（环境工程专业论文）城市污水微絮凝纤维束过滤再生处理工艺技术的试验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 城市污水微絮凝纤维束过滤再生处理 工艺技术的试验研究 专业：环境工程 研究生：陈冬辰 指导教师：王志盈教授( 西安建筑科技大学) 张克峰教授( 山东建筑工程学院) 摘要 水资源的匮乏已成为国家经济持续发展的制约因素，城市污水处理后回用是解决水资 源不足和缓解水环境污染的有效方法之一。采用何种污水处理回用工艺技术，使处理后的 水质达到国家规定的回用水标准，以及工程基建投资与运行费用的多少，维护管理是否方 便等，是环境工作者关心的课题，本论文在分析国内污水再生回用工程实践的基础上，针 对济南市水质净化二厂再生工程为对象，开展了较系统的研究，取得如下结果： 1 论文以山东省污水再生工程运行实践的调查资料为基础，分析了污水再生处理工 艺技术的发展现状及发展动向：以济南市水质净化二厂微絮凝纤维束过滤一消毒的再生 处理工艺为试验研究对象，进行了投药量、纤维束过滤速度、反冲洗周期、反冲洗强度等 运行参数对水质影响的试验。经试验得出济南市水质净化二厂微絮凝一纤维束过滤一消毒 再生工艺的最佳运行参数为：混凝剂p a c 投加量2 m g l ；过滤速度3 0 m h ，反冲洗周期 3 6h ，下向洗反冲洗强度6 8 l m 2 s ，上向洗反冲洗强度3 4 l m 2 s ， 刮淬o 7 3 。 2 由于纤维束滤料比表面积和表面自由能大，拦截和吸附能力强以及微生物的作用， 通过拦截、吸附和生物降解等，在最佳运行工况下，c o d 的去除率达到4 5 2 4 9 8 、 b o d 5 的去除率达到5 6 8 7 1 2 、s s 的去除率达到7 7 8 8 1 8 、n h 3 n 的去除 率达到4 8 6 5 8 5 、浊度的去除率达到7 5 6 7 8 8 。出水水质稳定，达到了城市 污水再生利用城市杂用水水质( g b 厂r1 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 ) 的标准要求。 3 经过技术经济分析，济南市水质净化二厂回用水的制水成本为0 3 3 元一，按现 规模9 0 0 0 m3 d 计算，每年可节省自来水用量3 2 8 5 万m 3 ，节省自来水水费8 4 4 2 万元。 4 结合调研与试验结果，对微絮凝纤维束过滤一消毒的处理工艺与混凝沉淀一 砂滤一消毒的处理工艺的技术参数、药剂的投加量、运行效果和制水成本等技术经济指标 的分析比较，认为：微絮凝一纤维束过滤消毒的再生处理工艺技术具有占地面积小、基 建投资与运行费用少、维护管理简便、处理效果好、水质稳定等特点，是现阶段较适宜的 污水处理回用的选择工艺。 关键词：再生处理城市污水回用处理工艺微絮凝纤维束运行参数 西安建筑科技大学硕士学位论文 a s t u d y o fa n e x p e r i m e n t o n t e c h n o l o g y o fa c i t y ss e w a g er e c y c l ed i s p o s a l o f t i n y m a t t e r r e s e m b l i n g c o t t o n sb e i n gf i l t e r e db yc o l l e c t i o n so f f i l a m e n t sa n dt h ef i l t e r e dw a t e r sb e i n gs t e r i l i z e d s p e e i a l i t y ： e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ： c h e n d o n g c h e n t u t o r ：p r o f e s s o r w a n gz h i y i n g ( x i a nu n i v e r s i t yo f a r c h i t e c t u r e & t e c h n o l o g y ) p r o f e s s o rz h a n g k e f e n g f s h a n d o n g i n s t i t u t eo f a r c h i t e c t u r e e n g i n e e r i n g ) a b s t r a c t i ti sw e l lk n o w nt h a tt h es h o r t a g eo fw a t e rh a sr e s t r i c t e dt h ec o n t i n u a b l e d e v e l o p m e n t o fn a t i o n a le c o n o m yo fo u r c o u n t r y n e v e r t h e l e s s ，i t i sl u c k ye n o u g h t h a ti th a sb e e nf o u n dt h a tac i t y ss e w a g er e c y c l ei so