（环境工程专业论文）混凝超滤工艺处理城市二级出水回用于景观水体的研究.pdf

摘要 随着城市化进程的加快与可持续发展战略的实施，为了满足人们对生活环境质量要 求，西安市对辖区内的河道、湖泊进行了整治和恢复工作。由于西安是一个水资源较短 缺的城市，所以整治和恢复河道、湖泊所需景观水的问题急需解决。将污水作为一种资 源再生后加以利用，是社会、经济持续发展的必然选择，其目的在于增加可供水量、抵 抗干旱，增加供水可靠性，保护受纳水体，改善公共卫生条件，保护自然生态环境。因 此再生水回用于景观水体作为城市资源再利用的重要组成部分在世界范围内已广泛开 展。 本研究以西安市北石桥污水净化中心二级出水为研究对象，该中心二级出水水质较 稳定，污染物浓度低，接近城市污水再生利用景观环境用水水质标准。针对该污水中心 二级出水的水质特点，结合再生水处理工艺现状，本研究决定采用混凝。超滤工艺，探 讨其深度处理二级出水回用于景观水体的可行性。 采用混凝沉淀作为预处理可以初步去除二级出水的杂质，对浊度有较好的去除作 用。本研究通过单级条件试验和正交试验确定混凝工艺的操作条件与参数为：9 3 1 投加 量3 0 m g l ，p a m l m g l ，快速搅拌强度4 0 0 r m i n - 1 ，搅拌时间5 m i n ，慢速搅拌6 0r m i n 1 ， 搅拌时间3 0 s ，沉淀时间2 0 m i n ，在此条件下浊度可由1 0 n t u 左右降至3 n t u 以下；但 混凝一超滤工艺对氨氮处理效果不佳，本研究选择n a c l 0 氧化法对氨氮进行处理，其组 合条件为：1 0 ( 体积e l ) n a c i o 投加量2 8m l l ，p h 6 0 ，反应时间2 0 m i n ，结果表明， 出水氨氮的去除率达8 0 以上，浓度可由1 5m g l 降至3m g l 以下，还可使总氮浓度 降至1 0 m g l 左右；出水总磷、浊度、c o d 分别降至0 4 m g l 、0 2 n t u 、3 6 m g l 以下； 总大肠杆菌和粪大肠杆菌的去除率均达到3 7 1 0 9 以上，出水中的总大肠杆菌数和粪大肠 杆菌数分别低于1 3 0m p n l 和8 0 m p n l 。经混凝超滤工艺处理后的水质均达到城市污 水再生利用景观环境用水水质标准。 本研究通过非参数假设检验分析，结果表明二级处理水中粪大肠杆菌的浓度近似服 从对数正态分布。城市污水中粪大肠菌和病毒数量之间存在比值约为1 0 5 ：1 的比例关系， 依据该比例关系计算得到病毒数量，并将所有的病毒作为轮状病毒一种病毒对待，采用 概率统计数值计算方法对污水再生利用的病原体健康风险进行了评价分析。评价结果表 明，当对二级出水中的病毒不经过处理或去除率低的情况下回用，再生水对人体健康造 成的风险比较高，只有在去除率达到6 0 以上，才能保证再生水回用于景观水体的卫生 安全。 综上所述，混凝一超滤工艺处理城市污水厂二级出水回用于景观水体工艺可靠，技 术可行，经济合理，是一种具有综合效益的污水资源化方法，值得推广应用。 关键词：混凝；超滤膜；二级出水；深度处理；景观水；风险评价 a b s 仃a c t a l o n gw i t ht h eu r b a n i z a t i o ne x p e d i t i n ga n dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t a g e m i m p l e m e n t i n g ，f o rs a t i s f y i n gp e o p l e sr e q u e s to ft h el i v i n ge n v i r o n m e n t ，x i a nr e n o v a t ea n d r e s u m es o m er i v e r sa n dl a k e s b u tt h ew a t e rr e s o u r c e so fx i a ni ss h o r t a g e ，s oh o w c a l lw e o b t a i nt h el a n d s c a p ew a t e rw h i c hi su s e dt or e n o v a t ea n dr e s u m et h er i v e r sa n dl a k e s i st h e w h o l ep r o b l e mw en e e dt or e s o l v e w a t e rr e u s ei st h en e c e s s a r yc h o i c eo fs o c i e t ya n d e c o n o m ys u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t w a t e rr e u s ec a ni n c r e a s ew a t e rs u p p l yq u a n t i t y , r e s i s t d r o u g h t ，l e s s e nw a t e rp