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大连理工大学硕士学位论文 摘要 北方某热电厂长期以来一直购买城市自来水并利用混床工艺处理后作为该厂工业 用水，为解决用水资金压力以及发电成本上升等问题，决定启用中水回用项目。项目主 要内容是建一套规模为4 0 0 t h 的污水回用装置，将附近污水处理厂达标排放污水经生物 氧化塔纤维束和砂滤二级过滤r o 组合工艺深度处理后，脱盐水作为热电厂循环冷却水 补水及锅炉补给水的源水。 本研究以此工艺为分析与探讨的对象，通过长期监测该工艺关键单元出水的相关指 标来分析工艺运行的稳定性；通过有针对性的实验来分析工艺的运行特点以及需要改进 之处；针对工艺实现的过程中遇到的问题，提出具有可行性的建议。 运行分析结果表明，在r o 预处理中避免采用u f 的单膜法工艺进行污水深度处理是 可行的，高效组合式生物氧化塔具有良好的除污效果，对c o d 、b o d 5 和n 吖- n 去除率 分别达到了6 0 、7 8 、9 2 。通过纤维束过滤器和石英砂滤池的常规过滤，使有机物 和无机物得到了进一步去除，砂滤池出水c o d m n 平均为2 8 m g l ，浊度小于0 1 n t u ，s d i 在3 3 - 4 0 之间波动，低于r o 系统进水限值。r o 系统出水电导率平均为1 8 7 us c r i l ，其 它各项指标均满足热电厂的回用要求。 高效组合式生物氧化塔不仅可使原水中可被转化成细胞物质部分的有机物得到一 定的去除，同时可以改善水的混凝沉淀性能，减轻后续混凝、沉淀过程的运行负荷。整 个工艺的作用机理可以用筛分原理来解释。 在实验室试验分析以及在工艺运行过程中调查研究的基础上，提出以下建议：设置 氧化塔冲洗脱膜系统；改进沉淀池加药管线结构；提高纤维束过滤反洗强度；改造砂滤 池滤层结构；将次氯酸钠投药点提前。 整个工艺具有处理效果好、运行稳定、工程投资省、运行费用低等优点，具有较高 的推广应用价值。最后，以此工程为案例，讨论了再生水回用项目在促进城市污水处理 行业发展方面所具备的经济效益和环境效益。 关键词：热电厂；再生水回用；反渗透预处理；单膜法 市政废水回用于热电厂工艺探讨与实践 d i s c u s s i o na n dp r a c t i c eo nm u n i c i p a lw a s t e w a t e rr e u s ep r o c e s si n t h e r m a lp o w e rp l a n t a b s t r a c t t a k i n gt h es e c o n d a r ye f f i u e n tf r o maw w 什嬲s o u r c ew a t e r , t h ec o m b i n e dp r o c e s so f b i o l o g i c a lo x i d a t i o nt o w e r , s e c o n d a r yf i l t e rw i t hf i b e rb u n d l e sa n ds a n df i l t r a t i o na n dr e v e r s e o s m o s i s ( r o ) w a su s e dt oc o n s t r u c ta l la d v a n c e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n dr e u s ep r o j e c ti n at h e r m a lp o w e rp l a n ti i ld a l i a n w h i c hh a v eb e e nu s i n gt a pw a t e rt r e a t e db ym i x e db e d p r o c e s sa si n d u s t r yw a t e r 1 1 1 ea d v a n c e dt r e a t m e n te f f l u e n ti sm o s t l yu s e da sc i r c u l a t i n g c o o l i n gw a t e ra n db o i l e rm a k e u pw a t e rt or e l e a s et h ef u n dp r e s s u r eo fw a t e ra n dh i g h g e n e r a t i o nc o s t 珏es t a b i l i t yi n v e s t i g a t i o no ft h ep r o c e s sw a sc a r r i e