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西安建筑科技大学硕二f 二学位论文 超滤膜应用于景观补水的再生水处理 专业：市政工程 硕士生：周友新 指导教师：王宝泉教授 摘要 富营养化问题是当今世界面临的最主要的水污染问题之一。 随着淡水资源的紧缺加剧，再生水已经成为重要的水源，再生水将主要用于城 市环境用水和生态用水，其中作为景观用水补水是主要的用途。近年来虽然我国污 水处理率不断提高，但由于氮磷污染引起的水体富营养化问题不仅没有解决，而且 有e t 益严重的趋势。 随着水处理新技术、新： 艺与新设备的出现，让水处理这一古老的课题焕发出 勃勃的生机，对于水的深度处理而言，应用较为广泛的是膜分离技术。膜分离过程 具有物质不发生相变、分离系数较大、在室温下操作、节能高效的特点，是解决当 代人类面临的能源危机、资源危机和环境污染等重大问题的重要高新技术。 本文通过超滤膜对污水处理厂二沉池出水进行深度处理的试验研究，结果表 明：无论进水的浊度大小，超滤膜对浊度的去除率都比较高和稳定，试验所采用 的超滤膜出水的浊度都能达到0 1 n t u 以下。超滤膜在试验状态下对有机物的去 除效果不理想，其去除效率在3 0 左右，不能可靠的保证有机物的出水浓度。膜 的分离作用主要还是以膜压差为动力的筛分过程，在运行初期是以膜的表面f 膜孔径 的大小) 决定分离效果，运行一段时间后主要是以滤饼层表面的凝聚和絮凝作用决定 分离效果。所以，在一定的截留分子量范围内，运行一段时间后对原水的分离效果 相差不大。 本文通过改变超滤膜过滤通量考察跨膜压差随膜通量变化的规律，重点考察了 在微絮凝超滤情况下超滤运行的最大通量，研究结果表明，在对污水处理厂二沉池 出水进行直接微絮凝超滤深度处理时，膜的最大运行通量为5 0 l m 2 h 。 试验分别采用了铝盐牙i i 铁盐两种絮凝剂，试验结果证明，铝盐和铁盐均可以有 效去除原水中总磷的含量，铝盐的最佳投加量为15 m g l ，铁盐的最佳投加量为 t o m g l ，但是无论是投加铝盐还是铁盐，对原水中氮的去除效果均不理想。 、 西安建筑科技大学硕二l 二学位论文 将超滤出水水质与景观环境用水的再生水水质控制指标( g b t 18 9 2 1 2 0 0 2 ) 主 要项目进行比较，认为在投加适量絮凝剂的情况下，超滤再生水水质可以满足对景 观水体进行补水的水质要求。 关键词：超滤膜：微絮凝：景观水体；水华 西安建筑科技大学硕二 二学位论文 u fm e m b r a n eo ns u p p l e m e n tw a t e ro fs i g h t s p e c i a l t y ： e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ： z h o uy o u x i n i n s t r u c t o r ：p r o f w a n gb a o q u a n a b s t r a c t n o w a d a y s ，e u t r o p h i c a t i o ni so n eo fs e r i o u sp r o b l e m si nt h ew o r l d b e c a u s eo ft h es h o r t a g eo ff r e s h w a t e r ：t h er e u s ew a t e ri sb e c o m i n go n eo ft h em o s t i m p o r t a n tw a t e rr e s o u r c e t h er e u s ew a t e ri sm a i n l yu s e di nu r b a nc i r c u m s t a n c ea n d u r b a nz o o l o g yt h em a i n l yp u r p o s ei st h es u p p l e m e n to fs i g h t i nr e c e n ty e a r s ，a l t h o u g h t h ee f f i c i e n c yo fw w t pi nc h i n ah a sg r a d u a l l yi n c r e a s e d t h ep r o b l e m so fe u t r o p h i c a t i o n c a u s e db yw a s t e w a t e re n r i c h e dw i t hn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sa r e n o ts o l v e db u t b e c o m i n ga c u t e a l o n gw i t ht h ee m e r g e n c eo fn e wt e c h n i c a la n dn e we qu i p m e n tg r a d u a l l yb e i n g m a t u r ea n de x t e n s i v ea p p l i e d ，a l