o l l u t i o n ，i m p r o v ep u b l i ch y g i e n ec o n d i t i o n ，a n dp r o t e c tn a t u r a l e n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，w a s t e w a t e rr e u s et ol a n d s c a p ew a t e ra sai m p o r t a n tp a r to fu r b a n r e c y c l e dr e s o u r c ei sw i d e l yd e p l o y i n gi nt h ew o r l d t h er e s e a r c ho b j e c to ft h i sp a p e ri st h es e c o n d a r ye f f l u e n to fx i a nb e is h iq i a os e w a g e p u r i f i c a t i o nc e n t e r , t h eq u a l i t yo ft h ee f f l u e n ti ss t a b l e ，t h ec o n c e n t r a t i o no ft h ep o l l u t a n ti s l o w , a n di sc l o s et ou r b a ns e w a g er e u s et ol a n d s c a p ew a t e rs t a n d a r d a i ma tt h e c h a r a c t e r i s t i co ft h ee f f l u e n t ，c o m b i n i n gt h ep r e s e n tc o n d i t i o no ft h es e w a g er e u s ed i s p o s a l ， t h i sr e s e a r c ha d o p tc o a g u l a t i o n - u l t r a f i l t r a t i o np r o c e s s ，a n d p r o b et h ef e a s i b i l i t yo ft h i s t e c h n i c sd i s p o s et h es e c o n d a r ye f f l u e n tr e u s et ol a n d s c a p ew a t e r c o a g u l a t i o np r e t r e a t m e n tc a nr e m o v et h ei m p u r i t yi ns e c o n d a r ye f f l u e n t ，e s p e c i a l l y t u r b i d i t y t h i sr e s e a r c ht h r o u g has e r i e so fs i n g l et e x ta n do r t h o g o n a lt e s tc o n d i t i o n st o c o n f i r mt h eo p e r a t i o nc o n d i t i o na n dp a r a m e t e ro fc o a g u l a t i o nt e c h n i c s ：t h ed o s a g eo f9 31 i s 3 0 m g l ，p a mi sl m g l ，f a s ts t i r r i n gv e l o c i t ya n dt i m ei s4 0 0 r m i n 1a n d5 m i n ，s l o ws t i r r i n g v e l o c i t ya n dt i m ei s6 0 r - m i n 1a n d3 0 s ，s e d i m e n t a t i o nt i m ei s2 0 m i n ，o nt h i sc o n d i t i o n ，t h e t u r b i d i t yc a nb ed e c r e a s e df r o m10 n t ut ob e l o w3 n t u ；b u tt h ec o a g u l a t i o n u l t r a f i l t r a t i o n p r o c e s si si n e f f e c t i v et oa m m o n i a n i t r o g e nd i s p o s a l ，t h i sr e s e a r c hc h o o s en a c l 0o x i d a t i o n m e t h o dt o d i s p o s ea m m o n i a - n i t r o g e n ，t h ec o m b i n a t i o nc o n d