n eo ft h em o s te f f e c t i v e m e t h o d st h a tc a nb ea d o p t e dt os e t t l es u c h p r o b l e m s a st h es h o r t a g eo fw a t e ra n d t h ew a t e r p o l l u t i o n a tp r e s e n t ，t h ep r o b l e m s t h a tt h ee n v i r o n m e n t a l i s t sa r e c o n c e m e da b o u ta r ea sf o l l o w s ：w h i c hk i n do f t e c h n o l o g yo fs e w a g ed i s p o s a la n d r e c y c l ei ss e l e c t e di no r d e r f o rt h et r e a t e dw a t e r q u a l i t y t oc o m e u p t ot h es t a n d a r d o ft h er e c y c l ew a t e rt h a to u r c o u n t r yh a ss e t ? h o w m u c hi si n v e s t e di nt h ec a p i t a l c o n s t r u c t i o no f p r o j e c t s ? h o wm u c hi sn e e d e df o rp a y i n gf o r t h em o t i o n ? a n d i si t c o n v e n i e n tt or u na n dt om a i n t a i n ? o nt h eb a s i so f a n a l y z i n gt h ep r a c t i c ei nt h e s e w a g er e c y c l ea th o m e ，b y m e a n so ft h er e c y c l ep r o j e c ti nn o 2w a t e rq u a l i t y p u r i f i c a t i o nf a c t o r yi nj i n a nc i t y , t h i st h e s i sm a k e sas y s t e m a t i cs t u d yo ft h e t e c h n o l o g yo fac i t y ss e w a g er e c y c l ed i s p o s a l a n dt h eo b t a i n e dr e s u l t sa r e a s f o l l o w s ： 1 o nt h eb a s i so ft h ef i n d i n g sr e p o r to ns e w a g ed i s p o s a la n dr e c y c l ec a r r i e d o u ti n s h a n d o n gp r o v i n c e ，t h ep r e s e n t c o n d i t i o ni s a n a l y z e dc o n c e r n i n g t h e 西安建筑科技大学硕士学位论文 d e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g yo fs e w a g er e c y c l ed i s p o s a l ；b ym e a n so ft h e t r e a t m e n tt e c h n o l o g yt h a tt h et i n ym a t t e rr e s e m b l i n gc o t t o ni sf i l t e r e db yt h e c o l l e c t i o n so ff i l a m e n t sa n dt h ef i l t e r e dw a t e ri ss t e r i l i z e d ，a ne x p e r i m e n th a sb e e n c o n d u c t e do fh o wt h ew a t e rq u n i t yi si n f l u e n c e db ys u c hm o t i o np a r a m e t e r sa s t h ea m o u n t so fp u t t i n gm e d i c a m e n t s ，t h ef i l t e r i n g s p e e do ft h ec o l l e c t i o n s o f f i l a m e n t s ，t h er e v e r s er i n s ep e r i o d ，a n dt h e r e v e r s er i n s ei