（安全技术及工程专业论文）生活污水回用于景观水体的试验研究.pdf

硕士学位论文 摘要 随着人们对居住环境要求的不断提高，居住区的建筑景观设计已成为被关注 的热点。其中水景以独特多样的形式成为建筑景观设计的重要组成部分。我国目 前居住区的水最用水除少数为自然降水外，其余均来源于城市管网的自来水，且 多数的水景景观因受到每目耗水量的制约而无法达到预期的效果。改善景观用水 现状，探索获取景观用水补充水源的新途径，是亟待研究的课题。 污水回用是解决城市缺水问题的有效途径，纵观国内外污水回用于景观水体 的研究现状，研究较多的是在排水管网终端污水处理厂内进行集中式深度处理后 回到河道、湖泊等作为景观补充水，而对小区中水用作景观的研究也多限于绿化。 行性。 小区生活污水具有原水水量和水质稳定的特点，污染物的成分主要是有机 物，可生化性好，处理工艺成熟，可成为较好的景观水体的补充水源。 利用再生水作为景观水体补充水源的最大障碍是由于水中氮、磷超标 ( g b t 1 8 9 2 1 - 2 0 0 2 ) 而造成水体的富营养化，所以生活污水回用于景观水体的关 键技术是脱氮除磷。分析比较了各种同步脱氮除磷工艺，对比选取a 2 o 工艺作 为生活污水景观回用的二级处理工艺。本文在分析传统a 2 o 工艺存在问题的基 础上，对传统a 2 o 工艺进行了改进：在各反应段投放填料，增加生物量，强化 各段的反应功能；利用生物接触氧化技术对好氧段进行改进，解决了传统工艺的 泥龄问题，同时加设折流档板，延长反应流程，形成推流式的生物接触氧化曝气 池：由于生物接触氧化技术产泥量少，故取消了外循环，解决了传统工艺的硝酸 盐问题，使工艺流程更加简洁，降低了运行费用。 经小试研究改进后的接触氧化a 2 o 工艺出水水质好，尤其脱氮效果显著， c o d c r 、n h 3 - n 、t p 、浊度的平均去除率分别达到：6 5 o 、8 2 1 、5 6 1 、8 9 8 。 由于除磷效果不稳定，所以选择具有良好除磷效果的混凝沉淀法作为后续深度处 理工艺，结果表明，混凝沉淀对t p 的去除效果非常显著，t p 的平均去除率约为 8 8 4 ，最终出水透明度好，无异味，各项指标的平均值符合景观标准 ( g b t 1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) 。并分析了它的经济效益和环境效益，由此证明了景观回用 摘要 可行。 为了考查生活污水回用于景观水体时水体的富营养化过程，在实验后期进行 了生活污水景观回用的模拟实验，了解了静态景观水体的富营养化过程以及水质 变化情况。 关键词：生活污水：回用；景观水体；a 2 0 工艺；接触氧化 i i 硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fl i v i n gq u a l i t y , t h el a n d s c a p e sd e s i g no ft h er e s i d e n t i a l d i s t r i c t si su n d e rt h es p o t l i g h ta tp r e s e n t a m o n gt h e m ，t h ew a t e r s c a p e sb e c o m eav e r y i m p o r t a n tp a r tb e c a u s eo ft h e i ru n i q u ea n dv a r i o u ss t y l e s a tp r e s e n t ，t 印w a t e ri su s e d f o rh e a d w a t e ro fm a n yw a t e r s c a p e sw h i l et h ep r e c i p i t a t i o ni sp r e p a r e dr a r e l yi no u r c o l t r l t y t h u s ，m o s to ft h e mc a n ta c h i e v et h ee x p e c t e de f f e c tb e c a u s eo fw a t e rq u o t a s oi t i sa nu r g e n ti s s u et o i m p r o v et h es t a t eb ye x p l o r i n gn e wm e a n so fw a t e r s u p p l e m e n tf o rw a t e r s c a p e s w a s t e w a t e rr e u s ep r o v i d e sa ne f f e c t i v ew a yt os o l v et h ep r o b l e mo fs h o r t a g eo f w a t e r n o w a d a y s ，t h ef b r e i g na n dd o m e s t i cr e s e a r c h e so nr e u s i n gs e w a g et r e a t e df o r s c e