i t i o ni s ：t h e d o s a g eo f lo ( v o l n m er a t i o ) n a c l 0i s2 8 m f l ，p hi s6 0 ，r e a c t i o nt i m ei s2 0 m i n t h er e s u l ti n d i c a t e s t h a tt h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a - n i t r o g e ni sa b o v e8 0 ，t h ec o n c e n t r a t i o nc a nb ed e c r e a s e d f r o m15 m g lt o3 m g l ，i tc a na l s om a k et h et o t a ln i t r o g e nc o n c e n t r a t i o nd e c r e a s et oa r o u n d 10m g l ；t h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a lp h o s p h o r u s ，t u r b i d i t y , c o da r e r e s p e c t i v eb e l o w0 4 m g l ， 0 2 n t u ，3 6 m g l ；t h er e m o v a lr a t eo ft h et o t a le c o l ia n dt h em u c ke c o l ia r eo v e r3 7 1 0 9 ， a n dt h en u m b e ro ft o t a le c o l ia n dm u c ke c o l ia r er e s p e c t i v eb e l o w13 0 m p n la n d 8 0 m p n l t h ef i n a le f f l u e n tw a t e rc a ns a t i s f yt h es t a n d a r do fu r b a nw a s t e w a t e rr e u s et o l a n d s c a p ew a t e r t h r o u g ht h en o n p a r a m e t e ra s s u m p t i o ne x a m i n a t i o na n a l y s i s ，w ef i n dt h a tt h e c o n c e n t r a t i o no fm u c ke c o l ii nt h es e c o n d a r ye f f l u e n ti sc l o s et oo b e y i n gl o g a r i t h m sn o r m a l s c h 0 0 1 t h eq u a n t i t yr a t i oo fm u c ke c o l ia n dv i r u si nu r b a ns e w a g ei sa b o u t10 5 ：1 ，a c c o r d i n g t ot h a tc o m p a r i s o nr e l a t i o n ，a n dt r e a t i n gt h ee n t i r ev i r u sa so n ek i n do fv i r u s ：r o t a v i r u s ， m a k i n gu s eo fp r o b a b i l i t ys t a t i s t i cc a l c u l a t i o nm e t h o dt oa s s e s st h eh e a l t hr i s ko fp a t h o g e no f w a s t e w a t e rr e u s e t h er e s u l ts h o w st h a t ，i ft h es e c o n d a r ye f f l u e n tr e u s ew i t h o u td i s p o s i n g v i r u so rt h er e m o v a lr a t ei sl o w , t h eh e a l t hr i s ki sh i g h o n l yt h er e m o v a lr a t ei sa b o v e6 0 ， t h er e c l a m a t i o nw a t e rt ol a n d s c a p ew a t e ri ss a f e c o a g u l a t i o n u l t r a f i l t r a t i o np r o c e s sd i s p o s eu r b a ns e c o n d a r ye f f l u e n tr e u s et ol a n d s c a p e w a t e r , t h et