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郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 中文摘要 随着我国经济的高速发展，淡水资源的供需矛盾逐渐凸显，特别是我国北方 缺水城市，水资源已成为当地经济发展速度和水平的制约因素之一，迫使人们去 寻找新的水源，于是，再生水制备技术便应运而生。再生水作为一种特殊的水资 源，在城市生活和工农业生产中发挥着不可忽视的作用。城市污水经过再生后， 可回用于农业灌溉、工业冷却、锅炉补给、生产工艺用水、洗车用水、城市景观、 城市绿化、道路喷洒、家庭冲厕等，现已成为缓解城市用水紧张的一种有效手段。 本文以郑州市五龙口污水处理厂再生水生产构筑物为依托，以生产性试验为 研究手段，对该厂再生水工艺进行启动调试研究，为再生水工艺的稳定优化运行 提供工艺参数。通过生产性试验最终确定：混凝剂( p a c ) 的最佳投配量在2 5 3 0 m 鲋之间，具体投加量需根据进水水质适时调整；平流沉淀池的最佳排泥周期 为1 小时，滤池过滤周期为2 4 小时。启动调试完成后，对调试阶段的工艺参数 进行为期5 3 天的运行稳定性检验，经实践证明，调试阶段确定的运行参数是合 理可靠的；再生水工艺正常运行的成本是0 9 9 元m 3 。 选用聚合氯化铝( p a c ) 和聚合氯化铝铁( p a f c ) 作化学除磷对比实验，结 果表明：p a c 的化学除磷效果优于队f c ，适合五龙口污水处理厂的高效无机混 凝剂是p ：a c ，最佳投配量为3 0 m 鲫。在实验中还发现：化学除磷遵循等摩尔反应， 在等摩尔反应阶段，化学除磷效率随投药量的增加而增加，药剂投加量存在一个 极限值，即最佳投药量；当混凝剂投配量大于最佳值时，化学除磷不再遵循等摩 尔反应，增加投药量除磷效率增加不明显。 在再生水的运行实践中发现；藻类的大量繁殖会缩短滤池的过滤周期，可用 滤前加氯法予以预防：二级水中高的硝酸盐浓度造成沉淀池出水s s 升高，加重 了滤池的过滤负荷，必须在生物处理阶段将其控制在合理的水平；探讨了将传统 的混凝沉淀、过滤工艺改造为混凝、气浮、过滤工艺的优越性。 对再生水水质对景观功能影响进行了预测分析，分析结果表明：再生水总氮 含量高，氮磷比偏大，磷是水体富营养化的限制因子。在适宜的温度和水力学条 件下，再生水入河后有发生富营养化的潜势，必须采取有效措施使水体及时复氧， 增强水体的自净作用，增大金水河的水体环境容量，抑制富营养化的发生，并提 l i 郑州大学硕士学位论文 再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 出了再生水入河以后维护水质的初步措施。 关键词：再生水，启动调试，化学除磷，景观功能，影响预测 l i i 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 a b s t r a c t w i t l ie c o n o m i cd e v e l o p m e n to fc h i n a ，t h ec o n t r a d i c t o r yt h a tw a t e rr c s o u r c e si s s u p p l i e da n dd e m a n d e db e c 啪e sm o r c 锄dm o r eo b v i o u s ，s p e c i a l l yn o n l lc i t y i n c m l l a t h ew a t e rr e s o u r c e sh a v eb e c o m eo n eo fr e s t r i c t i o nf h c t o r so fl o c a le c o r l o m i c d e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，p e o p l em u s ts e e kt h en e w w a t e rs o l l r c e ；t h er e c l a i m e dw a t e r t c c h n o l o g ya r i s e sc o r r e s p o n d i n 羽y t h er e c l a i m e dw a t e ri sp l a y i r l gt l l en o t i c e a b l em l e i nt h ep e o p l e sl i f e nc a nb eu s e df o rt h ea 鲥c u l t u r e ，i n d u s t 阱s c e i l i cw a t e re i c i ti sa j l e f f 酬v ew a yt os 0 1 v et 1 1 es h o r t a g eo f w a t e rr e s o u r c e i n t h i sd i s s e r t a t i o 玑as t u d yf o c u s e so nt 1 1 ep m d u c t i v ee x p e r i m e n to fr e