（环境工程专业论文）住宅小区中水回用系统的设计研究.pdf

中文摘要 本文在介绍国内、外水资源和水环境污染现状的基础上，引述了中水的概念； 从而进一步阐述了国内、外中水回用技术的发展状况。针对我国的国情，说明了 住宅小区中水回用项目开发的必要性和可行性，阐述了小区污( 废) 水的分类、水 质状况以及污( 废) 水的收集，并在总结分析国内、外的研究成果的基础上，确定 了适合小区中水处理的三个典型工艺，即传统活性污泥处理工艺、接触氧化工艺 和膜一生物接触氧化处理工艺。通过对三种处理工艺的理论分析、经济评价，得 出有关中水回用处理工艺的相关数据，进一步对这三种典型处理工艺从进( 出) 水水质、技术特点、投资和运行费用等角度进行了详细的综合分析研究，最终确 定了膜一生物接触氧化处理工艺为最具应用前景的工艺，其提供的优质中水从用 户心理上更易被接受，且能延长中水供水设备、管网和器具的使用寿命，并且随 着膜生产技术的发展、膜组件价格的降低，其投资费用及运行费用也会降低，因 此从发展的眼光看，膜一生物接触氧化处理工艺应是居住区中水回用工艺的首 选。文章最后对膜一生物接触氧化处理工艺的工作原理、优点、缺点进行了详细 的论述，并对整个工艺过程做了详细的设计计算，从而得出了一套完整的设计计 算结果。 关键词：中水开源减污杂用水传统活性污泥法膜一生物接触氧化法 a bs t r a c t a f t e ri n t r o d u c i n gt h ec u r r e n ts i t u a t i o n so fw a t e rr e s o u r c e sa n dw a t e rp o l l u t i o n a th o m ea n da b r o a d ，t h i sp a p e re l a b o r a t e st h ec o n c e p t i o no fr e c l a i m e d w a t e ra n dt h e n i l l u s t r a t e st h ed e v e l o p m e n to ft h er e t u r n - u s e ，t e c h n i q u e so fr e c l a i m e dw a t e ra t h o m e a n da b r o a d a c c o r d i n gt ot h ec o n d i t i o n so fo u rc o u n t r y , t h i sp a p e rt h i n k si tn e c e s s a r y a n df e a s i b l et od e v e l o pt h er e t u r n - u s ep r o j e c to f r e c l a i m e dw a t e ri nar e s i d e n t i a la r e a ， e l a b o r a t e st h ec l a s s i f i c a t i o no fw a s t ew a t e r w a t e rq u a l i t ya n dc o l l e c t i o no fw a s t e 、 ，a t e ri nr e s i d e n t i a la r e a s ，a n do nt h eb a s i so fr e s e a r c ha c h i e v e m e n t s ，i n t e r n a l a n d e x t e m a lt h r e es e t so f t y p i c a lt e c h n i q u e ss u i t a b l et ot r e a tr e c l a i m e d w a t e rmr e s i d e n t i a l a r e a s ：t h et r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g et r e a t m e n tt e c h n i q u e ，t h ec o n t a c t o x i d a t i o n t r e a t m e n tt e c h n i q u e ，a n dt h em e m b r a n e - o r g a n i s mc o n t a c tp r o c e s st e c h n i q u e l h i s p a p e ro b t a i n st h ec o r r e l a t i o nd a t eo fr e t u m - u s et r e a t m e n tt e c h n i q u e s t o tr e c l a t m e d w a t e rt h r o u g ht h el a bm o d e le x p e r i m e n t so ft h e s et h r e et r e a t m e n tt e c h n i q u e s l h e n a f t e r c o