e c h n i c si sr e l i a b l e ，t e c h n i ci s f e a s i b l e ，e c o n o m y i sr e a s o n a b l e i ti sa c o m p r e h e n s i v eb e n e f i tw i t ht h er e s o u r c e so fs e w a g ea n dw o r t ht og e n e r a l i z ea n da p p l y k e y w o r d s ：c o a g u l a t i o n ；u l t r a f i l t r a t i o n ；s e c o n d a r ye f f l u e n t ；d e p t hp r o c e s s i n g ；l a n d s c a p e w a t e r ；r i s ka s s e s s m e n t 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 多一7 年多月j 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 论文作者签名： 导师签名： 体研 ( 吲年6 只3 日 年多月r 日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 西安市水资源状况及对策 1 1 1 西安市水资源状况 西安是西部地区中心城市，位于关中平原中部，属于暖温带大陆性气候，近年来干 旱少雨，河流断流，天然水资源量有限，时空分布极不均匀，属于“资源型缺水”地区。 西安市地表水资源总量2 4 8 7 亿立方米，地下水资源总量1 6 9 5 亿立方米，扣除地表水和 地下水之间的重复量1 0 3 6 亿立方米，全市水资源总量3 1 4 6 亿立方米，全市人均拥有地 表水资源量不足3 5 0 m 3 a ，仅为全国人均拥有量的1 6 和世界人均值1 2 0 ，远远低于1 0 0 0 m 3 这一国际公认的维持社会经济环境所需的临界值。随着西部大开发战略的实施，城市规 模日益扩大，城市人口迅速膨胀，加之人民生活水平逐年提高，城市用水量日益增长， 供需矛盾也必将突出。为了缓解水资源的供需矛盾，西安市人民政府前些年修建了黑河 引水工程，基本解决了目前的缺水状况，但根据长远规划来看，水资源不足仍是制约西 安地区可持续发展的主要因素。根据西安市城市供水水源规划，西安市城区不同水 平年供水、需水预测与平衡结果见表1 1 和1 2 。 从表1 1 和1 2 可以看出，西安市供水能力与需水量的缺口很大，现有供水水源已 经不能解决西安市缺水问题。同时随着西安市环境地质危害的加剧，关停西安市自备水 源井和涵养地下水资源是势在必行的，这样会进一步加剧西安市水资源的基本供需平衡 矛盾。为了弥补供水资源的不足，保证西安市的可持续发展，增强水资源支持社会经济 发展的能力，必须采取有效措施，以实现西安市水资源的基本供需平衡，保证城市社会 经济的可持续发展。 表1 1 城区不同水平年供需平衡表( 9 5 保证率) 1 0 4 m 3 水平年 年供水量年需水量 平衡结果 上限 5 1 7 1 91 0 3 2 7 1 9 9 5 4 1 3 9 2 下限4 5 4 1 5 - 4 0 2 3 上限 6 8 7 0 08 5 l l 2 0 0 06 0 1 8 9 下限 5 8 1 8 62 0 0 3 上限 1 2 8 9 1 63 1 2 0 3 2 0 2 0 9 7 8 9 3 下限 1 0 5 1 1 3- 7 2 2 0 第一章绪论 表1 2 城区不同水平年供需平衡表( 7 5 保证率) 1 0 m 3 水平年年供水量年需水量平衡结果 上限5 1 7 1 97 5 1 7 1 9 9 54 4 2 0 2 下限 4 5 4 1 51 2 1 3 上限 6 8 7 0 02 9 1 1 2 0 0 06 5 7 8 9 下限5 8 1 8 67 6 0 3 上限 1 2 8 9 1 6- 2 3 0 2 3 2 0 2 01 0 5 8 9 3 下限1 0 5 1 1 37 8 0 1 1 2 西安市河道、景观水体的需求 西安市区的河湖多为人工湖，为了保证各公园湖面水质良好，每年都要用黑河、石 头河等水库水和自来水厂的生产废水作为补充水来满足其景观用水。由于景观水的更换 次数少、水的流动性较差，导致河湖水质只能达到v 类标准，从而影响了公园的生态景 观。若要改善河湖的水质现状，最为有效简单的方法是加大湖水的流动性，以保持水质 新鲜，避免河湖厌氧以及富营养化。如连续补水，使湖水在不断流动中得以更新。河湖 的需水量为： q = q h + q e ( 1 1 ) 式中：q h 一景观用水的换水量，i n 3 ； q e 一为河湖的生态用水量，m 3 。 生态用水量可采用无植物水面的计算方法，即： q e = ( f 。h e k ) 1 0 0 0 ( 1 2 ) 式中：f 一无植物水面面积，k m 2 ； k 一选择折算系数； h e 一湖区0 2 0 蒸发皿观测的年平均蒸发量，m m a 。 