w ow a y so fr a i s i n gt e m p e r a t u r ea n da d d i n gn o n - a e r a t i o nt e r m ( 5 1t h es t a r t u po fc a n o nb i o f i l t e ri sr e a l i z e du n d e rt h ec o n d i t i o n s o f m u n i c i p a lw a s t e w a t e rw i t hl o wa m m o n i aa n dr o o mt e m p e r a t u r ec o n t r o l l i n gd o c a nb er e c o g n i z e da st h em a i nc o n t r o lf a c t o r f o r t h eb i o f i l e t e r ss t a r t u po f n i t r o s a t i o n a n a m m o xf o ru r b a nw a s t e w a t e ri nt h ec o n d i t i o n so fr o o mt e m p e r a t u r e a n dl o wa m m o n i an i t r o g e n t h ed 0c o n c e n t r a t i o ni nt h eb i o f i l ms y s t e mc a nb e c o n t r o l l e dw e l lt h r o u g ht h eu n i o na p p r o a c ho fa e r a t i o ni nt h eu p p e rw a t e ro fb i o f i l t e r a n dt h ei n n e rl o o pd e v i c ec a r r i n gd oi nt h et r e a t e dw a t e r i ni n t e r m i t t e n to p e r a t i n g c o n d i t i o n s ，t h ew h o l er e a c t i o nc y c l ec a nb er e a l t i m ec o n t r o l l e da c c o r d i n gt ot h e c h a n g e so fp hv a l u e k e yw o r d s ：m u n i c i p a lw a s t e w a t e r ；b i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a l ；b i o l o g i c a l n i t r o g e nr e m o v a l ；n i t r o s a t i o n ；a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n n录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 研究背景及意义1 1 1 1 城市污水资源化的必要性和紧迫性l 1 1 2 以社会用水健康循环理念应对城市水危机2 1 1 3 城市污水再生全流程理念与系统设计3 1 2 国内外研究现状7 1 2 1 生物除磷研究进展”7 1 2 2 生物脱氮研究进展9 1 2 3 兼顾生物除磷和脱氮的工艺的发展1 6 1 3 厌氧好氧除磷厌氧氨氧化脱氮城市污水再生全流程1 9 1 3 1 亚硝酸盐积累的主要影响因素2 0 1 3 2 常温城市污水亚硝化的策略2 1 1 3 3 影响厌氧氨氧化反应的主要因素2 2 1 3 4 常温城市污水厌氧氨氧化实现途径2 3 1 4 有待深入研究的问题”2 5 1 4 1 厌氧好氧生物除磷单元2 5 1 4 2 生物自养脱氮单元2 5 1 4 3 城市污水再生全流程工艺2 5 1 5 课题来源、研究内容及思路”2 6 1 5 1 课题来源2 6 1 5 2 主要研究内容2 6 1 5 3 