c l a i m e d w a t e ri n 也ew u l 0 n g k o u s e w a g e 订朗协l e n tp l a n t o nt l l eb 硒i so f t l l e 曲埘yo ns t a n - u p 趾dr 哪脚n go ft l l et r e a t n l e mo ft h er e c l a i m e dw a l i 碣w ea c h i e v e dt h ct e c h n o l o g i c a l p a r 黜e t e r st h a tw e r ef i tf o rt l l et 豫a 恤e n to ft h er e c l a i m e dw 船o ft h i s w a g e t r e a 仃n e n tp l a n t t h ee x p e r i m e m sr e s u l t ss h o w s 协a tc o a g u l 孤t ( i i a c ) d o s a g e i s 2 5 3 0 m 鲫i nt h e 印州c e ，m ed o s a g eo fp a cs h o l l l db e 删u s t e da c c o r d i n gt o 也c w a t e rq u a l i 够t h ec y c l eo fs l u d g ed i s c h a r g e do u to f h o r i z o m a ls e d i m e n t a t i o nt m l l 【i sl h o u1 1 1 ec y c l eo ft h ef i l t c rt a n ki s2 4h o l l r s a 舭rs t a n u p 如dn 1 1 1 1 l i n go ft l l e t r e a t m e mo ft l l er e c l 幽e dw a t e r i nt l l ep r o c e s s ，t e c h n o l o g i c a lp a 伯m e t e r sa r et c s t e d i n5 3 d a ys t a b l ee x 锄i t l a t i o n t h er e s u l ti n d i c a t e s 也o s ep a r 锄e t e 璐盯er e 硒o n a b l e 锄d r e l i a b l e ；i t s o p 啪t i o nc o s ti so 3 8 3 脚b m 3 s e l e c t i n g 队c 姐dm cp o l y r l l e r i 蒯o na d l l i n i r m mc l l l 耐d e ( p a f c )m a k e s c h e m i c a lr e m o v a lp h o s p h o m sc o l n r 勰te x p e 血l e 吐f i n a j l y 砌i c a i e d ：t h ep a c e m c i e n c yi sb e n e rt l l 吼p a f c s ，柚ds u i t st h et e c l l l l o l o g i c a ln e e do fw u l o n g k o u s e 、v a g et r c 咖e n tp l 蛐t ，w h o s eb e s td o s a g ei s3 0 m g l ；i i lt 1 1 i se x p e r i m e n t ，i ta l s o d i s c o v e r e dt l l a t ，c h 锄i c a lr e m o v a lp h o s p h o n l sf o l l o we q u a ln l o l e 化粥t i o n i nt l l e p h 鼬e ，d o s a g eo fp a ci n c r e e d ，t l l ee 珩c i c yo fc h e m i c a lr e m o v a lp h o s p h o r 嘴谢l l i n c r e 鹊e ，b u t “王l a sal i i n i t ，n 锄e l yt h eb e s td o s a g e w h e np a c sd o s a g ei sm o r et h a i l t h eb e s tv a l u e ，c h e m i c a lr e m o 砌p h o s p h o m sn ol o n g e rf o l l o wa l o n gw 油i n o l e r e t i o n ，趾da l s ot l l ee 街c i e n c yo f r e m o v a lp h o s p h o m si sn o to b v i o l l s ，a _ b o v ea l li nt h e w a t e rt h er e m a i n e dp h o s p h o m sr e i n 0 v e sd i f f i c u h l y i nt l l eo p e r