m p r e h e n s i v e ，d e t a i l e d a n a l y s i s ，a n d r e s e a r c ht ot h e s et e c h n i q u e s i n i n f l o w o u t l e tq u a l i t y , t e c h n i q u ef e a t u r e s ，i n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s t ，t h i sp a p e r , a t l a s t 1 0 0 k st h em e m b r a n e o r g a n i s mc o n t a c tp r o c e s st e c h n i q u e t h em o s tp r o s p e c t i v e o n ei na p p l i c a t i o n t h el a s tp a r tg e t sac o m p l e t es e to fd e s i g n ，c a l c u l a t i o nr e s u l t sa n d c h a r tp a p e r s ，a f t e rd e t a i l e dd i s c u s s i o no nt h ew o r kp r i n c i p l e s ，d i s a d v a n t a g e so ft h e m e m b r a n e - o r g a n i s m c o n t a c tp r o c e s st e c h n i q u e ，a n dd e t a i l e dd e s i g na n dc a l c u l a t i o no f t h ew h o l et e c h n i q u ep r o c e s s k e y w o r d s ： r e c l a i f n e dw a t e r d e v e l o p i n gr e s o u r c ea n dd e c r e a s i n gp o l l u t a n t s n o n d r i n k i n gw a t e r m e m b r a n e - o r g a n i s mc o n t a c tp r o c e s s t r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁叠莶堂或其他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己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：中够 签字日期：办帕占年，z 月z 莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤奎苤堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗苤堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数掘库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：专孑弓 导师签名： 彬三 i 签字日期：加。占年，z 月彩日 签字日期：跏年f 。月乙多日 飞p、-、 第一章前言 第一章前言 1 1 水资源现状 人类的生存与活动离不开水，水覆盖着7 1 的地球表面，因此地球得到了“蓝 色星球的美名。但是在1 3 亿( k m 3 ) 的水资源中，9 8 都是含盐的水，淡水只有 3 0 0 0 万( k m 3 ) ，而且其中8 8 呈固态( 冰帽和冰川) 。在1 2 的淡水中多数是地下水， 人们可以直接取用的淡水，即从河流和湖泊中取用的淡水，只占0 0 1 4 。 地球上的水虽然不少，但水的分布却很不平衡。世界上每年约6 5 的水资源 集中在不到1 0 个国家，而人口占世界总人口4 0 的8 0 个国家( 其中9 国在近东 和中东) 却严重缺水，另外2 6 个国家( 共有人口2 3 2 亿) 的水资源也很少。 1 9 9 8 年3 月2 2 日值“世界水日”之际，各国报纸都刊登了有关水资源的问 题，且以“水荒”、“水战”、“水危机”、“水冲突”等显著的标题引起读者的注意。 法新社报道，到2 l 世纪，在这个人口过剩的地球上，围绕淡水进行的频繁争夺 将比以往任何时候都更加残酷无情。联合国1 9 9 7 年就提醒人们，水资源缺乏很 可能引发“地方的或地区的灾难”，还可能引发“能导致世界危机的对抗”。1 9 9 7 年6 月在伊斯坦布尔签约的联合国人类住区会议，会议秘书长沃利恩多警告说： “据我的推断，在未来5 0 年我们会看到，导致围与国之间，人与人之间剧烈冲 突的诱因不再是石油，而是水 。1 9 9 7 年3 月在摩洛哥的马拉喀什签约的世界水 资源研讨会预测，2 0 5 0 年以前将发生一次水危机。