do u tb yc h r o n i c a l l ym o n i t o r i n gt h e r e l a t i v ew a t e rq u a l i t yi n d e xo ft h ee f f i u e n to ft h ek e yu n i t s 1 1 1 ef u n c t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so f t h ep r o c e s sw e r ea l s oi n v e s t i g a t e da n ds o m es h o r t c o m i n g sa r ep o i n t e do u t s o l u t i o n sf o rt h e p r o b l e m sf o u n di i lt h eo p e r a t i o no ft h ep r o c e s sa n ds o m ei m p r o v e m e n ts u g g e s t i o n sf o rt h e p r o c e s s w e r ep r o v i d e d n l co p e r a t i o nr e s u l ti n d i c a t e st h a t u s i n gs i n g l em e m b r a n em e t h o dw i t h o u tu fi n p r e t r e a t m e n to fr o i sf e a s i b l ef o ra d v a n c e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h eb i o l o g i c a lo x i d a t i o n t o w e rh a ss i g n i f i c a n tr e m o v a le f f i c i e n c y n ec o d b o d 5 n h 4 十nr e m o v a lr a t eo ft h e e f f l u e n to ft h eb i o l o g i c a lo x i d a t i o nt o w e ri so v e r6 0 ，7 8 a n d9 2 1 1 1 eo r g a n i cp o l l u t a n t s a n di n o r g a n i cp o l l u t a n t sc a nb ef u r t h e rr e m o v e dt h r o u g hf i b e rb u n d l e sa n ds a n df i l t r a t i o n p r o c e s s t h ea v e r a g ec o d r 蜘o ft h ee f f l u e n to fs a n df i l t e ri s2 8 m g l , a n dt h et u r b i d i t yi s l o w e rt h a n0 1 n t ua n dt h es d if l u c t u a t e db e t w e e n3 3a n d4 0 m e e t i n gt h ei n d e x r e q u i r e m e n to fi n f l u e n to fr os y s t e m 1 1 1 ec o n d u c t i v i t yo fe f f i u e n to fr 0i s18 7l ls c m , a l lt h eo t h e ri n d e xo ft h ee f f l u e n tq u a l i t yc a nm e e tt h ei n d e xr e q u i r e m e n t so fr e u s ew a t e ro f t h et h e r m a lp o w e r p l a n t n e b i o l o g i c a lo x i d a t i o nt o w e rc a nn o to n l yr e d u c et h eb i o d e g r a d a b l eo r g a n i cp o l l u t a n t , b u ta l s oi m p r o v et h es e d i m e n t a t i o np e r f o r m a n c eo ft h er a ww a t e r ，w h i c hc a ne a s et h eb u r d e n o ft