a t i o n 融l dp m c t i c eo ft l l er c c l a i m e d w a t e r ，i td i s c o v e r s ：m 鹅s i v e a l g r e p r o d u c t i o i l sc a i lr e d u c ef i l t e rc y c l ei n 血ef i l t e rt a i l l 【，锄dm a ya d dm ec m o r i n e t op r e v e ma l g 趾i n 廿l ew a t e r ；i n “吣l e v e l so fw a t e r ，m eh i g hc o n c e 玎【订a t i o no fn i t r a t e c a u s ee a s i l ys st oe l e v a t ei n d 洒e n t a t i o np o n d ，锄da g f a v a t e st h en l t e rl o a di nt h e i v 塑型盔堂堡主兰垡笙塞要生坐三苎塑塞垫塑堕皇要生查查壁墅墨婴垫韭墅堕塑塑型坌堑 n l t e r t a n k s oi tm u s tb ec o n 仃o l l e d a r e a s o n a b l el e v e l i nt h eb i o l o g i c a lt r e a n l l e n t s t a g e a d v a n t a g e sa r ed i s c l l s s e dm a tt l l ec o a g u l a t i o n ，p r e c i p i t 嘛泔 a i l dn l t e ra r e s u b s t i t u t e dt h ec o a g u l a t i o l l ，a r i n o a t i o n ，f i h e r i n g c a 耐e do nf o r e c a s t 趾d 锄a l y s i si nt h ei n n u e n c eo f t l l er e c l a i m e dw a t e rq u a l 时t o t h es c e n i cf u n c t i o n ，t h e 卸础y s i sr e s u l ti n d i c a t e d 血a t ，r e c l a i m e dw a t e rh a sk g h m t r o g e nc o m e n t ，8 n dah i g hr a t i oo fn i t r o g c na n dp h o s p h o n 堪t h ep h o s p h o n 坞i st h e l i m i t e d e 仙r o p l l i c a t i o nf 如t o r i nt h ew 匿t e rb o d y ，l l i l d e rt h et e l n p e r a t u r e 吼dt l l e h y d r a u l i c sc o n d i t i o n ，加t h er e c l a i m e dw a t e re n t e r e dt h cr i v e r ，“m a yo c c l l r e u 仃o p h i c a t i o n ，s om u s tt a k et l l ee f f b c t i v em e a s u r et oa d do x y g e n a t i o n i nt l l ew a t e r ，t o i m p r o v et h cw a t e rb o d ye n v 蛐e n t a lc 印a c i 母i nt h eg 0 1 dm v e r ，趾dr e s 州n e u t r o p h i c a t i o n f u r l l l e 咖o r em e a s u r e sa r ep m p o s e dt l l a ti tm a i m a i n sm ew a t e rq u a l i t y a a 甜也er e s 、】r g e n tw a t e rf l o w i i 嗨i n t o 也er i v e ri n 也ef m u r e k e y w o r d s ： r e c l 豳e dw a t e r ， d e b u g ，c h e m i c a l f u m c t i o n ，f o r e c a s ta n d 强a l y s i s v 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 l y ，9 7 1 1 3 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄 袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切 法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者：王利 2 0 0 6 年0 5 月2 2 日 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 第一章绪论 1 1 我国水资源状况及其开发利用问题 1 1 - 1 我国水资源状况 我国水资源总量2 6 8 6 8 亿m 3 ，排名世界第六位，仅次于巴西、前苏联、加拿 大、美国和印度尼西亚。