世界银行官员们主张把水作 为一种稀有资源来管理。随着越来越多的人认识到淡水是一种稀有资源，认为水 理所当然取之不尽的时代将一去不复返。 我国江河众多，流域面积在1 0 0k m 2 以上的河流有5 万多条，流域面积在1 0 0 0 k m 2 以上的约有1 5 0 0 多条。湖泊众多，面积在lk m 2 以上的湖泊有2 7 0 0 多个，总 面积7 1 7 8 7k m 2 ，湖泊总储水量为7 0 8 8 亿m 3 ，其中淡水量占3 2 。冰川4 3 万余 条，集中分布在局部地区，总面积5 8 7 0 0k m 2 ，总储晕约5 2 0 0 0 亿m 3 。平均年降 水量为6 1 8 8 9 亿m 3 ，平均降水6 4 8 4i l l 。年均河川径流量2 7 11 5 亿m 3 ，地下水 年平均资源为8 2 8 7 6 亿m 3 。水资源拥有总量约为2 8 1 2 4 亿m 3 ，位居世界第六位， 而人均占有量却不足世界的1 4 ，是世界上1 3 个主要贫水国之一。 我国水资源在时间和空间上分布极不均衡：在空间上表现为南方多，北方少， 东南多，西北少：在时间上表现为每年汛期( 7 ，8 ，9 月份) 洪水集中，水灾严重， 沿江地区大多水满为患，而旱季又会严重缺水。 据统计，我国由于工业缺水，每年损失1 2 0 0 亿元，2 0 世纪9 0 年代以来， 农业受害面积4 亿亩，每年减产粮食3 5 0 多亿公斤，全国6 6 9 个城市中，4 0 0 个 第一章前言 城市常年供水不足，其中有1 1 0 个城市严重缺水，日缺水量1 6 0 0 万m s ，年缺水 量6 0 亿m 3 ，由于缺水每年将会影响工业产值2 0 0 0 多亿元。 我国水资源开发利用各地很不平衡。南方多水地区利用率低，北方少水地区 地表水开发利用程度高，如淮河流域利用率高达7 3 ；地下水的开发利用北方高 于南方，有的利用率已达8 3 ，接近极限。 1 2 水环境污染现状 随着工业的发展和人类物质生活的提高，水环境的污染己是当今世界范围内 普遍存在的问题，由于水污染的日趋严重，许多水源都受到了不同程度的污染； 近年来总的情况是发达国家比较重视环保事业，投入了大量的财力，水污染控制 较好，水源水质总趋势向好的方向发展，而发展中国家由于重视生产发展，往往 忽视环保事业，即或重视环保，但因经济实力有限还不能在环保上投入过多资金， 因此水污染日趋严重。 1 2 1 国外地表水污染现状 国外地表水污染状况与各国的经济、技术发展情况而大有差别，但是都或多 或少受到了一定程度的污染，下面简单介绍一下法国、美国、日本等国的情况。 ( 1 ) 法国哺1 在法国巴黎，塞纳河、瓦兹河和马思河都不同程度受到工业和城市污水以及 农业污染，三条河流的水质状况见表1 1 。 表1 1 塞纳河、瓦兹河、马思河污染物质浓度 污染物单位塞纳河瓦兹河马思河 氯仿提取物u g l 7 0 06 0 08 0 0 邻苯二甲酸脂 u g l 2 5 0 0 1 0 0 01 3 0 0 0 三氯甲烷u g l 532 0 四氯化碳u g l o 1 0 o 0 50 4 0 四氯乙烯 u g l o 2 0 31 8 氨 m g l o 6 0 3 0 8 硝酸盐m g l 3 24 总有机碳 m g l 5 35 o7 o ( 2 ) 美国1 1 2 1 据1 9 8 9 年报告报道，美国3 7 个州的地表水源中各类化学物质浓度不断上升， 1 9 个州约1 0 4 6 0 k m 长的河流遭受有毒化学物质的严重污染，c h a d i k 和g a r y 等人 第一一章前言 对美国7 个地表水源作了调查，结果如表1 2 。 表1 2美国七个水源水质监测结果 项目单位 s c i o t ob is c c a y n ee d i s tm s j a m e s i l w a c o b a y t o n e r 河 水库0 河 河河河 水库 总有机碳 m g l 5 89 o8 65 81 6 78 09 2 溴化物u g l 1 0 02 5 0 1 0 01 0 03 5 01 0 0 1 0 0 三氯甲烷 前体物 u g l 4 6 55 6 07 2 53 1 31 0 4 61 0 8 76 6 7 吸光物 一1 0 0 3 70 0 1 70 0 1 70 0 9 30 1 0 40 1 9 9o 1 1 7c m ( 3 1 0 m m ) 1 9 8 7 年o k e r e k e 等人对i o w a 州的s a y l o v il l e 水库进行t 常规水质项目的 测定，测得水库水的生化需氧量( b o d s ) 为3 9 - - 7 7 m g l ，化学需氧鼍( c o d 。) 为 2 4 0 - - - 4 1 8 m g l ，氨氮( n h 。一n ) 为0 3 1 1 5 m l ，氧化性氮( n h ，+ 一n ) 为4 3 6 - 一 6 4 7 m g l ，磷( p 0 。3 ) 为0 4 1 2 6 m g l ，在雨季，因雨水中带有大量污染物质， 使水库水质更为恶化。 加里弗尼亚州的s a c r a m e n t o 河，由于受农业污水的不断污染河水水质下降， a m y 教授对河流上下游两个取样点的水进行了分析，测定结果见表1 3 。 