n t e n s i t y i nt e r m so ft h e c o n d u c t e de x p e r i m e n t ，t h eo p t i m u mm o t i o np a r a m e t e r sa r ed e t e r m i n e do ft h e r e c y c l et e c h n o l o g y t h a tt h e t i n y m a t t e r r e s e m b l i n g c o t t o ni sf i l t e r e d b yt h e c o l l e c t i o n so ff i l a m e n t sa n dt h ef i l t e r e dw a t e ri ss t e r i l i z e di nn o 2w r a t e rq u a l i t y p u r i f i c a t i o nf a c t o r yi nj i n a n ：t h ea m o u n to fp u t t i n gp a c i s2 m g l ，t h ef i l t e r i n g s p e e do f t h ec o l l e c t i o n so ff i l a m e n t si s3 0 m h ，t h er e v e r s er i n s ep e r i o di s3 6 h ， t h ed o w n w a r dr e v e r s et i n s ei n t e n s i t yi s6 8 l 一s ，t h eu p w a r dr e v e r s er i n s e i n t e n s i t yi s3 4 l m 2 s ，a n dt h e r a t eo f t h ew a t e r c o n s u m p t i o n i s0 7 3 2 b e c a u s eo ft h el a r g e n e s so ft h es u p e r f i c i a la r e aa n dt h eg r e a t n e s so f t h e 仔e e d o mo ft h ef i l t e rm a t e r i a l so ft h ec o l l e c t i o n so ff i l a m e n t s ，t h ef i l t e rm a t e r i a l s o ft h ec o l l e c t i o n so ff i l a m e n t sa r eo fs t r o n ga b i l i t i e st oo b s t r u c ta n dt os p o n g e b e c a u s eo ft h ee x i s t e n c eo ft h ea n i m a l c u l e s ，o c c u r st h ep h e n o m e n o nt h a tt h e i n g r e d i e n t s o ft h e o r g a n i s m s a r ed e c o m p o s e du n d e rac e r t a i nc o n d i t i o n f o rt h e s e r e a s o n s ，u n d e r m eh i 曲p o i n t ，t h ee l i m i n a t i o n r a t eo fc o dh a s r e a c h e d 4 6 2 4 9 8 ，t h a to fb o d 55 6 8 ，7 1 2 ，t h a to f s s7 7 。8 8 1 8 ，t h a to fn h 3 _ n 4 8 6 5 8 5 。a n dt h a to f t h ec l o u dl e v e l7 5 6 - 7 8 8 s ot os p e a k ，t h ed a t ao f t h e e x a m i n e dw a t e r q u a l i t y a r es t a b i l i z e d ；t h et r e a t e dw a t e rq u a l i t yh a sc o m eu p t ot h e s t a n d a r da c c o r d i n gt o 鼢pc i t yjn o n - d r i n k i n gw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d ( g b t l8 9 2 0 2 0 0 2 ) 3 t h r o u g h t h et e c h n o l o g i c a la n dt l l ee c o n o m i ca n a l y s i s ，i ti sk n o w n t h a t0 3 3 y u a n m 3i st h ec o s to fd i s p o s a lo fs e w a g ei nn o 2w a t e rq u a l i t yp u r i f i c a t i o n f a c t o r yi nj i n a nc i t y ；i nt e r m so f t h ep r e s e n ts c a l e9 0 0 0 m 3 d ，m et 印w a t e ro f 3 2 8 5 m i l l i o nm 3i ss a v e da n d t h ew a t e rr a t eo f8 4 。