h ec o a g u l a t i o np r o c e s s 1 1 1 ef u n c t i o nm e c h a n i s mo ft h ew h o l e p r o c e s sc a nb ei n t e r p r e t e d b ys c r e m f i n gp r i n c i p l e b a s e do ne x p e r i m e n t a la n a l y s i si nl a b o r a t o r ya n di n v e s t i g a t i o ni nt h eo p e r a t i n gp r o c e s s ， t h ef o l l o w i n gi m p r o v e m e n ts u g g e s t i o n so ft h ep r o c e s sa r ep u tf o r w a r d ：i m p r o v et h es t r u c t u r e i i 大连理工大学硕士学位论文 o fm e d i c h n n gl i n eo fs e d i m e n t a t i o nt a n k ；m e r e a s et h eb a c k w a s hi n t e n s i t yo ff i b e rb u n d l e f i l t e r ；r e t r o f i tt h ef i l t e r i n gl a y e ro fs a n df i l t e r ；m o v et h ea d d i n gp o i n tf o rn a c i o f o r w a r d t h ec o m b i n e dp r o c e s sh a sa d v a n t a g e ss u c h 嬲g o o dt r e a t m e n te f f e c t ，s t a b l eo p e r a t i o n , s m a l li n v e s t m e n t ，l o wo p e r a t i o nc o s ta n ds oo na n di so fg o o dp o p u l a r i z a t i o na n da p p l i c a t i o n v a l u e f i n a l l y , t a k i n gt h ep r o j e c ta sa ne x a m p l e ，t h ep a p e rd i s c u s s e dt h ee c o n o m i ca n d e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t so b t a i n e db yr e c l a i m e dw a t e rr e u s ep r o j e c to np r o m o t i n gt h e d e v d o p m e n to f m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti n d u s t r y k e yw o r d s ：t h e r m a lp o w e rp l a n t ；r e c l a i m e dw a t e rr e u s e ：p r e t r e a t m e n to fr o ；s i n g l e m e m b r a n em e t h o d - i i i - 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：壹堕垄坚固! 丑童丝塑堕窒翌笪塞盛 作者签名：垄垃 日期：邋年上月旦日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：叠堕叁墨旦虽量垫里z 兰茎望型垒壅盟 作者签名： 盔丛红 日期：幽年j 三月二三日 导师签名：笋魂乓一 日期：型茳年卫月望日 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 1 1中国城市水环境现状 在各种因素作用和影响下，社会经济活动及日常生活过程中不可避免地要消 耗数量庞大的水资源，但是由于水资源不平衡的全球空间分布以及利用效率的低 水平，使得有限的水资源难于满足人们日益增长需要，造成水资源的巨大浪费和 破坏并产生消极的长远影响。 我国是一个严重缺水的国家，我国的水资源总量约为2 7 1 0 1 3 m 3 ，排在世 界的第六位，但人均水占有量仅为2 1 7 1 m 3 ，不足世界人均占有量的1 4 ，居世界 第1 0 9 位，被国际组织列为1 3 个贫水国家之一【l 捌。