n i cw a t e ra l w a y sf o c u so nr e u s i n gt h ed i s c h a r g e dw a t e ro ft h ee f f l u e n tt r e a t m e n t p l a n tw h i c hf l o w sb a c kt or i v e ro rl a k ea f t e rt h ea d v a n c e dt r e a t m e n ta st h es u p p l e m e n t o ft h es c e n i cw a t er a n dr e s e a r c h e so nr e u s i n go ft h em i d d l ew a t e rf o rl a n d s c a p e sa r e l i m i t e dt ot h eg r e e n i n go ft h er e s i d e n t i a ld i s t r i c t ，t h ef e a s i b i l i t yo fr e u s i n gd o m e s t i c s e w a g et r e a t e df o rs c e n i cw a t e ro nt h es p o tw a ss t u d i e di nt h i sp a p e rt ot h ep r e s e n t s c e n i cw a t e rs i t u a t i o n t h ed o m e s t i cs e w a g eh a ss t e a d yq u a l i t ya n dq u a n t i t y i no t h e rh a n d ，t h ep o l l u t a n t s i ni ta r em a i n l yc o m p o s e do fo r g a n i cc o m p o u n d sw h i c hc a nb er e m o v e db yb i o l o g i c m e t h o d s e a s i l y d o m e s t i cs e w a g em a y b ef e a s i b l es o u r c ef o rs c e n i cw a t e r t h em a i no b s t a c l eo fr e u s i n gs e w a g et r e a t e df o rs c e n i cw a t e ri st h a tt h e c o n c e n t r a t i o no fp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e ne x c e e ds t a n d a r d ( g b t 18 9 21 2 0 0 2 ) t of o r m e u t r o p h i c a t i o no f t h es c e n i cw a t e r t h u s ，t h ek e yt ot h es e w a g er e u s i n gf o rs c e n i cw a t e r i sh o wt or e m o v en i t r o g e na n dp h o s p h o r u s i nt h i sp a p e r , t h ea 2 op r o c e s sw a ss e l e c t e d a ss e c o n d a r yt r e a t m e n tp r o c e s st ob a s eo na n a l y s i so ft h ep nr e m o v a lp r o c e s s e si n s y n c h r o n i s m ，a n dt h et r a d i t i o n a la 2 op r o c e s sw a si m p r o v e d t h es t u f fw a s p u t t e di n e v e r yr e a c t i o np h a s eo ft h et r a d i t i o n a la 2 op r o c e s st oi n c r e a s e t h em i c r o o r g a n i s m q u a n t i t ya n ds t r e n g t h e n r e a c t i o nf i m c t i o n t h ea e r o b i cp h a s ew a si m p r o v e db y a d o p t i n gb i o l o g i c a l c o n t a c to x i d a i o np r o c e s st os o l v et h es l u d g ea g ep r o b l e mo f t r a d i t i o n a la 2 op r o c e s sa n dt h ed