研究思路与技术路线2 7 第2 章生物除磷单元污泥膨胀及系统恢复2 9 2 1 引言一2 9 2 2 材料与方法“3 0 2 2 1 试验装置3 0 2 2 2 试验用水与接种污泥3l 2 2 3 分析方法与仪器3 1 2 3 结果与讨论3 2 2 3 1 低温污泥膨胀问题的解决策略3 2 2 3 2 反应器的快速恢复3 5 北京州k 人学f ：学博i j 学f 节论文 2 3 3 反应器的长期稳定运行3 6 2 4 本章小结一3 7 第3 章常温城市污水亚硝化关键技术研究3 9 3 1 引言3 9 3 2 悬浮污泥法亚硝化试验3 9 3 2 1 材料与方法3 9 3 2 2 反应器的启动4 0 3 2 3 反应器的稳定运行4 0 3 3 生物膜法亚硝化试验一4 2 3 3 1 材料与方法”4 2 3 3 2 反应器的启动途径4 2 3 3 3 反应器的运行效能分析4 3 3 4 本章小结4 6 第4 章城市污水厌氧氨氧化关键技术研究4 7 4 1 引言4 7 4 2 厌氧氨氧化生物膜反应器快速启动4 7 4 2 1 材料与方法4 7 4 2 2 结果与分析4 9 4 2 3 讨论5l 4 3 常温城市污水厌氧氨氧化影响因素研究51 4 3 1 硝酸盐对厌氧氨氧化反应的影响5 1 4 3 2 磷酸盐对厌氧氨氧化反应的影响”5 3 4 3 3 基质浓度对厌氧氨氧化反应的影响5 8 4 3 4 水力负荷和反冲洗对厌氧氨氧化反应的影响6 0 4 4 本章小结6 2 第5 章亚硝化一厌氧氨氧化耦合工艺研究6 3 5 1 引言一6 3 5 2 两级式部分亚硝化厌氧氨氧化研究6 3 5 3 单级式部分亚硝化厌氧氨氧化耦合研究6 5 5 3 1 悬浮污泥法s b r 试验6 5 5 3 2 生物膜法单体反应器自养脱氮研究“7 2 5 4 单一反应器常温城市污水深度处理研究7 7 5 4 1 材料和方法7 7 5 4 2 接种生物除磷污泥前s b r 运行效能7 7 5 4 3 接种生物除磷活性污泥后s b r 运行效能8 0 5 5 异养反硝化菌与厌氧氨氧化菌耦合研究8 5 1 1录 5 5 1 材料与方法8 5 5 5 2s b r 反硝化运行效能分析_ 8 6 5 5 3 异养反硝化与厌氧氨氧化耦合8 7 5 5 4 反应器硝化功能的验证8 9 5 6 本章小结9 l 第6 章结论与建议9 3 6 1 结 仑9 3 6 2 建议与展望9 5 参考文献9 7 攻读博士学位期间所获得的科研成果10 7 致谢1 11 v i i 北京一l 、l k 人1 l 学博上学化论文 第l 章绪论 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 1 1 1 城市污水资源化的必要性和紧迫性 ( 1 ) 城市污水是宝贵的“城市第二水源”联合国教科文组织( u n e s c o ) 将水资源定义为：“可利用或有可能被利用的有足够数量和可用质量的水源”。本 文探讨的城市污水也应归属于水资源，其中包含了城市污水可能被利用的经济因 素、技术冈素和环境冈素。 ( 2 ) 我国水资源现状不容乐观缺水已成为世界性问题。我国是一个缺水严 重的国家。水资源总量为2 81 2 4 亿m 3 ，实际可以利用的水资源量只占总量的3 2 左右，人均水资源量小到23 0 0 m 3 ，仅为世界平均水平的1 4 ，美国的1 5 ，在世 界1 5 3 个国家中位居第1 2 1 位，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。到2 l 世 纪中叶我国人口将达到1 6 亿，人均水资源量将降到l7 6 0 m 3 ，按照国际上一般承 认的人均水资源量少于17 0 0 m 3 为用水紧张国家的标准，我国将跨入用水紧张国 家的行列i ij 。 ( 3 ) 城市化发展加剧水危机全国6 0 0 多个城市中有2 3 供水不足，其中1 6 的城市严重缺水，且随着社会经济的发展，对水的需求将不断增长，缺水势态也 将随之更加突出 2 1 。目前，我国大部分河流已经受到中度以上的污染，多数湖泊 存在不同程度的富营养化( e u t r o p h i c a t i o n ) 问题。