全国6 6 0 个城市中，有4 0 0 多座城市缺水，联合国规定人均水量1 7 0 0 m 3 为严重缺水线，人均1 0 0 0 m 3 为生存 起码标准。而我国目前有1 5 个省人均水量低于严重缺水线。其中天津、上海、 宁夏、北京、河北、河南、山东、山西、江苏、辽宁等十个省市区人均水量低于 生存起码标准【3 】，中国北方地区及沿海地区已经成为世界上缺水最严重的地区之 一，每年因缺水而影响的工农业产值达2 0 0 0 亿元以上【4 j ，严重影响了人民生活， 限制了工农业生产和城市的发展。沿海地区缺水严重的城市分区见表1 1 。 表1 1沿海地区缺水严重的城市分区统计表( 不含市辖县) 5 1 t a b1 1s t a t i s t i c a lt a b l eo fc o a s t a lc i t i e sl a c ko fw a t e r 市政废水回用于热电厂工艺探讨与实践 就中国城市而言，城市g d p 占全国经济总量百分比呈逐年上升趋势，与之 相对应的则是惊人的耗水量和废水排放量。进入2 l 世纪，随着国民经济的发展 和人口数量的增加，我国对水资源的需求与供给的矛盾进一步加剧，2 0 0 1 年， 全国废水排放总量4 2 8 亿t ，比上年增加3 2 。其中工业废水排放量2 0 1 亿t ， 占废水排放总量的4 6 8 ；生活污水排放量2 2 8 亿t ，占废水排放总量的5 3 2 。 根据水利部2 1 世纪的中国水供求分析，2 0 1 0 年全国总供水量为( 6 2 0 0 - 6 5 0 0 ) 1 0 9 m 3 ，而同期总需水量将达到7 3 0 0 x1 0 9 m 3 ，供需缺口达1 0 0 0 x1 0 9 m 3 ，这一 数字2 0 3 0 年将达到( 4 0 0 0 - - 4 5 0 0 ) x10 9 m 3 。到2 0 2 5 年如果按照每人每年10 0 0 m 3 的用水量来计算，那么中国大部分地区将是非常缺水的地区，而且这种态势短期 内很难得到遏制。可以说水资源已经成为2 1 世纪制约我国国民经济发展的重要 因素。 然而，遗憾的是，我国目前对水资源的使用效率非常低，1 9 9 5 年美国g d p 用水为6 9 3 m 3 万美元，而我国1 9 9 9 年g d p 用水为5 6 2 0 m 3 万美元f 6 】。加之工业 和生活污水的任意排放，导致水源质量下降，使得一些水资源相对丰富的地区形 成环境性缺水的局面。国家环保总局的监测表明【_ 7 1 ，在监测的1 3 8 个城市河段中 绝大部分受到不同程度的污染，七大水系的7 4 1 个重点监测断面中，2 9 1 满足 i m 类水质要求，3 0 o 的断面属于、v 类水质，4 0 9 的断面属于劣v 类水 质。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。水污染给全国的工业、农业和人体健康等带来严重的不利 影响，已经造成了巨大的经济损失【8 1 。每年2 7 x1 0 9 m 3 的工业污水只有不到3 0 经过处理，其中只有不到5 0 的处理过的工业污水能达到排放标准。目前，使用 效率低下、污染严重、重复利用率低已经成为造成我国水资源紧张的重要因素。 目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段。一方面，我国目前的污水处 理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。 另一方面，我国的污水处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设 施的负荷率低，国家环保总局2 0 0 5 年9 月对全国5 3 5 家污水处理厂的专项检查发 现，有1 0 0 余家污水处理厂长期开开停停甚至根本就不运行，污水处理厂生存状 况堪忧，这其中涉及技术、管理等方面的原因，更主要的是经费问题，污水处理 厂的运行经费来源主要是政府部门所给予的资金支持以及收取的排污费，多数污 水处理厂处理成本高于收取的污水处理费，亏损运营，因而污水处理设施长期处 于不良运行状态。此外，全国各地区的污水处理水平也很不平衡。 由以上可见，我国的水环境尤其是城市的水环境已经处于相当严峻的形势 了，如果继续发展下去就将会使城市生态系统发生根本性的变化，城市生存基础 大连理工大学硕士学位论文 将更加脆弱，城市的自我适应和自我调节能力同时也会降低，抵御各种自然灾害 和人为因素破坏的功能也会减弱。因此，在我国淡水资源严重短缺、又污染严重 的今天，采取措施节约用水、控制水资源污染以及加大水资源的重复利用率已经 势在必行。 