e f l e c tb a f f l e p l a t ew a s s e ta tt h ea e r o b i cp h a s et of o r m a b s t r a c t a p l u g f l o wb i o l o g i c a l c o n t a c to x i d a t i o na e r a t i o nb a s i n 7 t h es l u d g er e c y c l ew a s c o n c e a l e dt os o l v en i t r a t ep r o b l e mo ft h et r a d i t i o n a la 2 0p r o c e s sa n dr e d u c e e q u i p m e n ta n do p e r a t i o nc o s t s t h ee f f l u e n to ft h ei m p r o v e da 2 0p r o c e s sh a dg o o dq u a l i t y , e s p e c i a l l yh a dh i g h d e n i t r i f i c a t i o ne f f i c i e n c y w h e nt h es y s t e mc a m et oas t e a d ys t a t e ，t h er e m o v a lr a t eo f t h ec o d e r , n i t 3 一n ，t p , a t r b i d i t yc o u l da c h i e v e6 5 o ，8 2 1 ，5 6 ，1 ，8 9 8 ， r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lo ft h et pw a sn o tr e m a r k a b l e s oc o a g u l a t i n gs e d i m e n t m i o n w h i c hc o u l dr e m o v et pe f f i c i e n t l yw a se m p l o y e da st h ea d v a n c e dt r e a t m e n t t h e r e m o v a lr a t eo ft h et pi na d v a n c e dt r e a t m e n tc o u l da c h i e v e8 8 4 t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l ts h o w e dt h ew a t e ra f t e rt h ea d v a n c e dt r e a t m e n tw a st r a n s p a r e n ta n dh a dn oo d o r t h ea v e r a g ev a l u eo ft e s t e dq u a l i t yi n d e xc o u l dm e e tt h es t a n d a r df o rs c e n i c e n v k o n m e n tu s e ( o b t 1 8 9 2 1 2 0 0 2 ) i nt h i sp a p e r , t h ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t w a sa s s e s s e d ，a n dt h ef e a s i b i l i t yw a sa s op r o v e d i no r d e rt ot e s tt h ee u t r o p h i c a i o n ，a ne x p e r i m e n tw a se m p l o y e dt os i m u l a t et h e s c e n i cw a t e r t h r o u g ht h i se x p e r i m e n t ，t h ee u t r o p h i c a t i o np r o c e s sa n dt h ev a r i e t yo f t h e w a t e rq u a l i t yw a si n d i c a t e d k e y w o r d s ：d o m e s t i cs e w a g e ：r e u s e ：s c e n i cw a t e r ：a 2 op r o c e s s ；c o n t a c to x i d a t i o n 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 水资源及水环境现状 地球表面的7 1 被海洋所覆盖，即使在2 9 的陆地面积上，还分布有各种各 样的河流、湖泊、沼泽、冰川等水体，可以说地球表面几乎是被各种形态的水所围 绕。但是目前能被人类利用的只有约o 6 2 的淡水【1 ，缺水己成为世界性的问题。 