但人均占有量少，人均水资源量2 2 0 0m 3 ，约为世界人 均的1 4 ，排在世界第1 2 1 位，是世界1 3 个贫水国家之一。我国水资源呈现出以 下几个特点：1 ) 地区分布不均与水土资源组合不相应。我国水资源南多北少， 东多西少，与人口、耕地、矿产等资源分布极不匹配。长江以南面积占全国国土 总面积的3 6 5 ，其水资源量却占全国的8 1 ；长江以北的国土面积占全国总 面积的6 3 5 ，其水资源仅占全国总量的1 9 ；2 ) 分布集中，年际分配不均。 受季风气候影响，我国降水量年内分配不均匀。我国水资源中大约有2 3 左右是 洪水径流量，降水量年际变化大，往往出现连续丰水或枯水年的情况【1 1 。 根据1 9 9 7 年全国中长期供水计划初步预算，到2 0 5 0 年我国人口达到1 6 亿顶峰，经济达到中等发达国家水平时 每年7 9 0 0 8 2 0 0 亿m 3 ，预测结果表明： 全国工农业和城乡生活需水量最终达到 1 ) 由于农田灌溉面积受地形、水源等条 件的限制，最终可能发展的灌溉面积约6 0 0 0 万亩，考虑节水等因素后，最终农 业需水量约为4 3 0 0 4 4 0 0 亿n 1 3 ，比现在增加约5 0 0 亿m 3 ，约占总用水量的5 4 。 2 ) 受工业化和城市化的影响，工业和生活用水量增长较大。城乡生活用水量将 增加到1 2 0 0 1 5 0 0 亿i n 3 。工业需水量即使考虑重复利用率的提高和先进节水工 艺技术的应用，仍有可能达到3 3 0 0 3 8 0 0 亿m 3 的用水规模，约占总用水量的 4 6 。3 ) 2 0 4 0 2 0 5 0 年，扣除发电厂冷却用水后，城乡排放的生活污水和工业 废水将达到1 5 0 0 2 0 0 0 亿m 3 ，水源污染防治和环境保护问题将十分突出。 以上初步预测表明，在全面节水的基础上，到2 0 5 0 年，全国供水能力尚需 在1 9 9 7 年的基础上增加2 3 0 0 2 6 0 0 亿m 3 才能满足社会经济持续发展的需要，因 此，2 1 世纪我国面临的供水任务相当艰巨。虽然从全国范围看，我国水资源的开 发利用仍有一定的潜力，但由于人口与水土资源分布不相协调，远距离调水的成 本较高，需要大量的资金投入，供水量的增加只能随经济发展、资金积累得以逐 郑卅i 大学硕士学位论文 再生水匕艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 步解决。估计到2 0 3 0 年以前，我国水的供需矛盾仍将继续存在。如何在较低的 人均需水量的基础上实现社会经济的持续发展和现代化，这是2 1 世纪中国面临 的重大挑战，比世界其他国家更为严峻。 1 1 2 我国水资源的开发利用问题 我国水资源不仅严重匮乏，而且在水资源利用方面还存在着很大问题，用水 严重浪费现象普遍存在。主要表现在；1 ) 水资源利用率低，水浪费现象严重。 全国农业灌溉水的利用系数大多只有o 3 o 4 ，灌溉水的生产效率不足1 o k m 3 ， 也就是说现在全国农业用水中的绝大部分是白白浪费了，世界先进国家灌溉水的 利用系数已达到o 7 o 8 ，灌溉水的生产效率为2 0k 咖3 。工业用水浪费也十分 严重，我国工业万元产值用水量为1 0 3 l n 3 ，是发达国家的1 0 2 0 倍。工业用水的 重复利用率为4 0 左右，而发达国家为7 5 8 5 。城市、乡村生活用水浪费现象 也较为普遍，人们的节水意识淡薄。2 ) 水体污染严重。目前，全国工业和城市 污水排放量为5 8 4 亿m 3 ，经过集中处理达标的只占2 3 或者更高一点，处理后 回用率更低。全国监测的河段有一半水质不符合饮用水标准，全国9 0 以上的城 市水域受到不同程度污染。随着人口增加，经济及城镇发展，水污染问题将越来 越突出。3 ) 水的生态环境恶化。目前，全国水土流失面积3 6 7 万k m 2 ，占国土面 积的3 8 。造成江河湖库淤积和北方河流干枯断流情况越来越严重。黄河进人9 0 年代以后，年年断流，年平均断流达1 0 7 天，此外，还存在湖泊萎缩、草原退化、 土地沙化、湿地干涸、部分地区地下水超量开采等问题，造成局部地区水环境恶 化，生态失衡。 从以上分析不难看出，我国的水资源一方面严重短缺，另一方面污染日益严 重。而且随着城市化进程的不断加快以及工业的快速发展，城市居民用水量和工 业用水量不断增加，水资源短缺的情况会越来越严重，水资源供需矛盾将更加突 出。为了缓解这种供需矛盾，开源节流势在必行f 2 】。 1 2 再生水资源利用的意义 人口的持续增长，地表水和地下水的污染，水源在时间上和空间上分配的不 均匀和周期性的干旱己经迫使全球的水资源专家们来寻找替代水源。城市污水再 生回用将成为人类开辟新水源的一条崭新途径嘲。 