1 2 城市污水的再生回用 1 2 1 城市污水回用的必要性 解决城市水资源紧张局面的办法就是开源节流，节流就是要用采取有效措施 节约用水，而开源就是要寻找能在某些方面替代供应紧张的饮用水功能的水源。 城市生活污水具有量大、集中、水质水量稳定，不受季节、洪枯水期等因素影响 的特点，是水量稳定、供给可靠的潜在水资源 9 】，若能将其经适当深度处理回用 于对水质要求不高的途径，不但能够减少城市优质饮用水资源的消耗，缓解供水 压力，减少城市污水排放的以及相应的排水工程投资与运行费用，而且还能减轻 对受纳水体的污染，改善生态环境。例如：西安浴池全部关闭，每天才能节水 5 0 0 0 t ，而一个热电厂如果使用再生水，每天就可节约5 0 0 0 t 水【l0 1 。有关文献指出 【l l 】，将城市污水处理到可以回用作杂用水的程度，其基建投资相当于从3 0 k m p j 引水；若处理到可回用作较高要求的工艺用水，其投资相当于从( 4 0 - 4 5 0 ) 虹引 水。由此可见，污水再生回用的经济效益和社会效益是十分明显的。 目前我国有4 0 0 多个城市缺水，正常年份缺水6 0 x1 0 9 m 3 ，2 0 3 0 年将达到 ( 4 0 0 0 - - 4 5 0 0 ) 1 0 9 m 3 ，而目前全国城市污水排放量约为4 1 4 0 1 0 9 m 3 a ，预计 至u 2 0 3 0 年达至t j 9 6 3 0x1 0 9 m 3 a ，预计2 0 3 0 年城市污水处理率将达到8 0 ，污水回用 率若能达到2 0 ，那么2 0 3 0 年一年的污水回用量将达至1 j 1 5 4 0 x1 0 9 m 3 a ，可解决全 国近一半的缺水量【1 2 】，因此，加快城市污水治理并使其形成可为人们所接受的再 用资源，既是当务之急，又是贯彻“可持续发展战略”创造良好生存空间的长远 之计【1 3 1 。城市污水再生回用是解决我国水资源紧张行之有效的途径之一，是实现 我国水资源可持续性发展的切入剧1 4 】。 1 2 2 城市污水治理回用对象 城市污水经不同程度的处理后可回用与农业灌溉、工业用水、市政绿化、生 活洗涤、娱乐场所、地下水回灌和补充地下水等。 ( 1 ) 污水回用于农业灌溉 市政废水同用于热电厂工艺探讨与实践 世界上许多国家和地区都将污水回用于农田灌溉。我国自2 0 世纪6 0 年代以 来，许多地方积极推行污灌，积累了正反两方面的丰富经验。2 0 世纪9 0 年代，北 京市年利用灌溉农田污水量可达2 亿m 3 。 污水回用往往将农田灌溉推为首选对象，其对象主要有两点： 农业灌溉需要的水量很大，污水回用于农业有广阔天地。全球淡水总量中 大约有7 0 - 8 0 用于农业，用于工业的不n 2 0 ，用于生活的不足6 。 污水灌溉对农业和污水处理都有好处。 ( 2 ) 污水回用于城市生活用水 城市生活用水虽然只占城市总用水量的2 0 左右，其中有1 3 以上是用于公共 建筑、绿化和浇洒，其余为居民生活用水。城市道路喷洒、园林绿地灌溉的用水 量随着人民生活质量的不断提高在逐年加大，如果不分场合使用淡水，就会造成 不必要的浪费。在人们生活中，不同用途的水对水质要求也不一样，饮用水要求 最高，而冲洗厕所相对要低的多，一般情况下，有其他水源可以利用时，人们都 不原意用再生的污水作为饮用水源。最慎重的做法是把回收的污水用于非饮用 水。回收污水用于游乐用水的适宜性，在很多地区已得到证实，如美国加利福尼 亚的阿尔平县的邱第安溪水库就是用污水厂排出的回收污水充满的。对于那些水 质要求不高，又不与人体直接接触的杂用水，则可用中水来代替。 ( 3 ) 污水回用于工业 每个城市，从用水量和排水量看，工业都占很大份额。一些城市的污水二级 处理厂的出水，经适当的深度净化处理后送至工厂用作冷却水、水利输送炉灰渣、 生产工艺用水和油田注水等。据统计，美国3 5 7 个城市污水回用总量中的4 0 5 是回用于工业的，伯利恒钢厂几十年来一直利用城市污水作为工业用水；俄罗斯 有3 6 个工厂利用处理后的城市污水，每天回用量达5 5 5 万m 3 ；日本东京三河岛污 水处理厂日处理要求1 3 8 万n 1 3 ，其中1 1 万m 3 的出水供应3 4 0 个工厂的工业用水， 名古屋市的污水经混凝、沉淀、过滤后供给1 2 个工厂再用【l 5 1 。 1 2 3 我国城市污水治理与回用的发展 ( 1 ) 2 0 世纪5 0 - 6 0 年代 建国初期，由于工农业生产刚起步，水污染程度很低，加之提倡利用污水灌 溉农田，特别是北方缺水地区将污灌作为经验进行推广，所以全国只有近1 0 座污 水处理厂( 其中包括1 9 2 1 年到1 9 2 6 年间外国人兴建的3 座污水处理厂) ，且处理 工艺低，处理规模也很小，致使污水处理技术和管理水平处于较落后状态。 ( 2 ) 2 0 世纪7 0 - - 8 0 年代末期 - 4 大连理工大学硕士学位论文 经济的不断复苏和人民生活水平的逐步提高，使水污染状况也发生了相应变 化，污染程度逐渐开始由低向高过渡。国外一些较发达国家由于水污染，使人民 身体健康受到严重威胁的沉痛教uw l 弓l 起了政府的高度重视。我国开始建立国家级 环保组织( 国务院环境保护办公室) ，有关大学也陆续设置环境工程系或环境工 程专业。 2 0 世纪7 0 年代末，我国第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处 理试验厂开始兴建，1 9 8 4 年竣工投产运行，处理规模2 6 1 0 4 m 3 d ，处理工艺为 一级处理0 1 m 3 s ，二级处理0 0 2 5 m 3 s t l 6 】。随后纪庄子污水处理厂的诞生填补了 我国大型污水处理厂建设的空白，也加速了全国污水处理厂的建设步伐。1 9 8 7 年，北京市出台了我国第一部关于中水应用的地方性法规北京市中水设施 建设管理试行办法【1 7 】。在该法规中明确规定：凡建筑面积超过2 x1 0 4 m 2 的旅 馆、饭店和公寓以及建筑面积3 x1 0 4 m 2 以上的机关科研单位和新建生活小区都要 建立中水设施。 ( 3 ) 2 0 世纪9 0 年代初现在 2 0 世纪8 0 年代中期以后，我国污水排放量开始成倍增长，污水处理设施的建 设也开始进入一个迅猛发展时期。1 9 9 2 初我国第一个污水回用于冷却水的示范工 程在大连市投产运行。该工程以污水处理厂二级出水为水源，增建深度处理设施 和输水管道，日处理量1 万t ，再生水主要作为工厂的冷却水。工程基建投资3 5 0 万元，比从碧流河引同等水量节省投资2 3 ，深度处理成本为o 1 5 元t ，比大连市 自来水成本低4 5 ，具有较好的经济效益、环境效益和社会效益。据有关资料统 计，到1 9 9 5 年，全国共建成城市污水处理厂1 6 9 座，年处理污水1 7 4 9 1 0 8 m 3 ， 处理率8 6 9 。1 9 9 6 , - - - 1 9 9 9 年竣工投入运行的城市污水处理项目有2 2 个，总投资 5 9 5 8 亿元，日处理规模3 7 1 7x1 0 4 m 3 。n 2 0 0 0 年底，全国已建设城市污水处理厂 4 2 7 座，其中二级处理厂2 8 2 座，二级处理率约为1 5 。2 0 0 0 年用于城市污水处理 工程建设的总投资约为1 5 0 亿元。2 0 0 1 - 2 0 0 7 年中国城市污水处理率增长情况见 图1 1 。 随着国家、地方政府和人民对水资源认识的深化和经济的发展，越来越多的 城市己将环境保护工程、水污染治理项目建设纳入拉动地方经济，并为创建生存、 投资环境的基础硬件的重头戏。随着二级污水处理厂投产和运行，科研技术的拓 展，二级处理后的出水或中水，已逐步成为城乡所接受的第二类水源【1 8 】，由于建 设大型城市污水处理厂的投资很大，而我国的建设资金有限，无法适应水污染治 理的需要。为此引进国外资金建设污水处理厂成为建设资金的重要组成部分，同 时也加快了我国城市污水处理厂的建设速度。一批大型的城市污水处理厂利用国 外贷款项目相继建成投产。如：我国2 0 世纪最大的污水处理厂高碑店污水厂，一 市政废水回用于热电厂工艺探讨与实践 期处理规模5 0 l o 3 d ，二期可达1 0 0 xl o 3 d ；天津东郊污水处理厂，处理 规模4 0x1 0 4 m 3 d ；成都三瓦窑污水处理厂处理规模为4 0 1 0 4m 3 d ：杭州四堡污 水处理厂处理规模为4 0 x1 0 4 m 3 d ；沈阳北部污水处理厂处理规模为4 0 x1 0 4 m 3 d ； 郑州王新庄污水处理厂处理规模4 0 x1 0 4 m 3 d 。这些大型污水处理厂的建设，标 志着污水处理技术在我国发展的成果，也标志着我国污水处理事业发展到一个崭 新的阶段，部分北方城市集中污水处理回用工程统计见表1 2 。 7 0 2 0 0 12 0 0 2 2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 年份 注：数据来源：中央情报网 图1 12 0 0 1 2 0 0 7 年中国城市污水处理率 f i g 1 1 t h es e w a g et r e a t i n gr a t eo f c h i n e s ec i t i e sd u r i n gt h ey e a ro f 2 0 0 1 - 2 0 0 7 为了对污水回用及其设施的建设做出进一步规定，使其有法可依，1 9 9 1 年， 建设部委托中国工程建设标准协会制定了建筑中水设计规范( c e c s 3 0 9 1 ) 。 