表1 3s a c r a m e n t o 河的污染物质( 括号内为平均数) 取样点溶解性有机 u v ( 2 6 0 n m )三卤甲烷前 总有机卤化腐殖酸占d o c 碳吸光度体物t h m f p物前体物的百分数( ) d o c ( m g l )( u g l ) t o x f p ( u g l ) 上游 2 1 2 0 0 5 9 2 9 2 0 7 4 8 9 4 1 0 ( 3 5 0 ) 0 1 3 2 2 9 4 ( 2 3 1 )1 4 3 0 ( 8 5 5 ) 下游 6 3 6 0 2 5 5 2 3 9 9 4 3 5 3 7 2 2 3 ( 1 2 4 ) 0 1 3 3 2 6 9 0 ( 1 0 7 0 )9 1 7 0 ( 3 1 3 0 ) ( 3 ) 日本 日本大阪府淀州河，由于上游地区经济发展和人口增长，自6 0 年代以来水 质下降，氨氮的年平均值为0 9 m g l ，1 9 6 9 年以来提供淀州河水总量7 0 的琵琶 湖，由于藻类大量繁衍，出现了富营养化现象，水中产生了强烈的土腥味，2 一 甲基异茨醇( 2 - m i b ) 和l ，1 卜二甲基一卜十氢萘醇( 土臭素) 含量逐年增加，水 的污染日益严重。 1 2 2 我国水环境污染状况幢1 第一章前言 根据2 0 0 0 年水质监测资料和2 0 0 1 年环境公报，对全国河流、湖泊、水库的 水质状况进行了评价，主要结果如下： 河流水质在1 1 4 万公里评价河长中，i 类水河长占4 9 ，i i 类水河长占 2 4 o ，i i i 类水河长占2 9 8 ，i v 类水河长占1 6 1 ，v 类水河长占8 1 ，劣v 类水河长占1 7 1 。 2 0 0 1 年度七大水系监测的7 5 2 个重点断面中，i i i i 类水质占2 9 5 ，i v 类水质占1 7 7 ，v 类和劣v 类水质占5 2 8 。其中，七大水系干流1 5 4 个国控 断面中，i i i i 类水质断面占5 0 6 ，i v 类占2 6 o ，v 类和劣v 类占2 3 4 ， 各水系干流水质好于支流。2 0 0 1 年度七大水系污染由重到轻的顺序依次是：海 河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江和珠江。 内陆河流总体水质良好，i 类水质断面占2 1 o ，i i 类占5 2 0 ，i i i 类占 2 6 0 ，i v 类占1 0 。 南水北调( 东线) 4 4 个水质监测断面中，南水北调工程源水长江江都( 镇江) 段、洪泽湖、东平湖和北大港水库水质较好，满足i i i 类水质要求，其余江段均 受到不同程度污染，主要污染指标是氨氮、高锰酸盐指数和石油类。 主要湖泊富营养化问题依然突出。2 0 0 1 年太湖和滇池外海均属中度富营养 状态，巢湖属轻度富营养状态。 大型水库北京密云、抚顺大伙房、吉林松花湖、天津于桥、湖北丹江口、合 肥董铺、青岛崂山、烟台门楼、汉口石门和杭州千岛湖1 0 座大型水库中，千岛 湖和丹江口水库为i 类水质，于桥水库和松花湖为i i i 类水质，其余6 座水库为 i i 类水质，大型水库水质总体良好。 全国1 8 6 个主要地下水水位监测城市和地区中，有6 3 个城市和地区地下水 水位有所回升，回升区所占比例为3 4 ，但地下水水位总的发展趋势仍以下降为 主，下降区比例高达6 2 。 全国大部分城市和地区地下水水质总体较好，局部受到一定程度的点状或面 状污染，部分指标超标，主要污染指标有矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、 氨氮、铁、锰、氯化物、硫酸盐、氟化物、p h 值等。北方城市地下水污染重于 南方城市，超标率高。氨氮污染在全国各地区均较突出，矿化度和总硬度超标主 要分布在东北、华北、西北和西南等地区，铁和锰超标主要在东北和南方地区。 2 0 0 1 年，全国工业和城镇生活废水排放总量为4 2 8 4 亿吨，其中工业废水 排放量2 0 0 7 亿吨，城镇生活污水排放量2 2 7 7 亿吨。废水中化学需氧量( c o d ) 排放总量1 4 0 6 5 万吨，其中工业废水中c o o 排放量6 0 7 5 万吨，生活污水中c o d 排放量7 9 9 万吨。 2 0 0 1 年，全国工业废水排放达标率为8 5 6 。其中重点企业工业废水排放达 第一章前言 标率为8 6 9 ，非重点企业工业废水排放达标率为7 3 9 。 1 3 中水的概念 1 3 1 中水的提出 水既是地球上一切生命赖以生存、人类生活和生产活动中不可缺少的重要物 质，又是不可替代的重要自然资源。自上个世纪六十年代以来，世界上许多国家 和地区相继出现“水资源危机”。根据有关专家预测，本世纪，水资源危机将位 居世界各类资源危机之首。 近几年，随着工业迅速发展，城市人口逐渐增加，人民生活水平逐渐提高以 及近期世界经济的高速发展，各种用水量亦随之增长。但是大自然赋予人类的这 部分资源是有限的，而这有限的资源还在不断地受到人类肆意开采和污染。这就 使得水资源供需矛盾愈来愈突出，愈来愈明显，造成了世界上几乎每个国家都即 将面临的“水危机”。 