2 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 以城市污水二级处理水为原水，建立再生水厂，修建回用水道，供给工业及 城市，是解决水资源短缺的有效途径，是缺水城市势在必行的重大决策，其意义 在于： l 、缓解水资源短缺局面。在城市总用水量中，几乎全部的工业冷却水、部 分生产工艺用水以及市政杂用均可采用较低水质的再生水来代替自来水，所以使 用再生水将大大缓解城市对水资源的需求。 2 、减少水体污染。城市污水经二级生物处理、深度净化后回用于工业生产 或城市杂用，自然会减少向水域的排污总量，带来了客观的环境效益，并且这种 环境效益与经济效益是统一的。 3 、节约制水成本。在许多城市中，以城市污水厂二级水为原水的再生水厂 的制水成本低于甚至远远低于以自然水为原水的自来水厂。这是因为省去了水资 源费、取水与远距离输水的能耗与建设费用。 4 、是符合可持续发展理论的最有效的策略之一。所谓可持续发展就是特定 区域的需要不危害和削弱其他区域满足其需求的能力，同时当代人的需求不对后 代人满足其需求能力构成危害的发展。城市污水回用符合可持续发展定义的时间 和空间两方面的尺度，因而必将得到更广泛的关注。 1 3 再生水回用概述 1 3 1 再生水回用对象 城市污水再生回用包括两种方式：隐蔽回用和直接回用。隐蔽回用一般是指 上游污水排入江河，下游取水；或者一地污水回渗地下，另地抽用。直接回用则 是指对城市污水加以适当处理后直接利用。污水直接回用般需要满足三个基本 条件：水质合格，水量合用，经济合算。再生水回用的主要对象主要包括以下几 个方面【4 ”。 ( 1 ) 再生水用于农业灌溉。对于用于农业灌溉的回用水，水质要求较低， 一般经过二级处理和消毒即可；或者采用生物塘法进行处理，即污水经厌氧塘、 好氧塘再经兼氧塘处理后进行农业灌溉【b _ ”l ，再生水回用往往将农业灌溉推为首 选对象，其主要理由有以下两点：农业灌溉需要的水量很大，全球淡水总量中 大约有6 0 8 0 用于农业，再生水回用于农业有广阔的天地；再生水灌溉对农 3 郑卅大学硕士学位论文再生水 ：艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 业和污水处理都有好处，能够方便地将水和肥源同时供应到农田，又可以通过土 地处理改善水质。当前我国再生水回用于农业还存在水质、常年利用和管理三方 面的问题需要解决。 ( 2 ) 再生水回用于工业。从每个城市的用水量和排水量来看，工业都是大 户。但是，面对于清水资源日益紧缺、水价渐长的现实，工业除了尽力将本厂废 水循环利用，提高重复利用率之外，对再生水再用于工业也日渐重视。工业用水 根据用途的不同，对水质的要求差异很大，水质要求越高，水处理的费用也越大。 理想的回用对象应该是用水量大而水质要求不很高的部门，符合这种条件的对象 包括：间接冷却用水。其对水质的要求，如碱度、硬度、氯化物以及锰含量等， 城市污水的二级处理出水均能满足，其对水量的要求很大，除考虑循环使用之外， 补充用水量就占工业总取水量的5 0 左右，所以间接冷却用水应作为城市再生水 回用的首选对象；工艺用水，这种用水包括洗涤、除尘、冲灰、直冷、锅炉补 给水、产品用水等，其用水量占到工业总用水量的2 0 4 0 。其中许多用途如冲 灰、除尘等要求水质较低，污水可以简单处理后回用；原料加工过程用水，锅炉 补给水等高质用水，根据不同水质要求，须进行相应的高级处理。 ( 3 ) 再生水用于城市生活。城市生活用水量比工业用水量小，但生活用水 的水质要求很高，世界上大多数地区对生活饮用水源严格控制，例如美国环保局 认为，除非别无水源可用，尽可能不以再生水作为饮用水源。现今再生水可用于 城市生活的对象一般限于两方面：市政用水，即浇洒、绿化、景观、消防、补 充河湖等用水；杂用水，即冲洗汽车、建筑施工以及公共建筑和居民住宅的冲 洗厕所用水等。 ( 4 ) 再生水用于回注地层。再生水回注地下有助于土地渗液的进一步回收 利用；补充地层水防止地陷；注入含水层防止海水倒灌等。 1 3 2 国内外再生水回用概述 1 3 2 1 国外再生水回用的概况 再生水回用在国外实施的时间已经很长，规模较大，已经成为世界不少国家 解决水资源不足的战略性措施，再生水回用满足了工农业和城市发展对水的需 要。当前，各国都在开展再生水回用技术的实旌，美国和日本等一些发达国家走 4 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 在了世界前列，收到了显著的社会、经济效益】。 1 、西欧、北美 西欧、北美是世界上采用再生水较早的发达地区【1 2 l 。2 0 世纪7 0 年代，美国 已经开始注意再生水的回用。目前，有3 5 7 个城市在回用再生水，再生水回用点 达到5 3 6 个，总回用量9 4 1 0 9 m 3 a ，其中包括农业灌溉用水、景观用水、工艺用 水、工业冷却水、锅炉补给水以及回灌地下水和娱乐养鱼等多种用途。美国再生 水回用的实例较多，比较有名的是美国洛杉矶地区奥伦治县( o m n g ec o u l l t y ) 的 2 l 世纪水厂，它的成品水由5 6 7 7 5 m 3 d 的回收水，l b 9 2 5 m 3 d 的反渗透盐水和 2 2 7 1 0 m 3 ，d 的深井水混合而成，通过2 3 口多点回灌井，注入含水层，形成海水入 侵的水力挡水墙，同时补给了奥伦治县供水量7 0 的地下水库；佛罗里达州的圣 彼得斯堡目前能够向7 0 0 0 多户家庭提供再生水：伯利恒钢铁厂每天将4 1 0 5 m 3 再生水回用于工业生产和工业冷却水；圣迭戈市每天有1 8 5 万一的再生水作为 饮用原水。