q h = f 。h 仅 ( 1 3 ) 式中：h 一需换水的水面深度，m ； a 一换水次数。 西安市部分人工河湖2 0 1 0 年需水量预测结果见表1 3 。 2 长安大学硕士学位论文 表1 3 西安市部分河湖生态用水量 1 0 4 m a a 人工河湖名称需水量人工河湖名称需水量 兴庆公园 7 4 7莲湖、革命公园 2 5 o 护城河 2 0 5 5 未央湖 4 8 9 动物园 3 7 4 沪河、灞河三角洲 7 3 0 合计 1 1 2 1 5 由上表可以看出，西安市将来景观水体用水需求量非常大，如果采用清洁水，不但 在经济上将会是很大的开支，而且加剧了水资源短缺问题。 1 1 3 解决西安市水资源短缺问题的途径 为了解决西安市水资源短缺点问题，需要采取节流和开源措施。根据国内外实践经 验，开辟新水资源的主要措施有：跨流域引水；雨水的收集及储存利用：城市污水资源 化。 1 1 3 1 跨流域引水 跨流域引水已经成为我国北方及沿海干旱缺水城市解决水资源短缺的重要措施之 一，如大连碧流河引水工程、天津的引滦工程、山东的引黄入青工程等。 目前西安市已建成的黑河引水工程，向西安市每年输水约4 0 亿立方米。为西安市 提供了稳定可靠的城乡用水水源，促进了工农业生产，但从长远来看，黑河引水实际上 是调用宝鸡等西安周边城市的水源，且具有引水工程量大、工期长、成本高等因素，甚 至会导致周边区域水资源短缺。因此跨流域引水不是西安市解决水资源短缺的根本出 路。 1 1 3 2 雨水的收集及储存利用 世界上某些国家如以色列，由于严重干旱缺水，降水资源利用率达9 8 ，而我国对 于降水资源的利用十分薄弱，如据不完全统计，北京地区总降水量加上入境水每年总计 约1 2 0 亿立方米，利用水量只有4 0 左右。 雨水中的杂质主要是空气中的一些尘埃和大气污染物，非降雨期屋面上积累的大气 沉降物和路面上污染物。对屋面和道路的径流水质的研究发现，各水质指标大致随降雨 时间的延长而呈现下降并趋于稳定，所以可以根据屋面及道路径流的水质状况将降雨初 期的雨水汇流送至污水厂处理，收集水质较好的径流雨水。收集的中后期雨水可直接或 3 第一章绪论 经过简单处理作为景观补充水、绿化、洗车、道路浇洒等用水。与污水深度处理回用相 比，雨水利用投资少，运行费用低。同时雨水回收利用可起到减少自来水用水量，降低 城市引水、净水的费用的作用与环境保护的效果。而且雨水利用还能减少向排水系统的 排放量，节省了城市排水设施的基础投资和运行费用；在城市暴雨时，能起到防洪减灾 的积极作用。可见，对城市雨水进行利用，对解决水资源短缺、防治水环境污染和防洪 减灾等方面，具有重大的社会效益和环境效益，是水资源可持续利用的有效途径。 西安地区年平均降雨量5 8 0 2 m m ，主要集中在7 - 9 月份，占全年降雨量的4 5 6 0 ， 一次性降水量一般在6 3 2 1 1 8 2 m m 之间，占年平均降水量的1 2 5 1 6 4 t 1 1 。可见西安地 区降雨量并不大，时间分布不均，因此雨水的收集和利用不是西安市解决水资源短缺的 主要出路。 1 1 3 3 城市污水资源化 国外在污水回用方面，规模很大，历史很长。近十多年来，随着对水危机认识的提 高，我国城市污水回用才提上议事日程，七五期间被列入国家重点科技攻关计划，八五 期间不少城市新建污水处理厂时都包含了污水回用内容。 城市污水就地可取，根据使用对象和功能的不同，只要对污水处理厂的出水经过适 当深度的处理，都可以得到充分利用。比较而言，城市污水水量稳定充沛、处理技术成 熟且费用不高，作为第二水源要比长距离引水更切实可行。 据2 0 0 3 年水资源公报信息，西安市废污水排放总量为4 9 2 2 亿吨，是西安市全年用 水量的8 0 左右，而目前污水处理率不到4 0 ，污水回用率更低。提高的污水处理率和 回用率，不仅可以减轻西安市水环境污染，还可以缓解水荒，开发潜力巨大。所以，污 水资源化是解决西安市水资源短缺的重要途径之一。 1 2 城市污水回用途径 城市污水回用的历史已有近百年，目前正处于全面普及的开始阶段。从城市污水回 用的技术研究成果和工程应用状况来看，将城市污水处理后再利用，无论在技术上，还 是在经济上都是可行的。目前再生水的用途主要有农业、工业、环境娱乐、补充水源及 地下水和市政杂用等。 1 城市污水回用于农业灌溉 城市污水再生后回用于灌溉的历史最早，源于污水处理法中的土地处理法。有时很 难将两者区分开，事实上两者的最根本的区别在于侧重点不同：土地处理法侧重于净化 4 长安大学硕士学位论文 污水，而污水回用灌溉则侧重于生产农作物。城市污水再生后部分回用于农业灌溉，这 不但被证明是可行的，而且还具有巨大的应用潜力。城市污水回用于农业灌溉，因各地 的情况不同而获得的益处不尽相同，但在所有水源中，再生水是农业灌溉的最佳选择。 因为再生水是一种持续、安全而又富有营养的水源，使用再生水进行灌溉不仅可以节约 农业生产成本，而且其本身也是水资源保护的一种方式。 2 城市污水回用于工业用水 城市污水回用于工业生产用水的最大好处在于可以代替饮用水，因为在很多情况 下，工业用水对水质的要求远低于饮用水标准。因此，城市污水回用于工业对于工业企 业和市政当局都有很大的益处。