由于“水危机”的困扰，许多国家和地区积极着手巩固和加强节水意识以及 研究城市废水再生与回用工作。城市污水回用就是将城市居民生活及生产中使用 过的水经过处理后回用。一般有两种不同程度的回用：一种是将污水处理到可以 饮用的程度，而另一种则是将污水处理到非饮用的程度。对于前一种，因其投资 高、工艺复杂、非特缺水地区一般不采用。多数国家则是将污水处理到非饮用的 程度，在此引出了中水的概念。 1 3 2 中水的定义 所谓中水，是污水处理厂将收集来的生活污水、工业废水、雨水等城市污水， 在污水厂中经过传统的活性污泥法，达到去除有机物、重金属离子等目的，使污 水水质达到河湖排放标准，然后将水送到深度处理厂，经过混凝、沉淀、过滤、 消毒传统工艺过程或利用膜技术深度处理，从而得到的水称为中水。 中水也就是将人们在生活和生产中用过的优质杂排水( 不含粪便和厨房排 水) 、杂排水( 不含粪便污水) 以及生活污、废水经集流再生处理后回用，充当地 面清洁、浇花、洗车、空调冷却、冲洗便器、消防等不与人体直接接触的杂用水。 因其水质指标低于城市给水中饮用水标准，但又高于污水允许排入地面水体的排 放标准，亦即其水质介于饮用水水质和允许排放污水水质标准之间，故取名为“中 水”。3 在城市生活、生产用水中，约有4 0 的水是与人们生活紧密接触的，例如洗 浴、饮用等，这些方面对水质要求很高，不能被中水替代；还有多达6 0 的水是 用在工业用水、农业灌溉、环卫用水、冲洗地面和绿化用水等方面，其中部分对 第一章前言 水质要求不高，若使用中水不仅在水质上完全符合用水标准，而且将节约大量的 新鲜水源，有着极好的发展前景。 1 4 开展中水研究的意义 1 水环境保护必须遵循合理开发、节约使用、防治污染和水回用资源化四 者并重的原则，把水质和水量统一考虑，要用系统的观点来考虑水污染的防治， 大力推行清洁生产。而开展中水回用工作，已显现出开源和减轻水污染的双重功 效。 2 ，目前，中水( 再生水) 是城市水源之一。它水量大且稳定，就地可取，用 水成本较低。因此，从现实和长远来看，在城市中有效地处理城市废水，搞好中 水回用是缓解城市水荒，解决城市缺水问题和可持续发展的战略性对策之一。 3 水资源短缺与水环境污染是全球淡水资源领域面临的主要问题，也是中 国经济快速发展过程中所遇到的严峻挑战，污水回用是缓解水资源短缺的重要方 法。中国城市污水回用处于发展阶段，污水回用率相对较低。借鉴发达国家成功 经验、完善政策法规体系、开发适合中国国情的回用技术，将促进具有巨大潜力 的中国城市污水回用市场健康快速发展。 4 针对我国的实际情况，开发符合我国同情的中水回用工艺技术，特别是 我国的排水管网和回用管网建设落后的情况下，发展小区中水回用工艺技术，有 着广阔的市场前景和推广潜力。 5 在中水工艺技术大力发展的今天，研究开发适合小区使用的污水回用工 艺、设备，既可以解决水的污染问题，又可以减少小区公用水的用水成本( 即中 水作为冲洗小区公路、厕所、浇花以及景观用水等) ，同时，还可以提高现代化 的小区形象。 第二章污水回用及中水处理技术 第二章污水回用及中水处理技术 2 1 中水分类及相应处理工艺 任何水回用计划的主要目的之一是通过以回用水替代现有的使用水来扩大 水资源。而水回用就整个水资源来说得了两方面利益。其一，很简单，处理后的 水连同其所含的污染物不再被排放，因此不污染现存的水资源( 即于水质有益) 。 其二，处理后的水再回用减少了为了满足用水要求而必须从环境中取水的数量 ( 即于水量有益) 乜9 1 。 根据水回用的用途不同，可采取一系列的水质标准和相关的处理方法，目前 存在许多水的再生和回用方法并在实践中正常运作，每一种使用方式都有不同的 水质要求，因此也要求不同的处理水平。表2 1 总结了常用的回用水使用方式和 所要求的相应的处理水平，从最高水平到最低水平处理都有所涉及。下面简单的 做个介绍。 表2 1 回用水一般使用方式和相应处理方法 回用方式举例处理工艺举例 作为给水源使用之前，要根据其是否经过 补充给水非直接饮用水 土壤蓄水层处理以及混合稀释程度来确定 处理方法是二级处理还是深度处理方法 包括冷却水的各种 一般要求最少经过二级处理，用作冷却水 工业性回用时，还要去除硬度、脱盐以及去除n h 。一h 以 生产用水 减少生物污垢的产生 非限制接触性城市 非限制接触性灌溉，直接食用作二级( 生物) 处理，过滤( 粒状介质或膜) 和 回用物的灌溉，接触性严格消毒( 2 2 个粪大肠菌群l o o m l ) 等 景观水体 限制接触性 限制接触性城市灌二级( 生物) 处理和适度的消毒( 1 0 0 - 1 0 0 0 回用溉和农业灌溉个粪大肠菌群l o o m l ) 维持环境所需的一 进行二级( 生物) 处理( 至少) ，有时包括去 环境修复除营养物质，一般情况下进行适度消毒 定流量 ( 1 0 0 - 1 0 0 0 个粪大肠菌群l o o m l ) 农业性回用小麦、玉米及其它至少进行初级处理，但进行贮存时常需要 于深加工食用前需要热加工经过- 二级处理以尽量减少臭味，对工业废 粮食作物的作物 水要进行有毒物质的控制，适度消毒 农业性回用于 牧草、玉米、小麦、至少进行初级处理，但进行贮存时常需要 首楷及其他动物食 经过二级处理以尽量减少臭味，对工业废 非食用作物 用作物 水要进行有毒物质的控制，适度消毒 第二章污水回用及中水处理技术 2 1 1 非食用型作物和深加工型食用作物的农业回用水 回用水可以灌溉人类并不直接消费的各种作物，如灌溉那些动物食用的作物 ( 首稽、青草、高粱、玉米、大豆等各种饲料作物) 和需要深加工才可食用的作物 ( 如小麦、大米) 。