4 2 m i l l i o ny u a ni se c o n o m i z e d e v e r yy e a r 4 i nt h el i g h to fi n v e s t i g a t i o n sa n de x p e r i m e n t s ，s u c ht e c h n o l o g i c a l a n d e c o n o m i ct a r g e t sa st e c h n o l o g yp a r a m e t e r s ，a m o u n t so fp u t t i n gm e d i c a m e n t s ， m o t i o nr e s u l t s ，a n dc o s to fd i s p o s a lo fs e w a g ea r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d w i t h r e g a r dt ot h et r e a t m e n tt e c h n o l o g yo f m i x t u r e s o l i d i f i c a t i o n ，s e d i m e n t ，g r i n d i n g 西安建筑科技大学硕士学位论文 f i l t e r , a n d d i s i n f e c t i o na n dt h et r e a t m e n t t e c h n o l o g y t h a tt h e t i n y m a t t e r r e s e m b l i n gc o t t o ni sf i l t e r e db y t h ec o l l e c t i o n so ff i l a m e n t sa n dt h ef i l t e r e dw a t e r i s s t e r i l i z e d c o n s e q u e n t l y , t h e c o n c l u s i o ni sd r a w nt h a tt h e c o m p a r a t i v e l y a p p r o p r i a t es c h e m ef o rt h et e c h n o l o g yo fs e w a g ed i s p o s a la n dr e c y c l ea tt h e p r e s e n ts t a g ei sc a l l e dt h et e c h n o l o g yo f t h es e w a g e r e c y c l ed i s p o s a lt h a tt h et i n y m a t t e r r e s e m b l i n g c o t t o ni sf i l t e r e db yt h ec o l l e c t i o n so ff i l a m e n t sa n dt h ef i l t e r e d w a t e ri s s t e r i l i z e d ，b ym e a n so f w h i c hl e s sl a n di so c c u p i e d ，a n dl e s sm o n e yi s i n v e s t e di nt h ec a p i t a lc o n s t r u c t i o na n dt h em o t i o n ，a n di ti sc o n v e n i e n tt or u na n d t om a i n t a i n ，a n dt h ew a t e rq u a l i t yi ss t a b l e ，a n dm o r ei m p o r t a n t l y , g o o dt r e a t m e n t r e s u l t sc a nb ea c h i e v e d k e y w o r d s ： r e c y c l ed i s p o s a l ， t r e a t m e n t t e c h n o l o g y ， c o l l e c t i o n so ff i l a m e n t s ， a c i t y ss e w a g er e c y c l e ， t i n ym a t t e rr e s e m b l i n g c o t t o n ， m o t i o n p a r a m e t e r s 声明 y6 1 6 6 8 2 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：涵专彤 日期：舻占 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) 论文作者签名：1 娃砬 导师签名 注：请将此页附在论文首页。 