早在1 9 7 7 年，联合国环境规划署向全世界发出警告：“水资源危机将成为继石油危 机之后另一个更为严重的全球性危机”。 2 嘲目前，2 0 的世界人口缺乏清洁饮用水， 3 0 的世界人口无法得到卫生用水，全球每年有9 0 0 多万人因饮水不洁或缺水而死 亡，预计到2 0 2 5 年，全世界将有3 0 亿人生活在水资源短缺的环境中 4 1 。水资源已 经引发了一些国家间的紧张关系，美国巴尔的摩太阳报刊文说：中东可能因水 而战! 还有人预言：第三次世界大战将是为争夺水资源而战。1 9 9 7 年召开的第一 届世界水资源论坛郑重指出：目前的世界水资源形势还会继续下去，人类在2 0 5 0 年左右将面临前所未有的严重的水资源危机。由于全球气候变化，严重的水资源危 机可能提早在2 0 3 0 年左右出现；也有不少学者指出全球性水资源危机现在就已经 出现。 2 】由于自然条件的影响，随着人口的增长和经济的发展，世界水资源短缺已 成为现实，全球性的水资源危机正向人类走来! 我国江河湖泊众多，冰川资源丰富，流域面积在1 0 0 0 平方千米以上的河流约 有1 5 0 0 多条，流域面积在1 0 0 平方千米以上的约有5 万多条；面积在l 平方千米 以上的湖泊有2 3 0 0 多个，总面积7 17 8 7 平方千米，占全国总面积的o 8 左右：我 国还是世界上中低纬度地带冰川资源最多的国家之一，共有冰川4 30 0 0 余条，总 面积5 8 97 0 0 平方千米，占亚洲冰川总量的一半以上。年平均降水总量为6 18 8 9 亿 立方米，是水资源的主要来源之一 2 】o 我国水资源总量虽然丰富，但是每人年占有径流量仅居世界第1 2 l 位，是世界 平均值的1 4 ，已被联合国列入世界1 3 个贫水国之一【5 】o 而且我国水资源时空和地 域分布极不均衡，年际、年内变化大，南北、东西差距悬殊。我国位于东亚季风区， 降雨季节过于集中，年内分配很不均匀，不利于水资源的有效利用。降水年际变化 第一章绪论 也大，少水年和多水年持续出现，平均每三年发生一次较严重的水旱灾害。仅1 9 9 8 年洪涝灾害带来的损失就高达3 0 0 0 多亿元【6 1 。我国水资源地区分布不均，南多北 少，东多西少，与人口耕地、矿产等资源分布极不匹配。长江流域及其以南地区， 占全国总面积的3 6 5 ，却拥有占全国8 0 9 的水资源；长江以北诸水系的流域面 积约占国土面积的6 3 5 ，其水资源总量却只占全国的1 9 1 ，其中西北内陆河地 区面积占3 5 3 ，水资源量仅占4 6 ，干旱缺水，已成为我国北方地区的主要自然 灾害 2 】川。 在水资源时空和地域分布不均衡的前提下，我国水资源利用方面的研究仍处于 初级阶段，主要问题有唧8 1 ( 1 ) 开发利用不平衡：我国水资源的利用率总体上是北 高南低。如地表水的利用率，海河流域、辽河流域和淮河分别达到6 7 、6 8 和7 3 ； 丽一些内陆地区河流利用率达1 0 0 ；而地处南方的长江和珠江利用率只有1 6 和 1 5 ；闽浙地区和西南地区河流利用率则分别不到4 和1 。地下水的开发利用程 度也与地表水类似。 ( 2 ) 废水排放量大，污染严重：长期以来，我国工业废水年 排放量超过2 0 0 亿吨。据1 9 9 9 年统计，全国废水排放总量4 0 1 亿吨，其中工业废 水排放量1 9 7 亿吨：废水中c o d 排放总量1 3 8 9 万吨，其中工业废水中c o d 排放 量6 2 9 万吨。当年我国工业废水处理率为8 7 2 ，达标排放率为6 6 7 ，生活污水 的处理率和达标排放率则要低得多。该年我国主要河流有机污染普遍，面源污染日 益突出，1 4 1 个国控城市河段中，水质i v 类到劣v 类的占6 3 8 ，失去了饮用水功 能；湖泊水库也普遍受到污染，大的淡水湖和城市湖泊污染程度均为中度以上；近 海水域海水污染严重，环境状况总体较差，海洋环境污染恶化的趋势仍未得到有效 控制；多数城市地下水受到不同程度污染，且呈逐年加重趋势。严重的水污染，不 但危害人们的身体健康，影响了经济的发展，而且也是我国目前水资源紧缺的主要 原因之一。( 3 ) 工农业用水利用率低，浪费严重：发达国家工业用水重复利用率一 般在7 0 以p ，我国大部分地区的重复利用率则不足3 0 。在我国，农业用水占总 用水量的8 0 ，但灌溉水渗漏损失量一般为4 0 5 0 ，灌溉用水利用率仅3 0 4 0 。 ( 4 ) 地下水过度开发引起地面沉降；由于地表水不足，许多城市大量开采地 下水。过量开采使得地下水位下降，严重的会引起地面沉降。目前，全国己出现 5 6 个区域性的地下水位降落，总面积达8 7 万平方千米。地下水位的下降导致我国 不少沿海城市出现不同程度的海水入侵。仅环渤海湾地区出现海水入侵的面积就达 硕士学位论文 1 4 8 0 平方千米。由于地下水位的长期持续下降，我国在东部地区已有2 0 多座城市 出现了地面沉降。地面沉降造成井管倾斜、地面开裂、管道破坏、桥梁净空减少， 海水入侵则会导致地下水质恶化，土地盐渍化等不良后果。( 5 ) 认识不足，管理落 后；节水措施少、浪费严重、水费不合理、保护不够等问题及管理滞后，客观上加 剧了水资源的紧缺。