美国2 0 世纪7 0 年代以来的3 0 多年间，尽管总用水量增加了约1 4 倍，但总取水量反而减少，再生水回用率稳步提高。使代表世界先进工业大国和 农业大国的美国水工业基本上走上了良性循环的轨道1 3 】。 2 、日本 作为缓解水危机的途径之一，日本早在1 9 6 2 年就开始回用再生水，2 0 世纪 7 0 年代已初见规模。从1 9 8 0 年开始，一些公共和私人的建筑物开始回用再生水， 主要用于冲洗和绿化。到1 9 9 5 年，再生水回用量已经达到4 5 0 0 m 3 ，d 。2 0 世纪9 0 年代初，日本在全国范围内进行再生水回用的调查研究与工艺设计，对再生水回 用的可行性进行深入的研究和工程示范，在严重缺水地区广泛推广再生水回用技 术。使日本近年来的取水量逐年减少，节水已经初见成效。经过大量的示范工程 后，在1 9 9 1 年日本的“造水计划”中明确将再生水回用技术作为最主要的开发研 究内容加以资助，开发了很多再生水工艺，在新型脱氨除磷技术、膜分离技术、 膜生物反应器技术方面取得了很大进展的同时，对传统活性污泥法、生物膜法进 行不同水体的工艺实验，建立起以赖沪内海地区为首的许多“再生水工厂”。2 0 0 3 年，日本再生水回用量达到2 亿m 3 1 1 引。 3 、以色列 以色列地处西亚干旱地区，再生水是该国重要的水资源，据报道，该国1 0 0 5 郑州大学硕士学位论文再生水_ 丁艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 的生活再生水及7 2 的城市再生水已经回用，一般回用工程规模为5 0 0 0 l 0 0 0 0 m 3 d ，最小规模为2 7 m 3 d ，最大规模可达2 0 1 0 4 m 3 d 。处理后再生水4 2 用于农灌；3 0 用于地下水回灌，进而与地下水混合作饮用水源；其余用于工业 及市政等回用。 4 、纳米比亚 纳米比亚于1 9 6 8 年建成了世界上第一个合格的再生水饮用水工厂，日产水 量6 2 0 0 m 3 ，水质达到当时世界上卫生组织和美国环保局公布的标准。此后，纳米 比亚首都温得和克市污水经过二级处理后进入熟化塘，然后除藻、加氯、活性碳 吸附与水库水混合后作为该市自来水水源，经卫生评价证明是合格的。 5 、突尼斯 突尼斯是北非发展再生水回用最积极的国家之一，2 0 世纪8 0 年代初期，制 定了再生水回用政策。再生水回用的主要对象是农业。为了提高回用率，突尼斯 采用蓄水池或地下蓄水层对再生水进行贮存。 6 、南非 南非的约翰内斯堡每天有9 4 万n 1 3 饮用水来自再生水工厂，由于处理得当， 没有发生卫生问题。 除以上几个国家之外，世界上其他一些国家如阿根廷、巴西、智利、墨西哥、 科威特、沙特阿拉伯等国，他们在再生水回用中也做了许多工作，处理精度为一 级、二级、三级不等，再生水用于灌溉农田等方面。 1 3 2 2 国内城市再生水回用概况 我国从2 0 世纪5 0 年代起采用再生水灌溉的方式回用再生水，但是真正将再 生水回用于城市生活和工业生产仅有2 0 年左右的历史【7 1 。c t 八五”国家科技攻关项 目再生水净化和资源化技术研究，在污水强化二级处理、深度处理、工业水 道、回用水道、厂区循环系统等方面进行了全方位的攻关，取得了大量成果。“八 五”期间，大连春柳河污水处理厂将二级处理出水进行深度处理后回用给煤气厂 代替新鲜水，这是我国最早进行的再生水回用示范工程。此后，北京、天津等大 城市也建起了再生水回用示范工程。例如，北京高碑店二级污水处理厂每天处理 5 0 万m 3 再生水，3 0 万m 3 用于农田灌溉，2 0 万n 1 3 回用于工业，主要提供给通州 东方化工厂和华能高碑店热电厂作冷却水；北京市方庄小区已建成4 1 0 4 m 3 d 的 6 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与蒋生水水质对景观功能影响的预测分析 方庄再生水处理厂，将2 10 4 m 3 ，d 三级出水回供方庄住宅小区作住宅中水及供方 庄热电厂作冷却等用水。天津纪庄子再生水处理厂建成了处理能力为2 0 0 0 m 3 d 的示范工程，5 0 的回用水用于污泥脱水机房的滤布冲洗水，其余用于冲洗厕所、 煤厂及再生水处理厂的杂用水。天津东郊再生水处理厂，日处理水量4 0 万m 3 ， 其中设计回用再生水7 万m 3 d ；上海松江污水处理厂将二级处理出水约1 0 0 0 0 m 3 ，d 回供给松江造纸厂作浸泡纸浆用水。西安市建成6 x 1 0 4 m 3 ，d 的再生水回用工程， 主要供西郊工业区的钢铁、化工、化肥及热电厂大户做工业冷却水回用，大连再 生水回用示范工程的规模为1x 1 0 4 m 3 d ，出水送给红星化工厂、煤气厂等用作工 艺用水和冷却水，并准备扩大水量给电厂作冷却水；太原北郊污水处理厂二级出 水符台太原钢铁厂高炉冷却用水的标准，向太原钢铁厂提供1 x 1 0 4 m 3 d 的出水作 高炉冷却水。