s om a k ew a t e rt r e a t m e n tt h i sa n c i e n tw o r kat h r i v i n g s o u r c eo fv i t a l i t yah a n d l et ot h ea q u e o u st r e a t m e n tt e c h n i q u e ，t h et e c h n i q u eo ff i l t e r s e p a r a t i n gi sa p p l i e dm o r ee x t e n s i v e l y t h ef i l t e rs e p a r a t i o np r o c e s sh a sc h a r a c t e r i s t i c s b e l o w ：t h em a t e r i a ld o e sn o tt a k ep l a c et oc h a n g em u t u a l l y t h es e p a r a t i o nc o e f f i c i e n ti s b i g g e ra n db e i n go p e r a t e di ni n d o o r st e m p e r a t u r e ，e c o n o m i z i n go ne n e r g ye f f i c i e n t l y i t i san e wt e c h n i q u ef o rd e b a s i n gt h ec r i s i so fe n e r g ya n dr e s o u r c e s ，a n ds o l v i n gt h e p o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n tw h a tc o n t e m p o r a r ym a n k i n df a c i n g t h i sa r t i c l es t u d i e st h ew a s t e w a t e rw h i c hc o m e sf r o mt h es e c o n d a r ye f f l u e n to f w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw a st r e a t e db yu fm e m b r a n e t h er e s u l t sb es h o w na s f o l l o w i n g ：t h ee x p e r i m e n t a lu fo u t f l o wh a sb e e no b s e r v e dt h a t t h et u r b i d i t yv a l u e a l w a y sl e s st h a no 1 n t ue v e nm o d i f i e dt h ei n f o wt u r b i d i t yv a l u e s t h ep e r f o r m a n c e o fr e m o v i n go r g a n i s mb yu fm e m b r a n ei sn o ts oe f f e c t i v e ，i th a sb e e no b s e r v e dt h a tt h e o r g a n i s mi no u t f l o wc a nn o tb ec o n t r o l l e d a n dt h er e m o v a lr a t ei sa b o u t3 0 t h e m e m b r a n ew o r k i n gp r e s s u r ei st h ef o r c eo ff i l t r a t i o nm o s t l y i nt h ei n i t i a ls t a g e s ，t h e e f f e c to fs e p a r a t i o np r o c e s sd e p e n d so nt h em a t e r i a lo fm e m b r a n e a f t e raw h i l e ，t h e e f f e c to fs e p a r a t i o np r o c e s sd e p e n d so nt h ec o a g u l a t i v ea n df l o c c u l a b i l i t ya b i l i t yo f 西安建筑科技大学硕士学位论文 f i l t r a t i o nr e s i d u el a y e r i t e n c ei nt h et e s to t m w ch a sl i t t e rd i f f e r e n c eo nt h e s e p a r a t i o np r o c e s so fw a t e rr e s o u r c ea f t e rap e r i o d i nt