目前，随着社会的快速发展，工业相对于其他行业来说， 对水的需求量最大，因此再生水回用于工业生产的潜力巨大，特别是对于工业生产用水 和工业冷却水而言。美国城市污水回用于工业已有近半个世纪的历史，并积累了丰富的 经验，其回用于工业冷却、工艺及锅炉的污水占其污水回用总量的3 2 。日本回用于工 业的污水占其污水回用总量的2 9 。 、 3 城市污水回用于地下水回灌 从水的自然循环角度讲，再生水回用于地下水回灌体现了减量化、资源化、无害化 的污染治理原则和可持续发展的战略思想，因而从可持续发展的观点，地下水回灌是扩 大污水回用最有益的一种方式。城市污水经深度处理后，以土壤基质作为生物反应过滤 器，通过土壤蓄水层的物理、化学和生物作用实现了自然生物链的循环，将其中的有机 物和病原体进一步去除，使水得到了充分的净化、修复和恢复，从根本上解决了水源的 涵养问题，是维护健康良性的水生态循环的一种有益途径。将城市污水再生后回用于地 下水回灌不仅可保护沿海含水层中的淡水以及阻止海水的入侵，扩大地下水资源的存储 量，还可减少、阻止并改变地下水水位的下降，控制或防止地面沉降及预防地震，调节 水温，保持取水构筑物出水能力，使河流的生态得到不同程度的恢复，溶解氧增加。从 某种意义上讲，它是从水的大循环角度出发，集污水处理、污水再生回用以及水资源开 发于一身的集成化水处理技术，比污水仅在处理厂中管对管的循环要好得多。 4 城市污水回用于娱乐景观用水 目前，随着水资源的缺乏和水污染的日益严重，各城市越来越多地将城市污水净化 回用于娱乐景观用水。再生水回用于景观环境可以满足缺水城市对于娱乐性水环境的需 要，可以将景观河道作为输水渠道，提供沿途的城市绿化用水；城市生活杂用和其他可 能的工农业用户的回用水源，节省了长距离管路的投资；可以通过娱乐性蓄水池调蓄水 5 第一章绪论 资源在时间上的分布不均，满足干旱期的用水需求；可以通过改善水的流动、蒸发、移 动、降水与渗透状态，间接改善缺水城市的水源涵养条件，从而达到改善自然气候条件 以及水生态循环的目的。 本研究主要是对污水回用于景观水体进行研究。 1 3 城市污水回用于景观水体的发展 将污水作为一种资源再生后加以利用，是社会、经济持续发展的必然选择，其目的 在于增加可供水量、抵抗干旱，增加供水可靠性，保护受纳水体，改善公共卫生条件， 保护自然生态环境。我国的“国民经济和社会发展第十个五年计划纲要”已明确规定： 重视水资源的可持续利用，坚持开展人工增雨、处理再生利用、海水淡化，多渠道开源， 建设一批骨干水源工程。发达国家在水环境问题上，也已开始对总体战略目标进行调整， 即由控制水、开发水、利用水，转变为对受污染水体功能进行全面修复与恢复，从根本 上实现水生态环境的良性循环，从而保障水资源的可持续利用和人类社会的可持续发 展。 随着城市化和工业化的发展，原本清洁的河流和湖泊由于生活或工业废水的排入渐 渐失去了其观赏价值，变成难闻的污水沟，极大地影响了环境和生活，因此再生水回用 于景观水体作为城市资源再利用的重要组成部分在世界范围内正广泛开展。国内最早的 再生水回用于景观水体研究始于“七五”国家科技攻关计划，此后，天津、北京、泰安、 青岛、石家庄等城市的再生水回用于景观水体相继开展起来。但总体而言，国内的再生 水回用于景观水体工程从规模、技术和处理效果等方面与美国、日本等发达国家相比尚 有较大的差距。1 9 3 2 年美国在加利福尼亚州的旧金山建立了世界上第一个将处理厂出水 再利用为公园湖泊观赏用水，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【2 1 ，至此，开始了真正意义上的城市污水景观环境再用。此后 美国、日本、澳大利亚、以色列、阿拉伯等国家相继开展起城市污水景观环境再用工程， 这其中又以美国、日本的再用工程届多。下面将较为详细的介绍国内外城污水景观环境 再用的情况。 1 3 1 国外现状 国外市政景观环境再用通常主要可以分为非限制性娱乐用水、限制性娱乐用水、观 赏用水。非限制性娱乐用水即在再利用过程中，人与景观环境水有所接触，因此有必要 对这样的水进行高级再生处理，如泳池用水等；限制性娱乐用水即在再利用过程中，人 6 长安大学硕士学位论文 体与景观环境水不直接接触，这样的水通常只需二级处理即可，如钓鱼、划船等用水； 观赏用水一般指观赏性景观环境再用。通常对人体频繁接触的景观环境水需严格控制大 肠菌群浓度。国外城市污水处理后作为河道、湖泊观赏用水的研究，早在1 9 世纪3 0 年 代就已开始。 美国的市政景观环境再用以加利福尼亚、佛罗里达州、俄勒冈、德克萨斯、内华达、 亚利桑那等州的工程实践为多。p a d r ed a m 再生水厂位于加利福尼亚州圣地亚哥城，始 建于1 9 6 1 年，为当时美国将城市污水再用于限制性娱乐用水( 主要指钓鱼、划船、观 赏湖泊用水等) 的首例再生工程。再生水厂于1 9 9 7 年进行工艺改造。总再生量为l 万 m 3 d ，作为s a n t e el a k e s 地区公园内的7 个湖泊( 共约1 9 0 亩) 的蒸发补充水及整个区 域内约1 4 0 个回用点。