据相关资料【3 】报道，2 0 0 8 年全 国废水排放量为l3 4 7 亿t ，在现有废水处理水平正常提高的情景下，到2 0 2 0 年 将达到l6 9 7 亿t ，增长约2 6 ，废水排放总量呈上升趋势，水污染的威胁正在 不断增加。水质型缺水问题加剧了水危机，已经对人体健康以及经济社会发展带 来了较大的负面影响。 2 0 0 1 年诺贝尔经济学奖获得者斯蒂格利茨认为新世纪中国存在三大挑战， 其中，城市化居于首位。与发达国家相比，目前我国城市化程度仍较低。但是， 中国政府已将“城市化战略”列入2 l 世纪中国迈向现代化的发展规划，在2 0 5 0 年 前，我国城市化率将从现在的4 0 左右提高到约7 5 ，平均每年将约有l0 0 0 万 l2 0 0 万人从乡村转移到城市【4 】。城市化的迅速发展给我国经济带来巨大活力的 同时，也给城市水环境带来巨大的负面影响，城市水资源过度消耗，污水排放量 不断增加，由此导致了水污染，破坏了水环境，加剧了水资源的供需矛盾。 ( 4 ) 城市污水资源化再生水我国污水资源化的潜力是非常大的。未来 城市用水需求将大幅增加，到2 0 5 0 年，预计城市人口达9 6 亿左右，需水总量 为15 4 0 亿m 3 。我国已把“水资源的可持续利用和污水处理回用”写入“第十个五 北京t 、l k 大学t 学博十学位论文 年计划发展纲要”和新水法中；国家建设部和经贸委联合将污水处理回用定 为对创建节水型城市的量化考核指标之一。可见，城市污水资源化已上升到城市 化建设的重要高度。 “中水道”源于日本。中水主要是指城市污水经处理后达到一定的水质标准、 在一定范围内可重复使用的非饮用杂用水，其水质介于上水和下水之间，世界各 国多称为再生水。再生水是宝贵的城市水资源，是国际上公认的可靠的“城市第 二水源”，根据水质的彳i 同，可用于农业灌溉、地下水补给、公园城市绿化、河 湖景观用水、路面喷洒、洗车、冲厕和工业循环冷却等。因此，再生水对于缓解 城市水资源供需矛盾、防治水污染、保护生态环境、保障城市化经济可持续发展 起着重要作用。 1 1 2 以社会用水健康循环理念应对城市水危机 ( 1 ) 社会用水健康循环理念针对上述水危机问题，张杰院士提出了健康水 循环的理念及其实施策略1 5 , 6 】，认为水是可再生的循环型自然资源，地球水循环 包括水的社会循环和自然循环，水的社会循环实际上是水自然循环的一部分，是 水自然循环的旁支；在水的社会循环中，必须遵循水的自然运动规律和品格，合 理科学地使用水资源，不过量开采水资源，同时将使用过的废水进行处理再生， 使得上游地区的用水循环不影响下游水域的水体功能，从而恢复并维系全流域乃 至全球的良好水环境，实现水资源的可持续利用；实现水环境恢复的方略主要包 括节制用水、水资源统筹管理、面源污染控制、污水深度处理与利用、污水厂污 泥回归土地以及修复城市雨水水文循环6 个方面，其中，城市范畴上的污水深度 处理与利用即再生水供应系统是关键，是我国水环境恢复的切入点。城市污水处 理厂起到净化再生城市污水的作用，是城市社会用水循环健康发展的关键，也是 解决城市水危机的可靠保障【7 1 。 ( 2 ) 经济循环与循环经济美国经济学家熊彼特最早在经济发展理论中 论述了经济循环和经济发展的概念，他指出，经济循环是一种静态的经济非增长 模式的社会经济活动，而经济发展属于动态的经济增长模式下的社会经济活动。 可持续发展( s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ) 是基于环境问题而提出的理念。1 9 9 2 年联合国环境与发展大会正式确立了可持续发展是当代人类发展的主题，十多年 过去，可持续发展观已经深入社会经济生活的许多方面。 目前，循环经济( c i r c u l a re c o n o m y ) 成为国际社会研究和报道的热点。循环经 济是一种新的可持续的闭环反馈式经济发展模式，是对上述经济发展和可持续发 展等理念的创新，属于反垃圾经济和废物经济的绿色生态经济。它强调用循环生 产模式来代替以“高开采、低利用、高排放”为特征的传统的“资源产品污染排放” 线性增长模式，表现为“低开采、高利用、低排放”的“资源一产品再生资源”的循 第l 章绪论 环利用模式，从而实现最有效地利用资源和保护环境，使生产和消