h i sp a p e r i no r d e rt os e e i n ga b o u tt ot h ec h a n g ed i s c i p l i n a r i a no ft m p t h ef l u x o fm e m b r a n ew a sc h a n g e dt h em a x i m u mf l u xo fm e m b r a n ew a sa s c e r t a i n e di nt h es t a t e o fm i c r o f l o c c u l a l i o na n du l t r a f i h r a t i o n t h i se x p e r i m e n t s sr e s u l tm a k ec l e a rt h a t ：w h e n t h ew a t e rf r o mt h es e c o n d a r ye f f l u e n to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw a s d i r e c t l yt r e a t e d b yu fm e m b r a n ew i t hm i c r o f l o e c u l a t i o n ，t h em a x i m u mf l u xo fm e m b r a n ei s5 0l m 2h f l o c c u l e n to fa l u m i n u ma n df l o c c u l e n to fi r o nw e r eu s e di nt h i s s t u d y t h er e s u l t p r o v e dl h a ta l f l o c c u l e n to fa l u m i n u ma n df l o c c u l e n lo fi r o nc o u l dr e m o v et h et o t a l p h o s p h o r u st h eb e s ta m o u n to ff l o c c u l e n to fa l u m i n u mi s15 m g la n dt h eb e s ta m o u n t o ff l o c c u l e n to fir o ni s1o m g l b u tw h e t h e rf l o c e u l e n to fa l u m i n u mo rf l o c c u l e n to fi r o n t h ee f f i c i e n to fr e m o v a lo ft o t a ln i t r o g e nw a sn o ti d e a l c o m p a r e dt h em a i ni t e mo fw a t e rt r e a t e db yu fm e m b r a n et ot h eq u a l i t yo fr e n e w w a t e rc o n t r o lg u i d el i n e ( g b t i8 9 2 1 - - 2 0 0 2 ) w h i c hw a sa p p l i e dt o c i r c u m s t a n c e ，t h e a u t h o rc o n s i d e rt h a tw h e nt h ea m o u n to f f l o c c u l e n tw a sr i g h t ，t h er e n e ww a t e rt r e a t e d b yu fm e m b r a n ec o u l db eu s e dt ot h es u p p l e m e n tw a t e ro fs i g h t k e y w o r d s ：u l t r a n l t r a t i o n ( u f ) m e m b r a n e ；m i c r o f l o c c u l a t i o n ；l a n d s c a p ew a t e r w a t e rf l o r a 声明 本人郑重声明我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，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： l 虱友革、 日期：。f 牟t 6 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、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、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 敝储虢司丧沁翩虢a 慷隰。够 注：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕二l 二学位论文 1 1 研究背景 1 课题研究背景、研究目的及意义 随着人类社会经济的发展和城镇化进程的加快，城市水资源日益紧张。