关系公共健康和环境的首要问题是这种回用方式是否会将有毒 物质和致病菌带到我们的食物供应中来。主要有两种机制来控制有毒物质，其中 包括不允许工业废水( 很大可能含有毒物质) 排入要回用的污水收集系统和污水 处理系统中。为避免工业污水，我们可以从工厂稀少的服务区收集污水或要求工 厂首先去除废水中有毒物质，然后再排入市政排水管网。废水中有毒物质的去除 方法有许多种。在一些实际应用中，基本的二级处理就可予以足够的保护。事实 上，初级处理就己经足够了，而二级处理则对有毒物质又加了一道关卡。二级处 理中允许回用水贮存起来以满足不同季节变化的农灌需水量。致病菌的传播是通 过防止般公众与污水直接接触以及适度的杀菌消毒来解决的。 用于农业性回用的水可通过许多种处理方法，包括初级处理、二级( 生物) 处理和传统的消毒工艺。生物塘处理系统广泛用于可生物降解有机物的稳定化， 因此当回用水季节性贮存时不产生过多令人厌恶的问题( 气味、病菌等) ，同时， 生物塘还有自然的消毒作用。如图2 1 所示的污水处理系统，包括一个厌氧或好 氧塘，进行污水的基本处理，然后是兼性塘，对污水进行更深一步的处理和消毒， 同时还可用作季节性贮水。己经预处理和消毒的再生水则可根据作物的需水量进 行农灌使用。这样的一个系统允许回用市政污水中的水和其它营养物质，但要控 制有毒物质的量，并进行消毒处理。从水管理的整体和长远角度来看，水回用灌 溉农作物时，土壤的进一步处理去除了污染物，减少了环境中污染物质的排放量， 因此也减少了污染物质向地表水和地下水的排放量。而净用水量却下降了，因为 先前用作农业的水现在可以转向城市供水或以地表水或地下水的方式保留在环 境中。 第二章污水回用及中水处理技术 厌氧塘 和或 好氧塘 兼性 贮水塘 图2 1生物二级处理和贮水系统 回用 2 1 2 环境修复 环境修复指污水处理后以合格的水质向环境排放以保持水环境的流量，维持 环境的功能。所要求的处理则根据修复环境对污染物的同化容量而定。一般至少 要求传统的二级( 生物) 处理和一定程度的消毒。有些环境修复则要求更高级的处 理方式，如去除营养物质等。一些传统的处理系统可用于这些情况。而目前新兴 的一种处理工艺是二级处理( 传统二级处理或生物塘二级处理) 后加湿地处理。湿 地不仅提供处理( 提高了水质) ，也改善了环境。可以将湿地设计成野生生物栖息 地或者设计成市区开放性的绿地。 2 1 3 限制接触性回用 限制接触性回用包括城市水回用，这种回用方式应控制公众接触回用水以保 护公众健康。对于农业性回用，主要的风险是这类回用可能将有毒物质引入环境 中和传播疾病，有毒物质可以采用降低回用水中有毒物浓度来控制，可采用多种 方法，如控制排放源和污水处理。而疾病传播的控制则可采用一定的消毒措施， 同时防止公众直接接触回用水。恰当的限制接触性回用还包括灌溉和景观用水。 限制接触性回用一般至少采用二级处理，卫生指标为1 0 0 1 0 0 0 个粪大肠菌 群l o o m l 。二级处理可以控制原水( 工业废水或生活污水) 中有毒物质的量，也能 减少水回用时配水系统中的麻烦问题。不完全消毒的回用水仅能保证系统操作者 偶尔接触回用水时的安全，因操作者能采取常规的、适当的防护措施。然而不能 第二章污水同用及中水处理技术 保证普通公众广泛接触回用水时的安全。为保护公众的安全，不允许他们与回用 水经常接触。 2 1 4 非限制接触性回用 非限制接触性回用水是经过更高级的处理工艺产生的，公众与之接触( 并非 消耗) 是安全的。这就要求进行高度的消毒，明显地减少再生水中致病菌的存在 机会。其基本的处理工艺为生物处理，用来减少可生物降解的有机物浓度和总悬 浮固体( t s s ) ，然后是过滤以减少颗粒物质的浓度，最后为消毒。颗粒物质的去 除可以从几个方面帮助消毒的进行。首先，一些较大的致病菌，如贾第鞭毛虫 ( g i a r d i a ) 和隐性芽抱虫( c r y p t o s p o r i d i a ) 等，可以通过过滤直接去除；其次， 颗粒物质的去除使得下面的消毒处理更为有效，这是因为经过生物处理和过滤 后，水中残留的致病菌是呈游离状态的，当然更容易在消毒工序中被杀死。氯消 毒和紫外线( u v ) 消毒都是常用的方法。为了使回用水达到非限制接触性应用的标 准，表2 2 总结了一些处理要求。 按照表2 2 所列的处理要求生产的回用水，公众可以直接接触，可用作公众 可以接触到的喷洒浇灌，可用于钓鱼、划船和游泳的娱乐性水体以及灌溉一些生 食的食用作物。 表2 2非限制接触性回用水处理要求木 项目粒状介质过滤膜过滤 是否要求生物处理是是 2 ( 9 5 的保证率) ， 浊度，n t u 2 ( 9 5 的保证率) 5 ( 1 0 0 的保证率) 粪大肠菌群，个 2 2 1 0 0m l 1 1 的情况下 第一章污水回用及中水处理技术 石灰澄清处理起到消毒、去除高分子有机物、阻拦重金属的作用。