据统计，全国城市自来水管网水量损失率高达2 0 3 0 ，再 加上使用中的跑、冒、滴、漏，每年约损失1 0 亿m 3 的水，每年水污染对我国人民 身体健康的损害价值超过4 1 7 亿元。很显然，水资源已成为扼制我国社会进步和经 济发展的最重要问题之一。随着人口的增长和社会经济的发展，水资源紧缺这一现 象将持续发展。耍缓解和解决我国水资源紧缺问题，必须深刻全面地认识我国水资 源的特点及问题实质，开源与节流并重、合理利用和有效保护相结合。 近年来，我国对水的重复利用已逐步开展。在一些水源持别紧张的城市，水的 重复利用率已达到较高水平，但总体水平还很低。如果全国工业用水的平均重复利 用率能在现有基础上提高2 0 个百分点，略低于发达国家水平，则每天就可节水1 3 0 0 万吨，相应地节省供水工程投资2 6 亿元，【9 】节水量和经济效益都相当可观。 1 1 2 城市污水回用的必要性 水在自然界中是惟一不可替代，也是惟一可以再生的资源，污水经过适当的再 生处理，重复利用，可实现水在自然界中的良性循环。城市污水作为第二水源要比 雨水来源稳定，比长距离引水基建投资少，较海水淡化处理工艺简单经济。开发这 种非传统水源，实现污水资源化，对保障城市安全供水具有重大的战略意义。 ( 1 ) 有效缓解了水资源的供需矛盾。据估算 1 0 ：占城市供水量的8 0 的水成 为城市污水排入管网中，收集起来再生处理后有7 0 可咀安全回用，二者合计起来， 占城市供水量一半以上的污水，可以成为再生水( 或叫回收水、回用水、中水) 返回 到城市水质要求较低的用户上，替换出等量自来水，相应增加了城市一半供水量。 既减轻了城市供水系统的压力，又体现了“优质优用、低质低用”的原则。 ( 2 ) 污水回用可节省水资源费、远距离输水费和基建费等。 ( 3 ) 污水处理回用减少了污水排放量，减轻了对环境的水污染负荷，保护了 自然水体，具有可观的环境效益。 城市污水通过不同方法的再生处理后，用途十分广泛，如农田灌溉、地下回灌、 工业用水、城市生活杂用、景观环境用水和其他用水等。对于一项回用水工程，最 第一章绪论 重要的是必须向其回用对象提供能满足其安全使用的水，应满足如下要求i t l ：( 1 ) 对人体健康不应产生不良影响。( 2 ) 对环境质量、生态维护不应产生不良影响。( 3 ) 对于生产目的回用不应对产品质量产生不良影响。( 4 ) 水质应符合各类使用规定的 水质标准。( 5 ) 为使用者及公众所接受。( 6 ) 在技术上是可行的，在经济上是合理的。 国内外的实践经验表明：城市污水经二级处理或深度处理后，其水质可完全达 到目标水质。目前世界上已建成不少污水回用工程，取得了显著的成效，并积累了 丰富的经验。纳米比亚于1 9 6 8 年建起了世界上第一个合格的再生饮用水工厂，日 产水量6 2 0 0 m 3 ； 1o 美国已有3 0 0 余座城市实现了污水处理后再利用；以色列1 9 8 7 年全国已有2 】o 个市政污水回用工程，城市污水回用率达7 2 ； t 2 1 我国到2 0 0 0 年底，已建城市污水处理厂4 2 7 座，其中2 8 2 座为二级生化污水处理厂，每天可提 供再生水1 4 7 5 1 0 4 m 3 1 1 3 ，目前已有数十座城市建成或正在建设再生水深度处理 厂，再生水利用日趋广泛。 污水回用可使投资供水和投资污水处理合二为一，自我调节，良性循环，实现 水资源的可持续利用。在水资源紧缺的现实下，将污水进行深度处理后作为再生资 源是必然的发展趋势，污水资源化利用技术的推广应用势在必行。 1 1 3 污水景观资源化的意义及国内外研究现状 生活污水经二级处理或深度处理达到相关标准后，可以回用于农业、工业、地 下回灌、城市生活杂用、补给河流湖泊等。再生水回用于景观环境是满足缺水城市 对于娱乐性水环境需要而发展起来的一种再生水回用方式，到目前为止，只有少数 发达国家对此做过一定的研究，并提出相应的水质标准。再生水回用于景观水体是 完成水生态循环的自然修复与恢复的最佳途径 1 5 1 ，实现了水资源的可持续利用。可 以预见，随着环境意识的提高，再生水回用于景观水体必将拥有广阔的发展前景。 国外在再生水回用于景观水体方面的研究早在2 0 世纪3 0 年代就已开始。 1 9 3 2 年美国在加利福尼亚州的旧金山建立了世界上最早的将出水再利用为公 园湖泊观赏用水的污水处理厂，到1 9 4 7 年为公园湖泊和景观灌溉供水已达3 8 万 m 3 d ，占公园需水量的四分之一【l 。 日本早在2 0 世纪6 0 年代开始尝试污水回用，7 0 年代初具规模。回用水主要 用于补充河道、浇灌绿地、冲厕、工业循环及消防等。其中用于景观水体的约占总 再生量的1 0 。曰本曾在1 9 8 5 年到1 9 9 6 年用再生水复活了1 5 0 多条河道的景观功 硕士学位论文 能1 18 1 。 国外实施再生水回用于景观水体的城市以美国、日本居多，还有其他的一些国 家，如澳大利亚、以色列、南非等国在城市污水回用于景观水体方面也进行过大量 的研究，有着许多成功的实例。 我国将城市污水回用景观水体的研究最早始于“七五”国家科技攻关计划。 1 9 2 0 1 此后，北京、天津、石家庄、泰安等城市相继将污水处理厂出水进一步处理后 补给干涸的景观河道、湖泊等，取得了良好的经济效益和环境效益，对我国再生水 回用于景观水体的工程实践起到了积极的示范作用。 