而有限 的水资源又受到水污染的严重威胁，为避免水危机的进一步深化，必须对污水进行 深度处理，使再生水成为稳定的城市水源。污水的再生利用在缺水地区及干早年份 更是必不可少，同时污水的再生利用也减少了污水对水环境的污染负荷。 我国水资源总量2 8 万亿立方米，人均水资源量2 2 0 0 立方米，仅为世界平均水 平的1 4 ，是全球13 个人均水资源最贫乏的国家之一。目前我国年缺水总量约为3 0 0 亿一4 0 0 亿立方米。每年农田受旱面积2 - 6 亿亩，全国6 6 9 座城市中有4 0 0 座供水不 足，110 座严重缺水，在3 2 个百万人口以上的特大城市中，绝大部分长期受缺水困 扰，每年因缺水影响工业产值2 0 0 0 多亿元。水资源的严重缺乏成为制约我国经济发 展的重要因素，因此采取措施解决缺水问题已经到了迫在眉睫的严重问题了。在 2 0 0 1 年初通过的“国民经济和社会发展第十个五年计划纲要”中将搞好污水处理回用 i 凋确写入纲要。 据世界观察所所长布朗预测，随着人们生活水平的提高和城市化速度的加快， 中国城市生活用水的增长量( 1 0 2 3 亿立方米) 将接近工业用水增长量( 2 】7 0 亿立方 米) 的一半左右，城市生活用水的数量将越来越大，与农业争水的矛盾将越来越突 出。预计2 0 3 0 年中国生活用水量将比19 9 5 年增加4 倍多”o ，尽管国家近年来筹集 了大量资金，兴建了不少水资源工程，在一定程度上缓解了一些缺水地区的供需矛 盾，但资源性缺水的根本性矛盾仍很难彻底解决。 作为我国首都的北京，属于半干旱季风地区，天然水资源量有限，时空分布极 不均匀，因而北京是严重的缺水城市，近年来，随着北京经济建设的快速发展，城 市规模的日益扩大，人口膨胀，人民生活水平的提高，城市用水量日益增长，供需 矛盾愈发尖锐，缺水的形势愈发严峻。随着2 0 0 8 年北京奥运会的来临，“新北京新 奥运”的主题对北京的城市水工程体系的建设提出了更高更新的要求。北京市对此提 出：保护水资源，保证水安全，建设生态环境和实现水利现代化。由于水资源的短 缺，必须开辟新的水源以缓解水资源的供需矛盾。新水源的开辟途径有：外流域引 水、开源节流、污水回用等。但是从外流域引水济京，在短期难成现实；本地开源 西安建筑科技大学硕二i 二学位论文 很有限，而且代价很高，节水工作已经卓有成效，进一步挖掘潜力比较困难。北京 市每天都有大量的污水排出，由于城市污水处理后水质相刘稳定可靠，不受气候等 自然条件影响、不与邻近地区争水、可以就地取用、而且保证率高，因此城市污水 的再生回用可以提供一个经济有效的新水源，并且可以节省优质的饮用水源。城市 污水资源化既可以消除对水环境的污染，又能促进生态的良性循环，因此对城市污 水再生资源化的研究在现在具有很现实的意义。推行污水回用也是势在必行。 1 2 研究目的及意义 随着北京淡水资源的紧缺加剧，再生水己成为重要的水源之一，从北京总体的 水源需求规划看，再生水将主要用于城市环境用水和生态用水。其中作为景观用水 补水是主要的5 1 j 途。本研究的内容主要针对使用城市污水处理厂出水作为景观水体 补水的场合，这里所指的景观水体，是相对封闭的人工景观水体，而非城市河道水 体。由于以城市污水处理厂出水( 包括经过深度处理的再生水) 作为相对封闭的人 工景观水体的补水，水质污染物( 尤其营养物) 浓度高，在景观性水体使用中极易 出现水华等7 “重影响观感效果的问题，特别是当大量藻类物质出现时还会伴随产生 难闻的异味。 目- f i i j ：t l 京市极度缺水，而必要面积的景观水体不仅是维持小气候的需要，也是 人们适宜生活和居住的要求。当前对于城市景观水体的补水水源除城市污水处理厂 出水( 包括经过深度处理的再生水) 外，几乎已没有其他更加经济的水源。北京要 建设适宜居住的城市，并且为迎接2 0 0 8 年奥运会的举行，景观水体的建设是非常重 要的内容之一。因此，研究城市污水处理厂出水用于景观水体补水，以及相应的景 观水体水质维持技术具有十分重要的现实意义。 西安建筑科技大学硕二l 学位论文 2 概述 城市污水回用就是把城市污水经深度处理使之达到一定水质标准后进行有效利 用，是解决水资源短缺和实现污水资源化的一种有效途径，更是缺水城市势在必行 的重大决策。近些年来世界各国，特别是水资源短缺、城市缺水问题突出的国家， 在水领域的总体战略目标都进行了相似的调整，将单纯的水污染控制转变为全方位 的水环境的可持续发展。 2 1 污水回用现状 2 i 1 国外污水回用现状 国外城市污水回用已有很长的历史，已经有了丰富的经验，规模也很大，并取 得了相当可观的经济效益和社会效益口i 。尤其一些发达国家，在经历了高度的工业 化发展过程的同时，迫切感到水资源的宝贵，因而逐步制汀了相应的法规，促使城 市污水资源得到合理的再利用。 美国加利福尼亚州是世界上开展污水回用较早的地区，大量的污水再生与利用 设施已发展起来，每年有4 亿多立方米的市政污水得到有益的利用。美国的污水再利 用范围很广，涉及了城市、农业、娱乐、环境、工业等领域，效果甚佳。加利福利 亚州的桑提和南塔湖工程都是将城市污水经过一系列处理后直接回用于游乐场所， 水质完全满足要求。