用再生水补充湖水，为该区的野生动物繁殖提供了良好的环境； 改良的b a r d e n p h o 工艺有效降低了水中的氮磷营养物浓度，可以减缓湖区富营养化现象； 减少排放海洋的淡水量，保持圣地亚哥附近区域的海洋生态环境；为城市提供再生水， 节约了城市淡水资源；防止该地区进一步干旱化【3 1 。除p a d r ed a m 再生水厂外，规模较 大的还有d o n a l dc t i l l m a n 污水再生厂和德克萨斯州原水供水工程，节省了大量水资源， 极大提高了当地景观河流、湖泊的观赏性。 日本国土狭小，四面环海，人均年降水量仅为世界平均降水量的1 5 。是一个淡水 资源极为匮乏的国家。早在1 9 6 2 年日本开始了污水再利用，7 0 年代初见规模。日本的 再生利用对象主要为景观河道用水、工业用水、冲厕用水。其中景观环境再用部分约占 再生总量的1 0 。9 0 年代初，日本在全国范围内对污水再生利用的可行性进行了深入 研究，在严重缺水地区大力推广污水再生利用技术。在1 9 9 1 年日本的“造水计划中 ， 明确将污水再生利用技术作为最主要的研究内容加以资助，并开发了很多污水深度处理 工艺，在新型脱氮除磷技术、膜分离技术、膜生物反应器技术等方面取得了很大进展， 建立起以赖沪内海地区为首的一批污水再生厂。日本从1 9 8 5 年到1 9 9 6 年用再生水复活 了1 5 0 多条城市小溪，改变了市区河道污染严重的局面。日本大部分地区利用处理后的 再生水恢复受污染的水体，修复和保护水资源，东京将部分城市污水处理后再输送至河 流上游，作为城市河道景观用水。大阪市目前运转的十几个污水处理厂中有5 个主要用 于改善污水厂附近居民休闲场所的水环境。其中中滨污水处理厂的深度处理出水用于大 阪市护城河的补充用水，并为水鸟繁殖提供了适宜的场所，平野污水处理厂向没有固定 水源的市内河流今川、驹川、细江川提供经过深度处理的补充用水。 澳大利亚的a d e l a i d e 市将污水和屋顶雨水收集起来经过处理再利用于湖泊补给水、 7 第一章绪论 水景、景观灌溉、卫生间冲洗，以缓解该市m a w s o n 湖区居民、大学及工业用水紧张的 局面。冬季多余的再生水和雨水存储于地下含水层( 同时可起到修复作用) ，以在夏季 提供高峰灌溉期用水或作为景观水体蒸发的补充水。 在南非，再生水在协调需水和可供水之间的矛盾方面起着关键性的作用。1 9 5 6 年的 水法要求除再利用于有益的目的外，其余的处理水要返回到原河流，为满足此要求南非 鼓励引进高水平的处理工艺。现在再生水已成为许多河流基本流量的稳定组成部分【4 1 。 南非的h s r t b e e s p o o r t 水库，接纳了该区约5 0 的再生水，这些水将提供给p r e t o r i a 和 j i h h a n n e s b u r g ，既作为观赏性湖泊用水，又可作为饮用水水源。 1 3 2 国内现状 据2 0 0 2 年的统计数据，中国共有市级以上城市6 6 8 个，其中缺水城市4 0 0 多个， 严重缺水城市1 3 6 个，严重缺水城市涉及到1 8 个省、自治区及直辖市。因此开展城市 污水资源再利用在我国具有更重要的意义。 随着城市化进程的加快与可持续发展战略的实施，国内很多城市都对那些流过城 区、因污染严重已变得黑臭的河道、湖泊进行了整治工作，但往往在投入巨额资金实施 了污水截流、河道清淤、河底硬化、堤岸砌石等治理工程之后，原有河道、湖泊因城市 周边可利用的地表水资源匮乏变成了无水河。为改变此局面，部分城市在河道、湖泊中 设置多道橡皮坝截流或引流蓄水，甚至从深井汲水或放入原本就十分缺乏的自来水来维 持治理后的河道、湖泊，然而截流水体经过一段时间后水质会逐渐恶化，需重新蓄水， 这无疑是极大的浪费。近年来北京、天津、石家庄等城市在建设了大型城市污水处理厂 后，将污水处理厂的出水进一步处理后作为这些干涸景观河道、湖泊的补给水，节省了 新鲜水资源，使以前直接排出的处理后的城市污水得到再利用，取得了可观的经济和环 境效益，这些工程对我国再生水用于景观环境起到了积极的推动作用。 北京是国内较早开展城市污水再生利用于景观环境的，也是全国再生量最大的城市 之一。目前几个主要污水处理厂即高碑店污水处理厂、酒仙桥污水处理厂、清河污水处 理厂、北小河污水处理厂、方庄污水处理厂等已经投入运行，总污水处理能力可达1 4 8 万m 3 d ，再生水的景观环境再用达到近3 0 万m 3 d 。北京市水再生管线于2 0 0 2 年初在北 京市中心和城东地区铺设完工，目前已完成高碑店污水处理厂至通惠河、水源六厂以及 水源六厂经右安门到西便门和东便门共2 0 公里的3 条主干线的建设，及大观园、陶然 亭、龙潭湖、天坛共1 0 公里的4 条景观环境用水管线建设。高碑店污水处理厂的部分 8 长安大学硕士学位论文 出水( 约3 万m 3 d ) 沿着南护城河分配到龙潭湖公园、北京游乐园、天坛公园、陶然亭 公园、大观园和万寿公园，合计面积2 6 7 万平方米的观赏湖泊和休闲水域【5 】。 天津市是一个严重的资源型缺水的城市，人均淡水占有量处于国内最低水平，引滦 入津工程虽然在一定程度上缓解了水资源的紧缺，但仍无法改变水资源持续匮乏的实际 问题。将污水再生处理后变为第二水源，是解决水资源短缺的有效途径之一。