北京投入运行的几个主要污水处理厂有：高碑店污水处理厂、酒仙桥污水处理 厂、清河污水处理厂、北小河污水处理厂、方庄污水处理厂等，总污水处理能力达 1 4 8 万m 3 d ，回用于景观水体的再生水约达3 0 万m 3 d 2 l 】。是目前全国再生水产量 最大的城市之一。将城市污水处理厂的再生水回用于景观水体后，京城的高碑店湖、 南护城河、昆玉河已经成为市民观赏和休闲之地，大大提高了北京的整体水环境质 量，改善了市民的生活环境，提升了该区的旅游价值。 天津的纪庄子污水处理厂，处理能力达5 4 万m d ，再生水主要用于补充小区 的景观水体、浇洒道路、园林绿化、工业生产等以及补充市内的卫滓河。再生水补 充小区的景观水体后为周围居民创造了良好的生活环境，受到居民和专家一致的认 可【”1 。 石家庄市也是较早实施再生水回用于景观水体的城市之一。该市的桥西污水处 理厂二级出水经混凝、沉淀、过滤、消毒深度处理后，注入市区“民心河”作为景 观用水，取得了良好的社会效益。民心河是石家庄市政府为改善市区环境，提高市 民生活质量而投资兴建的大型“民心”工程j 。 此外，实施再生水回用于景观水体的城市还有泰安、郑州、成都、慈溪等地。 1 2 居住小区污水回用于景观水体的必要性 1 2 1 小区生活污水就地处理就地回用的必要性 城市污水回用有两种模式：集中式处理和分散式处理。 纵观国内外再生水回用于景观水体的发展现状，研究较多的是在排水管网终端 污水处理厂内进行集中式深度处理后回到河道、湖泊等作为景观补充水。而将大范 围的生活污水集中处理后再回用于收水区域，这就需要建立庞大的管网系统和中途 第一章绪论 提升泵站，为此需投入大量的基建费、运行维护费，而且水在城市管网中进行长途 运输时也会造成漏失和遭受二次污染，这是集中式深度处理后回用再生水的弊端。 相比之下，在有条件的场合，小型分散式污水处理系统可使污水就近收集，实施方 便快捷，建设周期短，而且减轻了城市排水管网的压力，减少了城市污水处理厂的 规模，节省了长距离输送管道的基建费和运营费。 随着水处理技术的发展和水环境基础设施的完善，污水处理设施实现了小型 化、集成化，使得污水处理规模出现了从大型集中式走向小型分散式，集中式污水 处理已不再是城市污水处理的唯一选择。目前美国、日本等一些发达国家的污水处 理建设正走向小型化。在我国一批小型集成化污水处理系统已在一些小城镇、新建 住宅居住区、大型宾馆、娱乐场所等广泛应用，并取得了良好的效果 2 4 l 。 1 2 2 小区生活污水回用于景观水体的意义 我国房地产行业经过近1 0 年突飞猛进的发展，城市住宅迅速跨越了以区域优 势为主导的“第一代住宅”和以项目基本配套为主要卖点的“第二代住宅”两个重 要阶段，目前处于以环境为主要卖点的“第三代住宅”阶段，而生态住宅作为“第 四代住宅”的主要产品类型，代表着一种社会进步和人类文明的重要标志，已经开 始走人我们的生活【2 ”。从忽视生态因素，到以生态为点缀，再到将生态因素作为一 个重要的环节来重视，生态住宅的建设在短期内取得了很大的进展。 生态住宅小区不仅提供生活、文化、教育、科技、休闲娱乐、艺术等众多功能 还包括人与自然、环境间高效、和谐的关系2 ”。为保障城市的可持续发展，满足居 民对环境、文化、物质等日益提高的需求，城市居住区的建设，就必须在城市总体 规划的指导下，从系统的角度、生态的角度对小区进行综合规划。水是促进人与自 然环境和谐发展的重要生态因子。长期以来，居住区的水系统仅包括给水和排水两 大系统口”，随着人们生活质量和生态环境意识的提高，小区水环境系统的构成及其 内涵得到了极大的丰富，小区水环境系统包括：给水、废污水、中水、雨水、景观 水体等系统。针对不同的用水对象对水质有不同的要求以及我国水资源、水环境的 特点，有必要以可持续发展思想为指导，以水工业高新技术为技术支撑，对居住区 水环境系统进行系统研究，发展居住区水环境系统规划方法与水环境技术，以促进 和指导城市居住区的建设和住宅产业的可持续发展口8 1 【2 叭。 生态住宅的评估体系包括：能源系统，水环境系统，声环境系统，气环境系统， 光环境系统，热环境系统，绿化系统。其中对水环境系统的要求，除关注节水、饮 硕士擘位论文 用水安全措施外还包括；加强水的再生利用和水生态循环、不鼓励再生水入户、限 制或禁止使用市政供水作为绿化和景观用水、确定景观用水处理深度与消毒等级等 1 3 0 l 。由于水资源的紧缺，国家限制或禁止使用市政供水作为小区景观水体的水源， 将中水作为小区景观水体的补充水源己成为可行和大家认可的方式。其中小区生活 污水较雨水供给稳定，如果经过适当的就地处理达标后回用于小区水景，这不仅克 服了自来水供给的浪费和雨水供给的不稳定性，还减少了城市污水处理厂的负荷， 对创建生态住宅非常具有必要性和现实意义，因此必然具有广阔的发展前景。 1 _ 3 课题研究的目的及主要内容 随着人们对居住环境的要求不断提高，居住区的建筑景观设计已成为房地产开 发中被关注的热点。其中水景以其独特、多样的表现形式逐步成为居住区建筑景观 设计的重要组成部分。居住区内的水景规模大小不一，小型的有喷泉、叠流、瀑布、 涌泉、水雾等 中型的有溪流、镜池等：大犁的有水面、人上湖等。 