由于水质较高，以及湖水不存在病毒等情况，加利福尼亚州卫 生当局已同意开展游泳运动项目。随着游泳运动项目开展成功，证明污水处理完全 可以回用于景观娱乐用水，完全能达到符合公共卫生的要求和公众所接受的程度。 以色列是个严重缺水的国家，在再生水回用方面也是最具特色的国家之一。它地处 干旱和半干旱地区，人均水资源占有量仅是3 4 7 6 m 3 , 早在上世f e , 6 0 年代，以色列便把 污水回用列为项国家政策，至1 9 8 7 年，以色列全国已有2 1 0 个市政污水回用工程， 城市污水回用率达到7 2 。而日本由于国土狭小人口众多，人均水资源占有量低于 世界平均水平，人均降雨量仅为世界平均降雨量的i 5 ，水资源严重短缺，这种情况 与其高度发达的经济和国民生产总值是不相称的，因此节约用水直受到日本全社 会的关注，污水再生利用技术的研究及工程的建设也开展得较早。日本以有较多的 中水系统供生活杂用而著称，约占中水回用量的4 0 。早在1 9 9 1 年就有8 7 6 个公共污 硒安建筑科技大学硕二 二学位论文 水处理厂在运行，其中缚年大约有9 9 个污水处理厂出水得到利用。现在日本已建立 了约1 4 0 0 座的中水处理设施。巴西的圣保罗市在利用城市中水灌溉公园、冲刷卫生 问、冲洗道路、汽车以及净化空气和美化环境方面都取得了较大的成功。 2 1 2 国内污水回用现状 我国的污水回用起步虽然比较晚，但是发展速度较快，随着经济发展和城市化 进程的加快，我国目前有相当一部分城市严重缺水，它直接影响到人民群众的生活， 影响到社会的可持续发展，国家对水资源的严峻形势给予高度重视，采取了多种措 旋来缓解水的危机，其中主要包括污水再生利用。自2 0 世纪8 0 年代以来，国家“七 五”、“八五”、“九五”期间，污水回用都作为一个大课题列入重大科技攻关计划，已 经取得了初步成果，针对各缺水城市在经济发展中急需解决的缺水问题，提出了相 应的污水资源化技术，开发了适用于一些缺水城市的污水回用成套技术、水质指标 及回用途径，并在t 余个缺水城市建没了回用于市政景观、工业冷却等示范工程， 目前已经投产的城市污水回用： 程约有3 0 个，回用工程规模在15 1 0 5 m 3 d 1 3 左右。 我国第一个污水回用示范工程于19 9 2 年在大连市投产运行，该工程以污水处理厂二 级出水为水源，增建深度处理发施和输水管道，而且污水深度处理成本比自来水成 本低4 5 i5 i ，具有较好的经济效益。2 0 0 1 年6 月北京高碑店污水处理厂再生水回用工 程投入使用，而且该处理厂对处理水的回用已作出近期3 0 万吨日、远期4 7 万吨 日的规划方案。城市污水经处理后用于住宅冲厕，城市绿化、浇洒道路和河湖景观 用水等在我国也取得了成效。 从“七五”到“九五”期间，虽然我国的污水再生利用技术也达到了国际水平，但 由于受管理体制及工程资金的限制，全国污水再生利用工程建设很少，污水再生利 用没有得到大范围的推广。但是随着淡水资源不足的加剧和水污染的加重，严重影 响到人民的身体健康并制约着国民经济的发展。在我国有不少污水处理站的污水处 理不符合标准，随着污水排放量的增加，那些未经处理或仅经过简单处理的废水都 直接排放到湖泊和河流，不仅造成了对河、湖水体的严重污染，而且使大量的淡水 资源被浪费。 由于我国有限的淡水资源的分布随地域和季节有很大的差别，在中国北部以及 一些沿海城市，随着城市建设规模的扩大，人口的增多和经济的发展，缺水问题更 加严峻。近年来，为解决水资源短缺问题，水资源再生日益受到人们的关注。目前 城市污水已成为一种稳定的再生水源，回用量也日渐增多。近几年，将城市污水经 处理后回用于农田灌溉、喷洒道路、冲厕、绿化景观、补充地下水等已越来越普遍， 西安建筑科技大学硕： ：学位论文 北京、天津、沈| 5 i ； 、鞍山、太原、青岛、和大连等城市相继建设了污水回用工程i q 。 2 1 3 污水再生利用的对象 城市污水的再生| 亘】用有不同的途径，用途也十分广泛，根据出水的水质的不同， 基本可以归纳为以下几类： ( 1 ) 用于农业灌溉 污水再生利用将农业灌溉作为首选对象，其主要理由一是农业灌溉需要的水量 很大，全球淡水总量大约有6 0 8 0 用于农业，污水回用于农业有广阔的天地， 二是污水灌溉对农业和污水处理都有好处，能够方便地将水和肥源( 城市生活污水 处理后仍含有较高地氮磷等成分) 同时供应到农田，又可通过土地处理改善水质。 ( 2 ) 用于工业生产 每个城市，工业都是用水大户。但是而对淡水日缺、水价上涨的现实，工厂除 了尽力将本厂废水循环利用，以提高水的重复利用率外，对城市污水回用于工业也 日渐重视。工业用水根据用途的不同，对水质的要求差异较大，水处理的费用差异 也较大。目前理想的污水再生利用对象是用水量较大且对处理要求不高的部门，如 工业冷却水等。 ( 3 ) 用于城市生活 城市生活用水的水质要求较高，现今再生污水可用于城市生活的对象一般仅限 于两方面：一是市政用水，即浇洒，绿化、景观、消防、补充河湖等用水；二是杂 用水，即冲洗汽车、建筑施： 以及公共建筑和居民住宅的冲洗厕所用水等。 ( 4 ) 用于回灌 将城市污水处理厂二级处理出水经深度处理达到一定水质标准后回灌于地下， 水在流经一定距离后同原水源一起作为新的水源开发。