粒状活性炭更 进一步地去除溶解性有机物，尤其是上述工艺的生物处理中无法去除的非生物降 解性有机物。加氯消毒为最后一个环节。 图23u p p e ru c c o q u a n 污水管理局非直饮水回用厂的水处理工艺流程 u o s a 设施从1 9 7 8 年便开始运行已经显示了满足常规的具体排放标准和保 护公众健康的能力。其目前的能力为1 3 0 ，0 0 0 m 3 d ，正在扩建为2 1 0 ，0 0 0 寸d 。进 入o c c o q u a n 水库的水中回用水( u o s a 厂出水) 占的比例为雨季时不到1 0 ，旱季 时超过9 0 。 目前新兴的一种处理流程为二级处理后接微滤( 1 l f ) 、反渗透( r o ) 和紫外线消 毒( u v ) ( 删 1 9 9 6 ) 。肝可很大范围地去除颗粒物质，放在肿处理工艺的前 面是十分必要的。r 0 广泛去除有机物和无机物，这两级顺序的膜处理工艺也起 到了广泛的消毒作用。i j v 消毒则是公众免受致病菌侵袭的又一道保护屏障。如 上所述，肝后接r 0 工艺也成为生产各种工业用水的新兴技术。另一新兴的处理 技术为膜生物反应器，以置于反应器外部或浸没在反应器内部的生物膜取代传统 的二沉池( g u n d e r 。2 0 0 1 ：s t e p h e n s o n ，e ta 1 ，2 0 0 0 ) 。膜上留有必要的生物量， 用于处理污水，也能去除颗粒物质，所以出水的颗粒物质含量很低。生产的出水 可用于许多回用目的，或经活性炭吸附、r 0 和【j v 消毒可用于非直饮水的回用。 微摅隈 m f ) 及海遮 i r o ) 篙外蝗i r i 焉 豇冲捷水 n 水处砰厂 高盐水 柑艘 图24膜过滤再生水t 艺流程举例 22 国外的情况 2 21 概况 中水开发和回用技术近期得到了迅速发展，在美国、日本、印度、英国、南 非、以色列、俄罗斯等国家得到了广泛的应用。这些国家均以本国度、区域的特 点确定出适合其国情国力的中水回用技术，使中水回用技术越来越臻于完善。根 据不同的回用目的，污水具有不同的回用方式常见的有农田灌溉、工业用水、 城市非饮用水( 浇灌冲厕，环境修复) 、非直接饮用性的回用。 在国外每一种水回用的方式都得到广泛的应用。这些应用都是以水处理技术 作为支持的。总之，采取可利用的水处理技术来支持每一种水回用的方式，使水 超过或达到( 就水质而言) 非直接饮用的要求，而非饮用水的增加也就直接地增加 了供水萤。因此，合适的回用水处理技术的可行性使水回用不受限制。随着膜污 水回用及中水处理技术技术的发展这将变为现实。膜技术包括两个方面，其一是 在二级处理后的膜处理技术，即应用徽滤或超滤，再紧接着应用反渗透的技术： 其二是应用膜生物反应器。 2 22 美国的情况”= 川”m m l 上一个世纪末期美国在水领域的总体战略目标发生了调整由单纯的水污 第二章污水回用及中水处理技术 染控制转变为全方位的水环境可持续发展( w a t e rp o l l u t i o nc o n t r o l w a t e r s h e d s ) 。“w a t e r s h e d s 的含义是：由可划分的水系、排放系统、以及接收 水体所界定的地区或范围，可权且称之为“水区 。“水区”提出的背景是基于美 国经济和社会的可持续发展。 ( 1 ) 管理体制 美国联邦政府设有专门的管理资源再利用机构，联邦政府和地方政府都有水 回用的专项贷款和基金，各个管水的机构各负其责，“水区”不以各级政府的行 政管辖范围划分，而是以水的涵盖范围及有利于水的大循环和优化管理而界定， 范围可大、可小。地方水区管理的核心是综合管理，这是一个广义的概念，包括 政策制定、供排水厂管理、以及对水及与水有关的资源的控制和综合管理。 ( 2 ) 技术路线 污水处理的技术由单项技术转变为技术集成。以往是以达标排放为目的，针 对某些污染物去除而设计工艺流程，现在要调整到以水的综合利用为目的，将现 有的技术进行综合、集成，以满足所设定的水资源化目标。 从污水处理用词的演变可以看出其技术发展的方向：由传统意义上的“污水 处理”( w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ) 转变为“水回用”( w a t e rr e u s e ) ，对“水回用” 的一般理解是经处理后的水重复使用，是指小范围内的循环；由“水回用”发展 到“水再利用”( w a t e rr e c l a m a t i o n ) 就进一步具有开发和资源化的含义，目前 在美国已被广泛采用；最近，加州又在有关的规范和标准中用“水循环”( w a t e r r e c y c l i n g ) 代替了“水再利用”，“水循环”的概念更加符合水在自然界中的大循 环，经处理后的水可用于工业、市政、农业、以及地面、地下等多种用途。以上 概念的演变体现了战略目标的调整，这将必然促使技术路线和工艺流程的升级换 代，具体体现在：城市二级污水处理厂升级换代、污水三级处理后增加深度处理、 建立“水银行( w a t e rb a n k ) 概念、城市污水的集中处理与分散处理等。 ( 3 ) 回用水标准 美国的回用水标准是各州不一的，并且针对不同的回用对象所制定的标准也 不一样，但标准都很严格。加州执行的是2 2 号条例( t i t l e2 2 ) ，克罗拉多州执 行的是6 4 号规范( r e g u l a t i o n8 4 ) ，这些文件都详细地规定了不同回用对象的水 标准，如用于农业灌溉、工业冷却、市政景观等。克罗拉多州回用水质的部分指 标为：大肠杆菌 1 2 6 个1 0 0m l ：浊度 3n t e ；磷 o 6m g l ( 回用于工业冷 却水) ；氨氮为不可检出( 回用于工业冷却水) 。 ( 4 ) 实例 表2 3 列举了一些美国污水回用的实例。 第一章污水回用及中水处理技术 表2 3回用水应用实例 类型 位置 处理方式 用途 g r a n ds t r a n d ，南卡罗来 二级处理水果树和草地的淹 农业 那州没式 s a n t ar o s a ，加利福尼亚二级处理、过滤和 用于许多灌溉用途， 农业 州高度消毒奶牛牧场的灌溉 m o n t e r e y ，加利福尼亚州 二级处理、过滤和食用性作物例如莴 农业高度消毒苣，椰菜和朝鲜蓟的 灌溉 农业 s a l e m ，o r e g o n ，俄勒冈州二级处理植树造林 g e y s e r sr e c h a r g e ，加利氧化塘处理补充发电地热用水 工业 福尼亚州 c o l o r a d os p r i n g s ，科罗 混凝、过滤、离子电厂的冷却循环用 工业 拉多州交换水 m o b i l er e f i n e r y ，加利福 石灰软化、过滤冷却用水 工业 尼亚州 w e s tb a s i n ，加利福尼亚 多级流程：( 1 ) 过非限制性灌溉用水、 城镇非饮 州 滤和高度消毒( 2 )工业冷却水、防止海 用水微滤和反渗透( 3 )水入侵的屏障用水 生物曝气过滤 城镇非饮 s a n t am o n i c a ，加利福尼微滤和紫外线消 非限制性灌溉用水 用水 亚州毒 城镇非饮j a e k s o n v i l l e ，佛罗里达过滤和高度消毒非限制性灌溉用水 用水州 城镇非饮l a e i ，弗吉尼亚州过滤和高度消毒非限制性灌溉用水 用水 u p p e ro c c o q u a ns e w a g e一级和二级处理补充地表水供给 非直接饮a u t h o n t ，弗吉尼亚州( 硝化) 、石灰、过 用水滤、活性炭、过滤、 氯消毒 非直接饮 丹佛，科罗拉多州石灰、过滤、离子补充地表水供给 交换( 脱氨) 、活性 用水 炭或反渗透、消毒 非直接饮 g v a n e t tc o u n t y ，佐治亚州一级和二级处理 补充地表水供给 ( 硝化) 、石灰、过 用水 滤、臭氧、活性炭 2 3 国内的情况 2 3 1 我国污水回用发展历程幢心3 1 第二章污水同用及中水处理技术 我国的污水回用事业大致可以分为三个阶段，1 9 8 5 前的“六五”期间是起 步阶段，1 9 8 6 - 2 0 0 0 年的“七五”“八五 “九五”，这十五年时间是技术储备、 示范工程引导阶段，2 0 0 1 年以“十五”纲要明确提出污水回用为标志，国家进 入到全面启动的阶段。 ( 1 ) 起步阶段 打倒“四人帮”后，我国进入以经济建设为中心的新时期，水资源紧缺，己 经对国民经济发展产生了影响，因此，引起了领导和专家的关注。建设部在“六 五”专项科技计划中，最先列入了城市污水回用课题，分别在青岛、大连开点作 试验探索。大连的小试于1 9 8 3 年1 0 月2 7 日通过了建设部鉴定，认为是国内首 次提出有关城市污水回用的有用成果，填补了国内空白。青岛于1 9 8 4 年也顺利 完成了中试研究。这两个成果表明，污水可以通过简易深度处理再次回用，是很 有前途的水源，我国污水回用完成了起步阶段工作。 ( 2 ) 技术储备、示范引导阶段 从1 9 8 6 年开始，污水资源化相继列入了国家“七五”“八五”“九五”重 点科技( 攻关) 计划。有4 0 余个单位，几千人的攻关大军投入攻关研究中，他们 辛勤工作，刻苦钻研，团结协作，完成了大量试验室小试、中试、生产性试验， 取得成千上万个数据，经国家鉴定验收，许多成果被评为国际先进或国际领先水 平。 从“七五”到“九五”，这1 5 年期间，以科技为先行，以示范工程为样板， 把我国的污水回用技术推到了国际水平上。这是由几千人，包括有关领导、技术 人员的艰辛劳动取得的，而且已形成技术政策。但由于管理体制限制，一些城市 水资源规划中遗忘回用，回用工程资金缺口，以及一些地方一些行业部门没有从 传统观念上解脱出来，动则长距离跨流域调水，还没把污水看作资源，因此可以 说这期间全国没有形成回用大气候，回用工程较少，没见到多大实效。 ( 3 ) 全面启动污水回用阶段 2 0 0 0 年的大旱，给人们敲响了警钟，中国的水资源问题非常严重，寻找替 代水源被提到日程。以全国城市供水节水会议为契机，以“十五”纲要为标志， 污水回用被正式写入文件，表明全国开始全面启动污水回用，要大张旗鼓把污水 变成城市第二水源。 2 3 2 我国城市污水回用现状们幢引 我国城市污水年排放量已经达到4