据调查p 1 1 这些景观的用水 水源除少数的人工湖为自然降 水以外，其余均来源于城市管 网的自来水，且多数的水景景 观因受到每日耗水量的制约而 无法达到预期的效果。 图1 1 为某小区的水景现 状，池中基本无水，露出本色 的池底，裸露着潜污泵、管道 等设备和附件。 f 电- i _ 1 p r c s c l l ts i t u 砒o “o f t h 。帅柳啦m i n8 “p t o w n 因此为建设生态型可持续发展的居住环境，探索获取景j l ! i ! 用水的补充水源的新 途径，改善景观用水现状，正是我们当前迫切需要研究的课题。 利用再生水作为景观用水水源，是获得有保障的景观水体补充水源的有效途 径。本课题研究的主要内容包括： ( 1 ) 分析比较再生水作为景观水体补充水源的各种处理工艺，选择适合小区 生活污水处理及景观回用的工艺方案。 ( 2 ) 分析工艺特点，研究工艺的改进方式，探索景观水体补充水源的新工艺。 第一章绪论 ( 3 ) 寻找新工艺的最佳运行条件、分析处理成本、比较应用效果。 1 4 本章小结 随着淡水资源日益短缺和水环境日趋恶化，污水回用已成为解决城市缺水问题 的一个有效途径。在此基础上提出了污水景观资源化的必要性，综述了国内外再生 水回用于景观水体的研究现状，并总结分析了污水处理发展规模上的变化。从而进 一步阐述了小区生活污水就地回用于景观水体对创建生态住宅的必要性和现实意 义，确定了本课题的主要研究内容。 硕士学位论文 第二章小区生活污水景观回用的工艺分析、比较与选择 2 。1 小区生活污水作为景观水水源的特征 随着城市住宅小区的规模化，小区的服务面越来越广，一般集居住、生活、娱 乐、休闲等功能于一体。所以小区污水的排放量越来越大，主要包括洗浴污水、餐 饮污水、厕所污水等，通常具有下列特征： ( 1 ) 水量、水质稳定，污染物的成分主要是有机物一般不含或含较少的有 毒物质。 ( 2 ) 可生化性好，达n - - 级排放标准，处理工艺成熟。 ( 3 ) 污水排放量大，而景观用水需求量较大，所以水量易平衡。 ( 4 ) 污水资源化立足本地，实施起来方便快捷，作为景观水回用水源，具有 很高的保证率。 2 2 景观水体的特点 2 2 1 景观水体的氮、磷污染与富营养化的形成 景观水体对感观指标的要求很高，比如颜色、异味等。产生颜色和异味的主要 原因是由于水中藻类的过量繁殖，使水体的透明度下降，同时消耗了水中溶解氧， 造成水体底部发生厌氧，使水体的应有功能遭到破坏，进而加速了水体的富营养化 进程。氮、磷是植物生长重要且必需的营养物质，所谓水体的富营养化指的是0 2 富含磷酸盐和某些形式的氮素的水，在光照和其它环境条件适宜的情况下，水中所 含的这些物质足以使水中的藻类大量繁殖，在随后的藻类死亡和随之丽来的异氧微 生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成水质恶化和水生态环境结构 被破坏。我国是一个湖泊众多的国家，目前，水体的富营养化已经成为我国一个较 为突出的环境问题。据统计口3 】【3 4 ，我国主要湖泊处于因氮、磷污染而导致富营养化 的占统计湖泊的5 6 。 富营养化是水体有机污染的一种表现，既可以在湖泊、水库这样的水体里发生， 也可以在不流动或缓流的水景里发生。一般认为，缓流水体中的自养型生物主要是 藻类，藻类是一种低等植物，种类繁多。按照其形态及所含色索，常见的藻类可分 为蓝藻、绿藻、硅藻、褐藻、金藻等，藻的类型不同，藻类在水中的表现也不同。 第二章小区生活污水景观回用的工艺分析、比较与选择 绿藻是景观水池中最常见的藻类，可分为小球藻、栅藻、衣藻、空球藻等。绿藻的 细胞中以叶绿素为主，并含有叶黄素和胡萝h 素，无毒，它也是一些鱼类的食物； 蓝藻细胞中除含有叶绿素和色素外，还含有大量的藻蓝素，因此，大量繁殖时有一 种“绿如蓝”的感觉。除绿藻和蓝藻外，黄褐色的硅藻、褐藻和金藻也会在夏季的 水体中见到，其中金藻含量最少。 藻类细胞中的叶绿索和其它辅助色素，能进行光合作用。在适宜的光照、温度 和具备充分营养物质的条件下，藻类通过光合作用以太阳能和无机物合成本身的原 生质，同时放出氧气，可用简单的化学计量关系口5 l 来表征这种状态： 1 0 6 c 0 2 + 1 6 n 0 3 一q - h p 0 4 2 - + 1 2 2 h 2 0 + 1 8 盯+ 能量+ 微量元素一一 c 1 0 6 h 2 6 3 0 1 1 0 n 1 6 p i ( 藻类原生质) + 1 3 8 0 2 由上式可知，在藻类分子量所占的重要百分比中磷最小，氮次之。由利贝格最 小定律口5 ：植物生长取决于外界供给它所需要的养料中数量最少的那一种，可以看 出，藻类繁殖的程度主要取决于水体中氮、磷的含量( 尤其磷的作用更为突出) ， 当供应量充足时，藻类可以得到充分增殖。 2 2 2 富营养化的危害 富营养化的危害很大，它不仅在经济上造成损失，而且危害人类健康。富营养 化对景观水体所造成的影响和危害具体表现在以下几个方面口2 j ： ( 1 ) 使水体产生异味。处于富营养化状态的水体会使藻类过渡疯长，有些藻类 能够散发出腥昧异臭，影响水体水质和周围的空气质量。象蓝藻门的束丝藻属和鱼 腥藻属会散发出类似猪圈中令人难闻的臭味，绿藻门的空球藻属散发出盼气味则象 鱼腐烂时的腥臭，此外，硅藻门中某些藻属如针杆藻属也能发出腐质恶臭。