这种战略要求污水处理程度 高，循环复用的周期长，可提供较高质量的源水乃至饮用水。当然在地下水回灌时 应注意防止地陷及地下水污染等。 世界各地水再生利用的方式与程度受到地理、气候和经济等因素的影响。在农 业生产为主的地区，农业灌溉是水再生利用的主要方式；在干旱地区，如以色列、 澳大利亚、美国的加利福尼亚和亚利桑那等州，农业灌溉和地表补充是水的再生利 用的主要方式；日本将再生水主要用于城市商业，工业中水与环境用水。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 2 再生水回用于景观的问题 景观水体是人们休闲娱乐的场所，所以作为景观水体，首先要求在感观上给人 以舒适的感觉，水体不出现浑浊、黑臭等令人厌恶的现象。在城市污水再生利用景 观环境用水水质中景观环境用水的再生水水质指标中，对再生水的基本要求就是 水体无漂浮物，无令人不愉快的嗅和味。在感观指标上也规定了浊度、色度及悬浮 物的范围。一旦景观水体连这些基本要求都不能达到，在感观上给人不快的感觉， 水体的透明度降低，水体浑浊，臭味弥漫，那么水体就失去了观赏的功能，它的价 值将大减。 当再生水用于景观环境，尤其是娱乐性景观用水时，必须注意水体中对人体健 康有害的污染物如病原微生物和化学物质，特别是与人体有接触的水体中不能含有 对眼睛隔膜、耳隔膜以及皮肤有害的化学物质。经研究证明对人体健康最主要的危 害还是与病原微生物的接触，这些病原微生物主要包括细菌性病原体、寄生虫、原 生动物、肠道病毒。在再生水回用的所有方式中，肠道病原体对景观水体的危害 最大，即对人体健康的危害最大”i 。所以再生水在回用于景观时，必须保证卫生学 指标满足国家的相关标准。如果再生水卫生学达到要求，观赏性的喷泉也可以使用 再生水进行补水。 由于再生水的水质特点，以再生水作为补水水源的景观水体在使用过程中容易 存在水华、水体卫生学等方面的危害。水华是再生水回用于景观水体存在的主要问 颢。 2 2 1 再生水回用于景观水体的水质标准 再生水回用，必须抓住两头，即取什么样水质水作水源和经过处理以后作什么 用，即回用水的水质应符合何种水质标准。 再生水回用于景观的水质标准在不同的国家及不同的地区其相关的水质标准都 不同。如美国国家环保局( u se p a ) 在总结国内外城市污水回用的技术经验的基础 上，编制了“水回用指南( 2 0 0 4 年) ”l ，该指南对污水回用类别、处理方法、回用 水水质与监测、水回用注意事项作了介绍，其中对再生水作为景观水体的说明见表 2l 。 i 眄安建筑科技大学硕：i 二学位论文 表2luse p a x j 蛐市污水回用的建议和指导部分内容 再利用种 处理方法回川水水质匝l 用水水监注意事项 类 测周期 二级处理过 p h = 6 9p t i 一每周 回用水应不损害人的皮肤和 风景河道滤消毒 b o d 1 1 0 m g l b o d 。一每川眼睛 湖泊浊度s 2 n t u 浊度一连续、回用水应清澈、无毒、无嗅 偶然接触 不检查出粪大肠经常应去除营养素，以避免藻类繁 人体( 如杆菌大肠杆菌一每殖 垂钓、划 余氯 1 ( m g l ) 日过滤前应投加混凝剂或助凝 船) 以及余氯一连续、剂，使水质负荷规定要求 完全与 经常 回用水中不应有致病菌 人接触 需使余氯量高，接触时间长， 的再生使病毒及寄生虫卵灭活 水)所捕的鱼可以食用 处理方法合理、可靠、有效 二级处理消毒p i l = 6 9p h 一每周 可能需要脱氨以避免藻 风景景观 b o d 5 _ 3 0 m g l s s 一每周 类在塘湖生长 塘湖，不 s s _ 3 0 m g l 。 大肠杆菌一每 可能需要脱余氯以防护水生 允许公 大肠杆菌动植物 众与再 i m g l 经常 触 日本的再生水作为观赏和娱乐用途占了污水回用的很大比例，其回用方式是放流 到城市河道，作为景观用水，美化城市环境。表2 2 是日本市政杂用水和景观用水有 关的部分水质标准0 i 。 表2 2 日本市政杂用水和景观游览用水水质标准 水质指标 日本下水道循环和用、市政杂用水标准 建设省景观回用水标准 景观游览景观 游览 大肠菌值( 个10 0 m l )不检l t j不检出 】05 0 b o d 5 ( m g i ) 1 0 1 03 p h 58 8658 8 658 8 65 8 86 西安建筑科技大学硕士学位论文 混浊度度 】o 1 0 0 4 外观无不快感无不快感无不快感 无不快感 从表21 及2 2 可以看出，国外的再生水回用景观的水质指标主要从水体的感观 指标及卫生学方面提出要求。在国外现行的再生水回用于景观水体的水质标准中， 只选择用细菌的指示生物粪大肠杆菌作为生物学控制指标，这主要因为病原微生物 中的病毒和寄生虫对消毒处理的抵抗力更强，在环境中存活的时间也长，而且它们的 检测： 作复杂而且周期长i 。由于国外再生水处理工艺中对营养盐去除能力较高， 因此在水质标准中对营养盐未做要求。 我国：i 匕京、石家庄、郑州、天津等地均己开始实施将再生水回用于景观水体， 而且已经取得了一定的进展1 12 1 。为了保证我国城市污水再生利用健康有序的推进， 我国也出台了相关的国家标准，为再生水的景观回用提供了技术支持。