日期：2 a 形占 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 水资源概述 污水资源化的意义 1 1 1 全球水资源 水是人类生活和社会生产中须臾不能分离的，安全的淡水是维持地球上生命的最基 本要素n 1 ，地球的水资源总量约为1 3 8 6 亿立方公里，其中9 7 以上是海水，其余的水 资源中2 2 是地下水，7 7 是冰雪冻结在冰川里，只有剩余不足1 的淡水才参与水循环， 而且有一半在河流、湖泊和沼泽中，全球可以使用的淡水资源仅为地球上全部水量的0 0 l 。 在自然界水的自然循环中，由于大气中云流动的不均及复杂的气象、地理原因，造成世界 各地域的降水量差别极大；在水的社会循环中，人类不断地利用地下和地表的径流来满足 生活和生产活动的需求。由图1 1 可以看出，水的自然循环和社会循环是交织在一起的， 地球上水资源的循环再生、运动变化规律是同人类的活动息息相关的。 图1 一l水的自然、社会循环示意图 随着科学的进步和社会的发展，人类对水的需求也越来越大，随之而来的则是生态平 衡的破坏，环境污染的剧增，最终造成可利用的水资源日益匮乏。因此人类的活动和用水 必须与自然环境相协调，保证水资源的有效利用，使社会经济得到可持续发展，世界方能 永存与进步。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 2 我国水资源情况 水资源是社会经济可持续发展中至关重要的基础资源，水资源的持续利用和水环境 的保护是我国最为突出的资源环境问题之一。我国长江以北的平均降水量为6 4 8 h i m ( 1 9 5 6 1 9 9 9 年中2 4 年的资料) ，比全球平均值低2 0 堙1 ，平均年降水量6 1 8 8 9 亿m 3 嵋1 ， 全国年平均水资源量2 8 1 2 4 亿n 1 3 ，人均占有水资源量约为2 3 4 0m 3 ，约为世界人均水资 源占有量的1 4 ，远远低于美国、加拿大、巴西等国家。 据国家环境公报报道1 ，我国江河流域普遍遭到污染，2 0 0 1 年资料表明，全国4 2 个城市的4 4 条河流，已有9 3 受到不同程度的污染，其中3 2 6 受到严重污染，水质劣 于v 类标准河段占4 0 ；不能满足类水质标准、不能做集中水源的河段占7 0 5 。我 国城市供水水源有3 0 源于地下水，近2 0 年来地下水水质普遍亦呈恶化趋势，1 9 9 8 年对 我国1 1 8 座大型城市浅层地下水的普查表明，有1 1 5 座城市的地下水受到不同程度污染， 占检测总数的9 7 5 ，2 8 的北方城市地下水已不适宜作为饮用水源。近5 0 年来，我国 年均消失天然湖泊2 0 多个皓1 ，湖泊总面积缩小1 8 6 万k m 2 ，蓄水量减少5 1 3 亿m j 。 目前我国城市缺水6 0 亿m 3 ，6 8 8 座城市中有4 0 0 多座城市常年供水不足，其中有1 1 0 座城市严重缺水，许多城市被迫限时限量供水，由于缺水，我国减少工业产值9 0 0 0 多亿 元咖。据世界观察研究所预测，到2 0 1 0 年，我国城市生活用水增长约6 0 ，达8 0 0 亿m 5 ， 工业用水增长约6 2 ，需水总量为6 9 8 8 亿m 3 ，缺额为3 8 0 亿i n 3 ；至2 0 3 0 年，需水总量 约为7 0 0 0 8 0 0 0 亿m 3 ，缺额为4 0 0 5 0 0 亿m 3 ，而我国实际可利用的水资源量约为8 0 0 0 9 5 0 0 亿m 3 ，即到2 0 3 0 年，我国的需水量已接近可利用量的极限。 1 1 3 水瓷源短缺的解决方法 水是不可替代的资源，然而城市缺水在2 1 世纪将成为一个世界性的问题，是世界大 部分地区面临的最严峻的自然资源问题。据专家预测，2 1 世纪是石油让位于水的世纪， 以缺水、水域污染和饮用水质量下降的问题之中为核心的水危机，将成为继2 0 世纪石油 危机之后2 l 世纪的最大危机订1 ，中东地区发生国与国之间争端的一个重要问题就是水资 源的争夺t s o 由于现代科学技术突飞猛进，经济快速发展，人口剧增并向大都市集中， 加剧了对水需求量，造成世界范围水资源短缺；同时城市规模的扩大和经济的发展，大量 的生活污水、生产废水未处理达标就排放水体，造成水体的严重污染，水质恶化，加剧了 水资源短缺的状况。水资源短缺威胁着人类的生存与发展，它成为全球共同面临的问题。 中国是一个贫水国家，淡水资源十分缺乏，是世界上1 3 个贫水国家之一；同时水资 源在时间和地区分布上极不平衡，南多北少、东多西少吟1 。随着我国经济建设的高速发 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 展和城市化进程的加快，城市工业用水和居民生活用水的需求越来越大，水已经由“取之 不尽、用之不竭”变为“稀缺”，特别是我国北部地区，城市缺水问题尤为突出，用水的 供需矛盾日趋严重。