在春末、 夏季和秋天温度较高的时期，水藻大量繁殖，成团的藻类死亡分解腐烂时，经过放 线菌等微生物的分解作用，使这些藻类散发出更加浓烈的腥臭。藻类散发出的这种 腥臭，不仅使水体失去了景观的作用，臭味向水体四周的空气扩散时，还直接影响 着人们的正常生活。 ( 2 ) 降低水体的透明度。在富营养化水体中，以蓝藻、绿藻为优势种类的大量 水藻浮在景观水体表面，形成一层“绿色浮渣”。经过风吹，水面这层绿色浮渣被 密集、浓缩，使水质变得浑浊，透明度降低，富营养化严重的水质透明度仅有0 2 m ， 水体感观性状大大降低( 见图2 一l 藻类大量繁殖的池塘) 。 硕士学位论文 ( 3 ) 消耗水体的溶解氧， 使得富营养化恶性循环。 富营养化水体的表层，藻 类可以获得充足的阳光， 并从空气中获得足够的 二氧化碳进行光合作用 而放出氧气，因此表层水 体有充足的溶解氧。但在 富营养化水体的深层，阳 光难以透射进入，而且阳 光在穿射水层的过程中， 被藻类吸收而衰减，所以深层水体的光合作用明显地受到限制而减弱，溶解氧的来 源也就随之减少。藻类死亡后不断地向水底沉积，不断地腐烂分解，也会消耗深层 水体大量的溶解氧，严重时深层水体会呈现厌氧状态，使得需氧生物难以生存。这 种厌氧状态可以触发或者加速底泥积累的营养物质的释放，造成水体营养物质的高 负荷，形成富营养化的恶性循环。 ( 4 ) 对水生生物的影响。水体中各种生物都处于相对平衡的状态，一旦水体呈 富营养状态时水中的溶解氧急剧变少，水体中许多藻类分泌释放有毒有害物质， 使得鱼类的生存受到严重影响；水体的下常的生态平衡被扰乱，生物种群量出现剧 烈的波动，导致生物种类的演替，使水生生物的稳定性和多样性降低，破坏了水体 的生态平衡。 2 2 3 氮、磷的来源 氮、磷是藻类和水生植物的营养源，也是污水生物处理中微生物所必需的营养 物质。在天然地表水中，氮化合物( n 凰+ 、n 0 2 、n 0 3 ) 的总量一般不超过百分之 几至十分之几m g ，磷化台物( h 2 p 0 4 、i t p 0 4 2 等) 的数值也大致在这个范围内o “。 水体中过量的氮、磷营养物主要来自于以下三个途径：( 1 ) 来自于化肥和农药废弃 物。施入农田的化肥，只有一部分被农作物吸收，绝大部分未被植物利用的氮、磷 化合物被农田排水和地表径流携带到地下水与地表水中。植物秸杆、牲畜粪便等农 业废弃物也含有丰富的氮、磷等营养物。许多城乡井水中的高硝酸盐含量几乎均与 牲畜的废弃物污染有关t ”1 。( 2 ) 来自于城市生活污水。生活污水中含有丰富的氮、 第二章 小区生活污水景观回用的工艺分析、比较与选择 磷，其中氮主要来源于人的粪便中所含的尿素在尿素酶的作用下迅速水解生成的碳 酸铵：而含磷洗涤剂的大量使用则使生活污水中磷的含量显著增加。生活污水中氮、 磷的含量与人们的生活习惯有关，且因地区和季节的不同而不同口”。( 3 ) 来自于 某些未被处理或处理不完全的工业废水。一些工业废水中含有大量的氮、磷等植物 营养物质，如割革废水、化工废水、造纸废水等。 2 3 景观回用的工艺要求 景观水体在生态住宅中处于比较重要的地位，对生态环境的建设发挥着重要的 作用，而水中藻类的大量繁殖会使景观水体的功能大大降低。因此景观水体对氮、 磷的要求比其它回用用途的指标都要高。 传统的活性污泥工艺是利用悬浮生长的微生物絮体去除溶解性有机物和部分 无机物的好氧生物处理法，只能有效地去除污水中的b o d ，和s s ，至于氮、磷只 能去除细菌细胞由于生理上的需要而摄取的数量，这样氦的去除率为2 0 4 0 ， 而磷的去除率仅为5 2 0 i ”1 。一般二级处理水还含有n i - 1 3 - n 为1 5 2 5 m g l ， 含磷为6 1 0 m g l l 3 ”，为了同时去除污水中的氮、磷和b o d 5 ，则要求工艺具有同 步脱氮除磷的功能。 污水中氮、磷的去除可以用采用生物法和化学法或物理化学法。物理化学脱氮 技术如折点加氯、吹脱工艺：化学除磷技术如混凝沉淀法、晶析法，这些方法的运 行费用都较高，而且物化脱氮技术只能有效地去除氨氮，而不能去除有机氮，城市 污水脱氮除磷大多采用的还是生物处理工艺或用化学法强化生物除磷工艺。如施汉 昌 5 】等人对用化学法强化生物除磷工艺进行了实际应用研究，不仅使出水稳定地满 足水质要求，同时大大节省5 j 口药量、减少了污泥量。 2 3 1 生物脱氮原理 氮在污水中的存在形式有四种，即有机氮( 动物蛋白、植物蛋白) 、氨氮( n h ，、 n 地) 、亚硝酸氮( n 0 2 一) 和硝酸氮( n 0 3 ) 。在未经处理的城市污水中，氮主要以 氨氮和有机氮形式存在，通常只含少量或不含亚硝酸氯和硝酸氮。氮有可溶性的， 也有非可溶性，可溶性有机氮主要以尿素和氨基酸的形式存在；非可溶性有机氮一 部分在初沉池中可以被去除，大部分在生物处理过程中转化成氨氮和其他无机氮， 却不能被有效地去除。污水生物脱氮的基本原理就在于，在有机氮转化为氨氮的基 础上，通过硝化反应将氨氮转化为亚硝酸氮、硝酸氮，再通过反硝化反应将硝酸氮 转化为氮气从水中逸出，从而达到脱氮的目的。 硕士学位论文 包括下面三个过程 3 5 1 3 7 1 ： l 、氨化反应 污水中有