我国先后颁布 了若干与景观水体相关的水质标准，随着我国再生水回用的不断实践，近年来国家 有关部门相应地颁布了国内景观水体相关的现行水质标准以及专门适用于再生水回 , v i j 于景观水体的水质标准和再生水回用于市政杂用的水质标准。见表2 3 表2 5 。 表2 3 地表水环境质量标准基本项目标准限值( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ( 部分) 单位m g l 序号项目i 类l i 类 1 1 1 类类v 类 人为造成地环境水温变化应限制在：周平均最大温升1 1 ，周 】水温o c 平均晟大温降1 2 2 p h ( 无量纲1 6 9 饱和率9 0 3 溶解氧! 6 5 32 4 c o d c ， 1 15152 03 04 0 b o d 5 53346 1 0 6 氨氮1 01 5o 5 1o 1 52 o 7 总氮1 0 20 51o 1 52o 00 201o20 304 8 总磷1 ( 湖、库00 1 )( 湖、库o0 2 5 )( 湖、库o0 5 )( 湖、库01 )f 湖、库02 1 9粪大肠菌群( 个l ) 三2 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 04 0 0 0 0 西安建筑科技大学硕= e 学位论文 表2 4 景观环境用水的再生水水质控制指标( g b t 18 9 2 1 2 0 0 2 ) v o d 立m g 序观赏性景观环境用水娱乐性景观环境用水 项目 号河道类湖泊类水景类 河道类湖泊类水景类 1 基本要求无飘浮物，无令人不愉快的嗅和味 2 d h 值( 无量纲)6 9 3五e t 生化需氧量( b o d ，) 1 1 0 66 4悬浮物( s s ) 12 0l o 5 浊度( n ，i u )1 5o 6 溶解氧= 】5 2 o 7 总磷! 】0 o 51oo5 8 总氮! 】5 9 氨氢( 以n 计)1 5 1 0粪大肠苗群( 个l ) 1 1 0 0 0 02 0 0 0 5 0 0不得检出 1 1 余氯=0 5 12色度13 0 13石油类 1 1o 1 4阴离子表面活性剂 1 05 表25 城市杂用水水质控制指标( g b t18 9 2 0 2 0 0 2 ) 序 弋 冲厕道路清城市绿车辆冲建筑施 号 扫消防化 洗 1 p h 6 o 9 0 2 色度( 度) 3 0 3嗅无不快感 4 浊度( n l u ) 5 s 1 0 l o 5 2 0 5 溶解性固体( m g 1 ) 茎15 0 0s 15 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 6 b o d 5 1 0 ! 】5 2 0 1 0 15 7 氨氮( m g 1 ) 三1 0s 1 0 2 0s 1 0 2 0 8 溶解氧( m g 1 ) 三1 0 9 总余氯( m g 1 ) 接触3 0 m i n 后三10 ，管网末端三o2 】o总大肠菌群( 个i ) 3 西安建筑科技大学硕二 二学位论文 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 中的v 、v j 类水体是补充天然景观河 道的，标准中对各项指标控制都极为严格，尤其氮、磷等营养盐指标，与地表水中 景观娱乐用水的标准相比较，g b t 18 9 2 1 2 0 0 2 中的水质要求偏低，这主要是考虑到 景观水体大部分甚至全部由再生水组成，水体的稀释能力较差以及目前我国污水处 理厂对再生水处理程度的可实现性。 对比国内外再生水回用于景观水体的相关的水质标准，可以看出：国内的水质 指标除了包括水体的感观指标和卫生学指标外，对氮和磷营养盐的含量也提出要求。 这是因为我国的水质特点是水中氮磷含量偏高，因此在回用标准的制定上，更多的 着眼于有机污染物、营养盐、毒理学等指标”。在卫生学方面，借鉴国外的生物学 控制指标，结合我国的国情，同样选择粪大肠杆菌作为再生水水质安全指标。同时水质 标准中对余氯也提出了要求，因为余氯的含量对于控制病原微生物的再生繁殖非常 重要。 2 2 2 再生水回用于景观存在的问题 富营养化是指湖泊等水体接纳过多的氮、磷等营养物，使藻类及其他水生生物 过量繁殖，水的透明度下降，溶解氧降低，造成水体水质恶化，从而使湖泊生态功 能受到损害和破坏。富营养化实质一k 是指水体藻类初级生产力异常增大的现象。支 配这种初级生产力的营养性物质，很显然是富营养化的极为重要的指标，也是主要 控制因子。当天然水体接纳含有大量磷和氮的城市污水或工业废水及大量使用化肥 的农田排水后，会促使某些藻类的数量迅速增加，而藻类的种类却逐渐减少。水体 中的藻类本来以硅藻和蓝藻为主，通过调查北京市一些以自然水体为补水的公园水 景，结果表明，随着富营养化的发展，最后变为蓝藻为主( 铜绿微囊藻为优势藻种) ， 因此蓝藻的大量出现是富营养化的征兆。藻类生长周期短、繁殖迅速、死亡后被需 氧微生物分解、不断消耗水中的溶解氧，或沉到水底被厌氧微生物分解，不断产生 硫化氢等腐败气体，从而水质恶化，富营养化的直接后果是鱼类的大量死亡及对工 业、生活、灌溉用水等产生不利的影响。水体富营养化是一个极为复杂的生态过程， 富营养化的发生、发展是多因素共同作用的结果，除了需要营养物质的供给外，还 有光照、温度、水力条件、浊度等”“。 