目前我国水资源的开发利用率已达到1 9 ，接近世界水平的三倍， 水资源的危机已严重制约着我国国民经济的发展，由此带来每年近2 0 0 0 多亿元工业产值 的影响“”。 近年来，对水资源短缺的解决方法，国际上提出的一个原则是“在可持续发展的前提 下开发和利用水资源”。水资源是经济发展的命脉，解决好水的问题，经济发展就有保 障。由于缺水，极大地限制了我国的社会经济发展，为解决水资源短缺问题，开发新的可 利用水源己成为世界各国普遍关注的课题。人们不得不在天然水资源( 地下水、地面水) 之外，通过多种途径开发新水源1 1 2 1 如图1 - - 2 。 人为开发水资源 异流域调水 海水淡化 极地拖冰 三e 二 污水处理回用i 广上游污水排入江河，下游取用 i 一地污水回注地下，另地抽用 r 工业废水 l 主霉雾袭 图1 2新的水资源开发途径 综观新水源开发、水资源合理调配和污水处理与回用等解决方案，污水处理后回用为 一较好的解决途径。城市污水水质、水量稳定，易于收集，就地可取，可作为新的再生水 源e 1 3 1 。以城市二级处理后出水为原水经深度处理、净化，改善其水质，使其能满足一定 的使用目的，作为一种新的水资源被开发利用，即污水资源化| 1 4 1 , 污水资源化是解决水 资源短缺的有效途径，许多国家和地区已经把城市污水作为第二水源大力开发，把污水资 源化作为解决水资源短缺的重要对策之一1 5 1 。 3 西安建筑科技大学硕士学位论文 日本是一个水资源严重短缺的国家，因此污水回用起步较早，中水道系统是日本污水 回用的典型代表，到1 9 9 6 年，污水回用量达3 2 4 万m 3 d1 1 6 1 美国是世界上水资源丰 富的国家之一，但在美国1 5 5 个城市水源中，每3 0m 3 的水中就有ln q 3 的水是上游的污 水，4 0 的美国人1 3 所用的水是上游用过1 次以上的污水 ，到1 9 9 7 年，己建成3 5 7 个中水回用设施，回用量约为8 0 万m 3 d ，目前已超过3 6 0 万m 3 d 1 1 8 11 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7 2 1 1 7 11 9 9 6 年纳米比亚温得 和克市污水回用量达2 1 万m 3 d 1 1 9 1 。截至1 9 9 6 年，北京建起了首都机场、国际贸易中 心等几十项中水工程，总设计能力为3 0 0 0m 3 d 1 2 0 , 为缓解水资源短缺与用水量剧增这一矛盾，国家在加快南水北调、山东省西水东调步 伐的同时，正在出台各种节约用水政策，包括超计划用水加价、污水资源化、中水回用等。 随着我国加入w t o 和申奥成功，国家对环保的要求日趋严格，并加大环境治理的力度， 仅北京市未来5 年内将投资4 5 0 亿元，用于环境治理：山东省每年在环境治理项目上将投 入1 0 0 亿元，其中污水处理工程是重要内容之，回用水工程还将另行追加投资经费。从 我国的水资源的实际情况和可持续发展的战略角度来看，节约用水、污水资源化已成为一 项急迫的课题。 1 2 污水处理回用的意义 为解决上述问题，世界上许多缺水国家把城市污水资源化作为解决水资源短缺的重要 对策之，围绕城市污水资源化和污水回用技术，开展了大量的研究工作。城市污水水质、 水量稳定，经处理净化后可以作为新的再生水源加以利用，若将城市污水的净化和再生利 用结合起来，去除污染物，改善水质后加以回用，不仅可以减轻城市污水对水环境的污染， 而且可以减少新鲜水的使用，缓解需水和供水之间的矛盾，为工农业的发展提供新的可靠 水源，取得多种效益。例如美国佛罗里达州的南部地区、加利福尼亚州的南拉谷那、科罗 拉多卅l 的奥罗拉；沙特阿拉伯、意大利及地中海诸国等，城市污水处理后可满意地回用于 工业、城市和农业等领域。 我国是淡水资源匮乏的国家，一方面城市缺水非常严重，已成为制约国民经济发展和 人民生活水平提高的重要因素；另一方面大量的城市污水未经处理白白流失，既浪费了资 源又污染了环境。污水回用既节约新鲜水资源，缓解水资源的紧缺状况，又有利于区域水 资源综合整治，改变了城市污水处理厂只投入，没有经济效益的现状，又使污水处理回用 形成良性循环，兼得环境效益和社会效益。 对于缺水城市来讲，城市污水再生回用比开发建设新水源为重要，更符合我国贫水的 客观事实，具有深远的现实意义t 2 1 1 以城市污水二级处理出水为回用水工程进水，供给 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 i i i i 暑i 赢i 置叠茸i i i ；i i ；i i ；i i 离暑篁i i j ； i 墨皇暑置i i ；j i 薯置i 罱i ； 工业及部分城市用水，是解决水资源短缺的有效途径。 城市污水处理后再回用的意义在于： ( 1 ) 补充水资源的短缺。在城市的总用水量中，饮用水的用水量只占5 左右，2 0 3 0 不与人体直接接触的生活杂用水、市政杂用水、几乎全部的工业冷却水和部分生产工 艺用水可采用水质要求较低的回用水来替代。 ( 2 ) 提高城市水资源利用的综合经济效益。