从“七五 开始天津市就已组织有关科研院所对污水资源化进行研究，2 0 0 0 年市政府决定以纪庄子 污水处理厂出水作为再生水源建设纪庄子污水资源化工程，该工程也被列为全国5 个污 水再利用重点示范工程之一，2 0 0 2 年底该再生工程正式运行，再生水主要用于补充生态 小区的景观水体、公建与住宅的冲厕、家庭杂用水、喷洒道路、园林绿化、工业区冶金、 化工、造纸、电子等6 0 余家工厂业的冷却水和工艺用水。为保证再生水厂设计出水水 质，根据中试结果确定采用居住区与工业区分质供水方案，工程总供水能力为5 万m 3 d ， 其中供生态小区2 万m 3 d ，采用c m f + 臭氧工艺；供工业区3 万m 3 d ，采用混凝沉淀过 滤消毒工艺流程【6 1 。目前补充生态小区的景观水体工程已经运行，确为周围居民创造了 良好的生活环境，受到居民和专家一致的认可。同时纪庄子污水处理厂二级处理出水将 部分再利用于市内的卫津河，以补充该水体的蒸发损失。 青岛市海泊河污水处理厂建于1 9 9 3 年，是全国五大重点水再生示范工程之一，二 级处理工艺为a b 法即两段活性污泥法，目前日处理污水8 万立方米。该再生工程以二 级处理后的出水为原水水源，于1 9 9 9 年2 月试运行r 丌。再生工程处理规模为4 万m 3 d ， 再生水主要用于景观环境用水、工业冷却、电厂冲灰和生活杂用。青岛市海泊河污水处 理厂水再生工程建成后，每年可为城市提供1 4 6 0 万r n 3 再生水，为青岛市污水资源化开 辟了新的道路，目前再生水大部分再利用于市区内海泊河流域，为海泊河、李村河的综 合整治创造了良好的条件，取得了较大的环境效益。 石家庄市也是较早开展的将景观环境再用的城市之一。石家庄市在1 9 9 3 年9 月建 成了处理规模为1 6 万m 3 d 的桥西污水处理厂，桥西污水处理厂主要承接市区京广铁路 以西、石津灌区以南建城区的污水综合处理任务，汇水面积为4 0 平方公里，规划为5 0 万人口当量的污水，处理工艺为普曝法，出水水质完全达到国家二级排放标准。桥西污 水处理厂前后进行过两次污水再生的尝试，第一次是在1 9 9 9 年，将处理后的再生水提 升到市区“民心河作为景观水体用水。二级处理出水在经过简单消毒后，加压输送到 民心河西线，使用之初产生了很好的社会效益。但使用后发现，由于水中的氮、磷没有 被有效去除，产生大量的藻类和微生物，严重影响水的色度，并且产生臭味。这样在使 9 第一章绪论 用一个月后，被迫停用，再生水又转作农业灌溉。第二次污水再生始于2 0 0 0 年，该厂 投资3 5 0 0 万元改造原有工艺，增加快速混凝沉淀池，强化了污水中的氮和磷去除效果， 二级处理出水经过混凝沉淀过滤消毒深度处理后，出水水质达到景观环境用水标准，目 前已通过6 公里长的管线重新注入民心河西线和沿线的公园，高峰用水量约1 0 万i n 3 d ， 该工程的实施起到节约水资源和美化城市环境的作用，同时可以明显减轻水环境的污染 程度，为彻底治理海河水系和保护渤海湾创造了有利条件【5 】。一 此外国内其他城市如山东泰安、淄博，江苏徐州及浙江慈溪等地均有不同规模的景 观环境再用( 见表1 4 ) 。再生水用于景观环境后，取得了很好的社会和环境效益，部分用 量大的城市如石家庄在改善城市小气候方面也取得了一定的效果，节约了大量的自来水 和地下水资源( 部分城市用地下水补充景观水体) ，一些城市还在景观河道两侧设再生 水泵站，抽取河水用作绿化灌溉或者是城市杂用，因此这种再利用值得提倡。 一 表1 a 国内其他城市市政景观环境再用工程 ： 序号项目名称 再生规模( 1 0 k 3 ，d ) 所用工艺再生用途 l 泰安市污水处理厂 2 混凝沉淀过滤消毒景观河道工业 2 淄博市污水处理厂3混凝沉淀过滤消毒景观河道 3 浙江慈溪污水处理厂 2 生物陶粒过滤消毒景观河澎工业 4 徐州市污水处理厂 2 强化二级处理景观河道 但是总体来讲，国内将经二级处理后的城市污水再利用于景观环境的实例并不多 见，大量经二级处理后的污水直接排放，浪费了宝贵的水资源，对于已经开展景观环境 再用的，也存在各种各样的问题，如景观水体的富营养化现象严重，藻类疯长，水体发 绿甚至发臭；执行标准不一；使用工艺还很单一等现象。目前景观环境再用标准最严格 的磷排放要求为0 5 m g l ，而据文献介绍，当水体中磷的浓度低于0 0 2m g l 时，水体 的富营养化现象才可得到有效遏制。显然景观环境再用目前还无法执行如此严格的标 准，这其中主要是经济的因素。众多学者对此也展开专门的研究，提出了一些切实可行 的方法如在景观水体中使用曝气复氧、在水体中养殖吸收营养物的水生植物、二级出水 经加药气浮处理等，这些方法都取得了一定的成效【8 】。 1 4 课题研究的意义和内容 1 4 1 研究意义 随着城市化进程的加快与可持续发展战略的实施，西安市对辖区内的河道、湖泊进 1 0 长安大学硕上学位论文 行了整治和恢复工作，并新建了一些水体景观，如果使用清洁水，将会使西安市水资源 短缺问题更加严峻，再生水回用势在必行。 将污水处理厂的出水进一步处理后作为这些干涸景观河道、湖泊的补给水，可以增 加水资源可利用量，节省新鲜水资源，改变城市水资源短