江河湖泊、水库等水域的植物营养成分( 氮、磷等) 不断补给，过量积聚，致 使水体出现富营养化后，水生生物( 主要是藻类) 大量繁殖，因为占优势的浮游生 物颜色不同，而使水面呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等颜色，这就是水华现象。 水华现象是水体富营养化在内陆水体的外在表现形式，是湖泊富营养化的典型特征 西安建筑科技大学硕二f ：学位论文 之一。水华发生时，由于藻类的大量繁殖和腐烂，导致水味腥臭，降低水的透明度， 消耗水体的溶解氧，向水中西方有毒物质，造成了水生生态系统的破坏，严重降低 了水体的使用功能，给水资源的利用带来巨大危害。因此湖泊富营养化治理中最紧 迫的任务之一是水华的治理。 根据对湖泊水体富营养化的调查研究表明，磷和氮是水华的主要限制因素，由 于氮的来源很广( 如湖水中固氮藻类，空气中固氮等) 难以有效控制，因此磷成为 第一位的限制因子。也有人认为n p 是湖泊水华的限制因子，但中国湖泊n p 一般 都大于1 0 ，远远超出细胞中正常氮磷含量比例，磷的限制作用尤为突出，所以当前 国内外控制湖泊富营养化通常考虑的主要限制因子是磷的含量i l ”。湖泊有深水和浅 水湖泊之分，国际上对于浅水湖泊的研究经验表明，浅水湖泊比深水湖泊更易发生 寓营养化问题”“。而景观水体与浅水湖泊类似，也具有水浅的特点，另外将城市污 水处理厂再生水用于景观水体，再生水的污染物本底值相对较高，水体的稀释自净 能力较天然水体差，同时景观水体的流速缓慢，甚至有的是静止水体，这些都为藻 类的生长提供了稳定的水环境。所以景观水体同浅水湖泊类似更易发生富营养化。 与以自然水体补水的公园水景不同，以再生水为补水的公园水景中常爆发绿藻 水华，如北京市以小区内生活污水经深度处理后回用作景观水体的南馆公园，以肖 家河污水处理厂出水作为补水水源的清河和以高碑店污水处理厂出水作为补水的大 观园公园均为比较单一的小球藻属的绿藻水华i l7 1 。 2 2 3 再生水回用于景观的水华的防治 对再生水回用于景观的水华的治理问题，应该从富营养化发生的机理并结合再 生水回用于景观水体的特点出发进行考虑。李锦绣等人提出：富营养化发生所需的 必要条件有三个方面：充足的t n ，t p 等营养盐：缓慢的水流流态；适宜的 温度条件，一般认为，水体形成富营养化的指标是”：( 1 ) 水体中含氮量大于 o 2 0 3 m g l ，含磷量大于0 0 1 m g l ，( 2 ) 生化需氧量大于1 0 m g l ，( 3 ) 在淡水中 细菌总量达到1 0 4 个毫升，( 4 ) 标志藻类生长的叶绿素a 浓度大于1 0 p g l 。而纵观 我国的城市污水再生利用景观环境用水水质( g b t 18 9 2 1 2 0 0 2 ) ，发现标准中 氮磷指标均高于上述富营养化水平的临界指标，因此即使回用于景观水体的再生水 的各个指标满足了景观环境用水的水质指标，也会不同程度存在着富营养化问题。 因此首先要采取方法提高再生水的出水水质，另外需增加水体的流动性以增强水体 的自净能力。 控制水体的富营养化首先应控制外源性营养物质输入，即减少或截断外部输入 西安建筑科技大学硕= e 学位论文 的营养物质，对于再生水回用于景观就必须制定合理的营养物质排放标准和水质标 准，主要对再生水的氮、磷等营养物质进行控制，使景观水体中营养盐的浓度不超 过藻类大量繁殖的临界浓度。再者由于景观水体属于缓流水体，可以考虑增加景观 水体流动的水力循环系统，加快水体的流动，提高水体的自净能力。在再生水景观 水体中，增加水体的流速的同时还需考虑水力停留时间，城市污水再生利用景观 环境用水水质( g b t l8 9 2 1 2 0 0 2 ) 中对再生水回用景观水体的水力停留时间作了 规定：完全使用再生水作为景观湖泊类水体，在水温超过2 5 时，其水体静l f 二停留 时f 司不宣超过3 天：而在水温不超过2 5 时，则可适当延长水体静止停留时间，冬 季可延长水体静止停留时间至一个月左右。 再生水回用景观水体的大部分或全部是来自经过一定深度处理的生活污水或不 包含重污染工业废水在内的城市污水，因此再生水回用的景观水体的污染物的本底 值相对较高，而且水体的稀释自净能力较天然景观水体差，因此可在景观水体中建 立循环过滤净化系统，一方面通过循环过滤净化系统可以及时去除进入水体的污染 物，也可去除水中的藻类，从而相应去除了藻类摄取的氮、磷等营养物质，降低了 水体中营养物质的负荷量，增加水体的透明度。 再生水景观水体还可考虑放养水生生物，通过放养鲢、鳙等滤食性水生生物可 吞食大量藻类和浮游动物，饺浮游生物量特别是藻类数量明显减少，达到防止水华 的目的。同时可以在再生水景观水体中栽种水生高等植物，利用水生植物吸收大量 氮磷等营养物质，使生长区域内藻类难以生存，以控制水华的发生”。 近年来，利用人工湿地对污水进行处理的工艺得到推广应用，它的原理主要是 利用湿地中基质、土壤、水生植物和微生物之间的相互作用，通过一系列的物理的、 化学的以及生物的途径净化污水。近十多年来，中国科学家运用生态工程技术净化 富营养化水体，恢复富营养化水体生态系统良性循环，取得了很多成功的经验口”。 因此在再生水回用于景观之前可考虑先进八人工湿地，这样不仅可以