减少排污量和相应的运行管理费用；污 水回用所需投资及年运行管理费用一般低于长距离引水所需费用( 因省却了水资源费、取 水与远距离输水的能耗与建设费用”) 。 ( 3 ) 保护人类健康、保护自然环境、防治水体污染，减少致癌、致畸、致基因突变 等疾病产生的危害，是社会经济能够可持续发展的战略和环境保护策略的重要环节。 无论从理论到实践，还是从技术角度到经济角度，污水回用都显示出明显的优越性。 污水、雨水资源化，经处理后回用，即可节省水资源，又使污水无害化，是搞好环境建设、 缓解水资源不足的重要途径，因此，污水再利用是一条既经济又实际的必由之路。 1 3 污水回用的研究现状 1 3 1国外污水处理回用的研究现状 综观世界污水处理的发展历史，污水再生回用越来越受到各国的重视。在日本，由于 日本国土狭小，人口众多，人均年降水量仅为世界平均降水量的1 5 ，水资源严重缺乏， 所以污水回用起步较早。日本早在1 9 5 2 年就开始回用污水，7 0 年代已初见规模，9 0 年代 初在全国范围内进行了污水回用的调查研究和工艺设计，严重缺水的地区广泛推广污水回 用技术，使日本近年来的取水量逐年减少，濑户内海地区污水回用水量已达到该地区所用 淡水总量的2 3 ，新鲜水取水量仅为淡水用量的1 3 。经过大量污水处理回用示范工程后， 日本又开发了很多污水深度处理工艺，在新型脱氮脱磷技术、膜分离技术、膜生物反应器 技术等方面取得了很大进展，建立了以濑户内海地区为首的许多水再生工厂1 2 2 。中水道 系统是日本污水回用的典型代表，中水主要回用于居民区、商业区和学校等，用于冲洗厕 所、道路、浇灌绿地、工业冷却水和其它杂用水。据文献报道，1 9 9 0 年日本以东京为例， 遍及全国建立了1 3 9 6 座中水回用工程，中水回用量为2 2 8 万m 3 d ，达到生活用水量 的o 6 1 1 6 | 。近年来，日本环保部门通过对二级出水提高要求，使处理后的出水回用于 景观用水，在美化了城市环境的同时也节约了用水1 2 3 1 。 美国是世界上水资源丰富的国家之一，人均水资源拥有量约为1 0 0 0 0m 3 ，是我国人 均水资源拥有量的4 倍，但美国从二十世纪5 0 年代起就开始进行污水回用方面的工作， 5 西安建筑科技大学硕士学位论文 7 0 年代初开始大规模污水处理厂建设，随即开展污水回用的技术研究和推广工作。根据 美国环保局( u s e p a ) 的资料啦，1 9 9 0 年美国全国污水回用量约为3 6 0 万m 3 d ，到 2 0 0 0 年约为1 8 4 0 万m 3 d ，再利用率达到4 4 ，其中加利福尼亚州的污水回用量约占 全国总量的2 7 。全国城市污水回用于农业灌溉、工业冷却水、工艺用水、景观用水、 地下水补给及娱乐养殖等多种用途，其中工业占总用水量的3 0 ，农业灌溉占6 0 ，城 市生活等其它方面占总用水量的1 0 吨h2 6 。 在干旱缺水的国家中，以色列在污水净化和回收利用方面处于世界领先地位。以色列 处于年平均降雨量3 5 0 m m 的沙漠地区，人均水资源占有量仅为3 0 0m 3 ，回用水已成为 该国家重要的水资源之一，以色列把回用所用污水列为一项国家政策印。至1 9 8 7 年，以 色列全国已有2 1 0 个城市污水回用工程，城市污水回用率达7 2 ，回用规模大多在1 3 7 2 7 3 万i n 3 d 2 7 1 。回用水中约4 2 用于灌溉、3 0 地下水回灌，其余用于工业企业、 河流复苏、城市杂用等。以色列全国有9 0 的污水采用收集排放，8 0 的污水经过处理， 6 0 6 5 处理后的污水进行了回用，回用水量约为全国总用水量的6 0 。“玉”1 除上述国家外，俄罗斯、西欧等国，印度、南非和纳米比亚的的污水回用工程也很普 遍。在南非的约翰内斯堡市，再生水不但回用于工农业，而且也回用于城市的饮用水，每 日自来水中的8 5 是来自城市回用水，开创了将污水回用到饮用水方面的先例“”；纳米 比亚的温得和克市于1 9 6 8 年建立起一座再生饮用水工厂，日产水量4 5 0 0m 3 ，水质达到 当时世界卫生组织和美国环保局公布的标准。此后温得和克市污水二级处理后，再经过除 藻、加氯、活性炭吸附等深度处理与水库水混合后作为该城市的自来水，经卫生评价证明 其水质合格旺9 】。 由上述几个国家的污水回用情况可以看出，不论各国的水资源是否丰富，污水回用都 已被广泛应用，且予以立法保护，污水处理回用势在必行，前景广阔。 1 3 2 国内污水处理回用的研究现状 我国从2 0 世纪5 0 年代开始采用污水灌溉的方式回用污水，2 0 世纪8 0 年代末，将污 水经深度处理后回用于工业生产和城市生活仅有2 0 年左右的历史，随着我国大部分城市 水危机的频频发生和污水处理回用技术的成熟，污水回用的研究和实践从而得以迅速发 展。我国北方城市水资源紧缺，迫切需要把城市污水作为非常规水源加以回用，为此，我 国组织了城市污水资源化工艺的科技攻关，各地纷纷建设了示范工程。1 9 8 9 年，我国第 一个污水回用示范工程在大连开始设计、施工，1 9 9 2 年正式投产运行，随即天津、深圳、 太原、青岛、北京等城市也建立了污水回用示范工程 3 0 - 3 3 。