同时太原化工厂将自行修建再生水工厂，将太原杨家埠污水处理厂 二级出水引入三级处理后作冷却用水；规模为5 1 0 4 m 3 ，d 的泰安再生水处理厂将 2 1 0 4 m 三级水做景观、河道、工业等用水。大庆乘风庄污水处理厂回用工程 已建成3 1 0 4 m 3 d 的三级处理部分，出水回用于油田油井注水用山东田横岛已 建成再生水回用工程，将再生水一部分直接用于浇洒和冲洗，另一部分则通过地 下渗滤作为地下水的补充。我国部分地区再生水回用情况见表1 1 【1 2 。2 0 】。 1 4 再生水制备技术概述 目前，城市污水再生处理的基本工艺有【4 】【6 】： 工艺一：二级处理过滤消毒； 工艺二：二级处理微絮凝过滤消毒； 工艺三：二级处理- 混凝一沉淀( 澄清、气浮) 过滤消毒； 工艺四：二级处理- 混凝- 沉淀( 澄清、气浮) 过滤活性炭吸附消毒。 工艺一是以一步去除水中的微细颗粒和消毒形式制出回用水，适宜用作工业 循环冷却水、城市浇洒、消防、冲厕以及对水质要求不高的农业用水。该工艺的 运行费用约为0 1 元，m 3 o 1 5 元m 3 。当污水处理厂出水s s 较低时( s s 3 0 m g 1 ) ， 可以直接向二级出水中投加一定量的混凝荆并经短时间反应形成微絮凝体后，采 用直接过滤的方法去除水中的非溶解性固体，也就是上文提到的工艺二。当s s 较高时，则不能采用直接过滤工艺，需要进行混凝沉淀处理f 2 l 】，也就是工艺三。 7 重型塑曼竺堂垡堡塞要尘查三茎箜旦塾塑堕皇要尘查查堕翌量堡垒堂墅堕塑堡型坌堑 表l - l 我国部分地区再生水回用情况统计表( 万m ) 再生水处理规二级 回用 厂 模处理工艺 规模 再生工艺 回用对象 起始时间 北京市： 高碑店一期5 0 常规曝气 高碑店二期加 高碑店三期1 0 0 帕 北小河4a ，o 方庄 4 o 1 消毒过滤 2 0 消毒过滤 4 0 电厂回用 电厂、城市回用 电厂、城市回用 1 9 9 4 年 1 9 9 6 年 2 0 0 1 年 绿化、市政、河道 1 9 9 9 年后 2 消毒过滤 电厂、生活小区、1 9 9 5 年 酒仙桥2 0 氧化沟 消毒过滤 景观、河道 2 0 0 1 年 天津市： 东郊4 0刖o 纪庄子2 6a o 7 过滤消毒 工业及厂内回用 0 2 纤维球过滤消毒 洗布、冲厕 1 9 9 5 年 1 9 9 2 年 纪庄子a a o 1 0 过滤消毒 造纸及其他工业1 9 9 5 年后 河北省： 青岛海泊河 3 a - b 青岛延安路o 3 射流曝气 纂安市s碚 q 1 纤维球过滤消毒 0 0 5 消毒过滤 2 工业及厂内回用 洗涤用水 景观、河道 1 9 9 4 年 1 9 9 0 年 1 9 9 5 年 泰安市印，0 2 消毒过滤 工业及景观 1 9 9 5 年后 威海市l ，5 活性污泥法o 5 电厂冲灰、冷却1 9 9 3 年 淄博市1 4从2 ，o 景观、河道 2 0 0 0 年前 1 枣庄市 8 氧化沟 景观、河道 2 0 0 0 年前 一 河南省： 郑州市 1 0 改良型氧化沟5 混凝沉淀、过滤消毒 景观河道用水2 0 0 4 年 8 后 后 前 前一 年 年 铜 钢一 螂 螂 咖 一 煤 一 洗 一 、 水 遵 道一 水 用 河 淋一 用 厂 、 一一 头 电 观 观一 2 6 一 沟 一 化 法 气 氧 泥一 曝 式 吲一 掀 劲 们 霪一 4 加 ：宝 峙一 岛 市 定 西一 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 通过混凝沉淀去除二级处理未能脱除的胶体物质、部分金属和有机污染物，出水 水质为：s s 1 0 m l ，b o d 5 8 m 1 ，工艺三的出水除了可回用工艺一的回用范 围外，还可经过土地吸附过滤处理后与新鲜水源混合后作为水厂原水【4 1 。工艺四 是在工艺三的基础上增加了活性炭吸附，对去除微量有机污染物和微量金属离 子、颜色、病毒等有毒污染物的作用很显著。工艺四可去除：浊度7 3 8 8 、 s s 6 0 7 0 、色度4 0 6 0 、b o d 5 31 7 7 、c o d 2 5 4 0 、总磷2 9 9 0 ，此工艺出水适宜作除人体直接饮用外的各种工农业和城市回用水，其运行 费用约为o 8 元，m 3 1 1 元，m 3 。 随着再生水技术的发展和不同用水领域对水质要求的不断提高，再生水制备 技术朝着多样化方向发展。主要的技术有离子交换法、吸附法、膜分离技术、催 化氧化、化学及光氧化、臭氧氧化和超声光氧化等技术【捌。 离子交换法是通过离子交换剂上的离子与水中离子交换以去除水中阳离子 或阴离子的方法。根据交换剂的材质可分为无机和有机离子交换剂。无机交换剂 有沸石等。有机交换剂有强酸和弱酸阳离子交换树脂，强碱和弱碱阴离子交换树 脂。在再生水制备时，离子交换法去除胶体杂质的效果差，树脂容易受污染，需 要频繁冲洗，并消耗大量的酸碱 2 ”，因此，离子交换法在污水再生中应用受到一 定地限制。 吸附法是利用多孔性固体吸附，使水中一种或多种物质被吸附在固体表面 上，从而予以回收或清除的方法。城市污水再生中常用的吸附技术是活性炭吸附 技术【2 4 】。在应用中，通常需要与反渗透、电渗析、超滤、离子交换等工艺组合使 用。活性炭与膜连用可有效解决单独使用膜所造成的膜阻塞和膜污染问题，而膜 的存在可克服单独使用活性炭出水细菌含量偏高的问题。 