如大连春柳污水处理厂二沉 池出水经混凝、沉淀和砂滤后回用于冷却水1 4 1 、太原杨家堡污水处理厂- - 沉池出水经生 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 物陶粒接触氧化、过滤后回用于冷却水r 3 4 1 、北京高碑店污水厂二沉池出水经混凝、沉淀 和砂滤后回用于电厂冷却水3 卯、泰安污水厂二沉池出水经混凝、砂滤后回用于造纸厂 冷却水、厂内绿化等、淄博污水厂二沉池出水经微絮凝、纤维束过滤后回用于厂内景观、 绿化和电厂冷却水、济南市水质净化二厂的二沉池出水经微絮凝、纤维束过滤、消毒后回 用于厂内景观、绿化和玻璃制品厂冷却水等。污水再生工程的出水水质达到城市污水再 生利用城市杂用水水质( g b t1 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 ) 的标准要求，较适合我国目前的国力 和技术水平现状，进一步的深度处理技术，如活性炭吸附、反渗透、离子交换、电渗析、 膜处理等技术费用高，我国尚不具备经济实力t 3 6 1 。另外，建筑中水也是污水回用的一种 形式，1 9 8 0 年以后我国中水事业发展很快1 2 0 1 ，许多省市相继建立了中水回用工程。 我国污水回用的研究和工程实践发展很快，尤其是近年来，随着政策、制度的不断完 善和节水意识的增强，回用水工程的建设越来越多，作为一种发展的必然趋势，污水资源 化已成为我国现代化城市实现可持续性发展的重要标志之一。但也看到，在建成的回用水 工程中，有些不能正常运行，究其原因，一方面是污水回用技术的实践性经验尚待完善； 另一方面，回用水在政策、管理制度和配套设施的完善上还有待加强。表1 1 为我国城 市污水再生利用历程1 3 7 1 。 表l 一1 我国城市污水再生利用历程 阶段时间研究课题重大实践项目标准、规范 起步 六五 建设部“六五”计划 北京市环保研究所中 水试点工程；北京国 阶段再生水利用课题 际贸易中心中水工程 水污染防治及城市生活杂用水水质标准 七五 污水资源化技术 ( c t 2 5 1 8 9 ) 以北京为首的一批建 景观娱乐用水水质标准 引导污水净化与资源化 筑( 小区) 中水工程 ( g b l 2 9 4 1 - - 9 1 ) ，行业规范： 八五 阶段技术建筑中水设计规范，污水 回用设计规范 污水处理与水工业行业标准：再生水回用于 九五 关键技术研究 一些集中再生水 景观水体水质标准 发展 十五 污水资源化利用 利用工程 国标：建筑中水设计规范， 阶段技术与示范 污水再生利用工程设计规范 7 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 4 污水回用的发展趋势 随着全球城市化和工业化的进程加剧了有限淡水资源的压力，同时越来越多的天然水 体和人工水体遭到各种污水的污染，其后果是水资源变得越来越稀缺，而且水资源费越来 越昂贵。需水量的不断增加使得供水水源的安全性受到威胁；排放标准的不断提高导致污 水处理费用不断增加，随着水处理技术的发展，人们越来越清醒地意识到污水回用是解决 水资源短缺的有效途径之一。 城市污水回用作为水资源管理的有机组成部分在我国才刚刚起步，过去人们更多地 利用兴建水利工程和取水工程来解决城市或地区的缺水问题，但随着现代经济社会发展 需求的提高，人们逐渐意识到其不可能增加水资源的储量，只是改变了水资源利用的时空 布局，而使某一局部受益，但后果却是非常严重的，它会使流域的整体利益遭到破坏。截 至到1 9 9 6 年，我国污水处理率约为2 3 6 ，根据国家“九五”规划，2 0 1 0 年我国污水处 理率应达到4 0 t 3 8 1 所以我国城市污水回用的潜力是较大的。目前，我国对污水回用一 般侧重于工程技术方面，而在污水回用的政策、法规、项目实施机构的设置等方面还很不 完善，应参考发达国家和其它一些发展中国家的成功经验来进行我国污水回用的实施与规 划。 污水回用一回用水( 中水) ，为人类提供了淡水资源以外的第二水源。随着供水费用 的逐渐提高，回用水技术的不断成熟，回用水造价的逐步降低，人们对待回用水的疑虑逐 渐减弱和消失，回用技术和回用水必将得到更广泛的认同。 8 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 污水处理回用和处理工艺的研究方向 污水处理回用实质上包括再生和回用两个环节，污水再利用的前提条件是准备回用的 水必须满足一定用途的水质要求，其次是污水的回用处理工艺。 2 1 污水处理回用的方向 污水回用分为直接回用和间接回用两种方式，我国多数专家认为直接回用是污水处理 厂通过回用水专用管道和其它设施将回用水直接送至用户使用；间接回用则是将污水处理 厂的二级出水或回用水排入水体或回灌于地下，以便将来抽取使用。 2 1 1 回用污水的来源 城市污水包括生活污水和工业废水，其中工业废水占很大比例，所排放的工业废水中 的某些特殊污染物，如重金属、有毒物质、酸碱及油类等，有害物质必须在工厂或企业内 部采取处理措施。一般城市污水的性质比较接近，回用水主要以城市污水的二级出水为水 源，通过不同的深度处理达到各类回用水的水质要求。随着城市化进程的加快，城市需水 量不断增加，城市污水的排放量也不断增加，城市污水的排