膜分离技术被誉为2 1 世纪的技术，同传统的处理方式相比较，它对水中有 机物、氮、磷、微生物、无机盐及氯化物去除率较高，可有效避免水中可能存在 的致病微生物对人体健康造成的潜在危害。采用膜分离技术代替传统的处理工艺 在城市污水再生回用中具有良好的应用前景【2 2 】。 膜是以高分子材料、致孔剂、添加剂为主要原料，采用人工合成的高分子膜。 膜的功能是对溶液具有选择透过性，只能使溶剂或溶质透过，或只能使某些溶剂 或溶质透过，而不能使另一些溶剂或溶质透过。膜可以是液相、气相、固相，目 9 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 前使用较多的是固相膜。有机聚合物如醋酸纤维、聚丙烯腈是制膜最普遍的合成 材料，但是这些材料机械强度差、对环境条件的适应范围小，易受污染。为克服 这些缺点，人们开发出以聚砜为主的第二代膜和第三代陶瓷膜，陶瓷膜具有耐高 温、机械强度大、稳定性高的优点，陶瓷膜只有管式组件，能处理含较大悬浮物 的水而不堵塞，但过滤面积小，初期投资大。在实际使用中，膜多以膜组件的形 式出现，包括平板式、管式、卷式和中空纤维，管式和中空纤维膜的过滤面积大。 污水再生处理中通常含有大量的微细颗粒和悬浮物，为防止堵塞，最好选用管式 和中空纤维膜，目前大多采用中空纤维膜，少数是陶瓷膜。 膜分离技术是一种物理分离过程，它是利用隔膜使溶剂同溶质或微粒分离的 方法。其中使溶质通过膜的方法称为渗析，使溶剂通过膜的方法称渗透。根据透 过膜的推动力的不同，膜分离技术又可以分为3 类：以电动势为推动力的方法有 电渗析和电渗透；以浓度差为推动力的方法有扩散渗析和自然渗透：以压力差为 推动力的方法有压渗析和反渗透、超滤、纳滤、微孔过滤。 微滤( m f ) 是以筛孔原理为主的薄膜过滤。主要去除水中的微粒和超大分 子物质，对有机物的去除效果有限，经单一微滤处理后的水一般不能回用 捌，可 用于常规处理的后续处理及反渗透工艺的预处理；超滤( u f ) 同微滤膜相似，是 以筛分原理为主。截留率取决于溶质的尺寸和形状( 相对于膜孔径而言) 。超滤 可去除水中的微粒、胶体、细菌和各种有机物，对无机盐类物质几乎不能去除， 对氮、磷污染物去除效果极其有限；电渗析( e d ) 和反渗透( r 0 ) 可截留组分 为0 1 l l i l l l 啪的小分子溶质，对水中的悬浮物、高分子氮和磷、大分子有机物、 盐离子都有高效的去除率，反渗透多用水的脱盐处理；纳滤截留物质的分子量介 于反渗透和超滤之间，因其表面分离层由聚电解质构成，因此对无机电解质有一 定的截留作用。通常认为纳滤膜是一种具有纳米级带电微孔结构的滤膜，纳滤又 称为低压反渗透，对水中悬浮物、高分子氮、磷物质、大分子有机物、一价、二 价盐离子都有很好的去除效果。纳滤的处理费用比反渗透低，更适合应用到污水 的再生回用中。 传统过滤则主要去除水中的悬浮物和颗粒物质，如藻类、纤维和泥沙判矧， 和传统的老三段工艺相比，膜技术可以有效的去除微生物，去除率达到9 9 9 9 ， 出水浊度、悬浮性固体、细菌总数和大肠杆菌等各项指标均有明显的提高，过滤 l o 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 后水质稳定，不受进水水质影响。膜技术的另一个优点是采用膜工艺的生产过程 是一个无药过程。膜处理技术虽然可以生产出高质量的再生水，但其高居不下的 成本成为这些技术普及的障碍。值得提的是，在污水回用中超滤、微滤、反 渗透、膜生物反应器等膜技术己显示出其独特的技术优势，而且随着膜成本的下 降将得到更快的发展f 卅。根据介绍，膜工艺处理后的再生水质如下【5 】： 浊度 0 1 n t u ： t s s 1 o m l ；c o d ：1 5m g l 4 5 i n l b o d 5 ：3i n 鲋1 0 m l ：细菌：1 0 个1 0 0 m 1 1 0 0 个1 0 0 m 1 用膜分离技术再生城市污水在国外已广泛开展，但在我国还处于起步阶段， 实际应用不多。膜分离技术应用中出现问题最多的是膜堵塞和膜污染，造成膜通 量降低，分离性能发生变化，需要频繁冲洗和更换膜面，导致制水成本上升，从 而限制了膜分离技术的广泛应用。为此，研究新的膜材料，开发新的膜制备技术， 开发性能完备的集成膜分离技术以及开发膜分离与传统的分离技术相结合的新 型膜分离过程将是未来一段时期内的主要研究方向。表1 2 列出了国内外污水回 用的主要技术嗍【2 5 圆】。 表1 - 2 国内外污水回用的主要技术 1 5 国内外再生水回用的发展方向 就当前国内外的形势来看，再生水回用的发展方向可以总结出以下几点： l 、制定合理的、完善的回用水水质标准 对于再生水回用，仍存在些对人体健康和环境的不确定因素。由于对再生 水回用还没有全面的科学依据，各国制定的回用水水质标准有较大差异。因此， 研究制定合理的、完善的回用水水质标准，将会大大推动再生水回用事业的发展。 2 、发展高效价廉的再生水回用处理技术 郑州大学硕士学位论文再生水工艺的启动调试与再生水水质对景观功能影响的预测分析 完善的再生水回用处理技术是促进再生水回用进一步发展的保证，再生水回 用处理方法有： ( 1 ) 固液分离：絮凝、沉淀( 或气浮) 和过滤； ( 2 ) 生物处理：好氧生物处理、氧化塘； ( 3 ) 深度处