1 9 9 6 年建设部颁发了城市中水设施管理暂行办法规定建筑面积超过2 1 0 4 m 2 的旅馆、饭店、公寓，超过3 1 0 4 m 2 的机关、科研、大专院校、大型文化体育设 施必须修建中水设施。1 9 9 9 年根据北京市政府的有关指示精神，北京市市政设计 院、北京市规划院和北京市城市节水办合作编制了高碑店污水处理厂再生污水 综合利用规划。高碑店污水处理厂处理水资源化再利用工程是北京市目前最大 的城市再生水回用项目，现已经建成投入运行。该工程总投资约3 4 亿元人民币， 修建再生水回用管道3 0 6 k m ，实现回用再生水3 0 x1 0 4 m 3 d ，其中2 0 x1 0 4 m a d 输 送到高碑店湖中，供第一热电厂冷却循环用水的补充水源；另1 0 1 0 4 m 3 d 经水 源六厂深度处理后用于市政杂用，主要作为工业用水、园林绿化灌溉、环卫洒水 一6 一 傩嘶嘴嗍 哦嘣嘶 6 5 4 3 2 1 永v斛剐文*蛉忙髯 大连理工大学硕士学位论文 降尘和公园水源补给等。城市污水经处理后用于住宅冲厕、城市绿化、喷洒道路 和河湖景观用水等，取得初步成效。 表1 2 我国北方部分城市集中污水处理回用工程【1 9 】 t a b 1 2s o m eu r b a nc e n t r a l i z e ds e w a g et r e a t m e n ta n dr e c y c l ee n g i n e e r i n gi nn o r t h e r nc h i n a 1 2 4 我国城市污水回用技术 ( 1 ) 物化方法 中水回用技术研究最多、应用最多的是物理化学技术，主要有混凝沉淀、过 滤、活性炭吸附、消毒、膜处理工艺等。该工艺是以优质杂排水为中水水源，处 理目的主要是去除原水中的悬浮物和少量有机物，降低水的浊度和色度。工艺的 市政废水回用于热电厂工艺探讨与实践 过程是将原水在调节池中混合均匀，并进行预曝气处理，通过混凝沉淀，将大分 子有机物、胶体截流去除。典型工艺流程如下： 原水- 格栅一调节池- 物化处理_ 消毒_ 中水 特点：占地少；系统可间歇运行，管理简单。但该工艺对来水的要求较高， 不适合多种水源混合后的处理，因此具有一定的局限性。 当利用污水处理厂二级生物处理出水作为中水水源时，为达到回用水的水质 标准，需进一步进行深度处理，包括去脱氮除磷、消毒、脱臭、除色及有毒物质 的处理。深度处理技术可采用过滤、活性炭吸附、膜法、臭氧氧化、离子交换等。 其典型工艺流程如下： 二级出水调节池化学处理叶过滤消毒- 中水 1 9 9 3 年j i a n p e n g 等人描述了我国山西省的废水回用系统【2 0 1 ，介绍了对经过生 化二级处理后的处理水用砂滤技术处理的方法。经过砂滤处理进一步降低了 c o d 、浊度和大肠杆菌，出水水质完全达到中水水质的标准，部分可作为饮用水。 邹利安和刘灿采用直接过滤技术处理深圳市滨河水质净化厂二级出水，用作生活 杂用水和生产冷却水【2 1 1 。研究中进行了模型试验和生产性试验。结果表明：滤料 以纤维球为佳，在聚合氯化铝投药量为8 - - 1 2 m g l ，滤速可达2 0 m h ，过滤周期 可达1 0 1 2 h 。经过五年多运行，处理效果稳定。研究结果表明了二级城市污水 厂出水经直接过滤处理后进行回用是可行的，经济效益明显。 活性炭吸附处理技术也是一种常用的中水回用技术。1 9 7 7 年活性炭就用于美 国洛杉矶的p o m o n a 水再生厂瞄】，并已正常运转2 0 多年。研究表明，活性炭成 功地起着双重作用一过滤和吸附，其中吸附以物理吸附为主，它主要去除s s 、浊 度、色度和有机物。如何有效提高活性炭的性能是活性炭吸附技术应用的关键。 因此，近年来人们注重了对活性炭性能方面的研究，提出了活性炭纤维，微波制 活性炭等各种方法，延长了活性炭的再生周期。 在国外，膜处理技术2 0 世纪6 0 , - - - 7 0 年代已经开始应用于污水回用处理，美 国、新加坡等地已经将城市污水通过膜处理后作为饮用水水源。我国近十几年才 开始膜处理技术用于城市污水回用的工程应用研究和开发。膜处理技术是采用隔 膜将水中的杂质和水分离的方法。城市污水回用处理中应用的典型工艺流程为： 城市污水二级处理厂出水一砂滤一膜处理( 超滤微滤、反渗透、离子交换等) 一 消毒一回用。此类工艺的特点是占地面积小，出水水质稳定且优于常规生化再生 处理工艺，操作简单，易实现自动化，但动力消耗大，处理成本高。天津开发区 污水集中回用项目新水源一厂2 0 0 1 年采用双膜工艺( 连续流微滤c m f 、反渗透 一8 一 大连理工大学硕士学位论文 r o ) 进行了城市污水再生回用处理中间试验，效果良好。新加坡务德区水回用 系统、悉尼奥运村均采用此工艺进行城市污水回用处理。清华大学等研究单位 2 0 0 1 在北京高碑店污水厂建立的5 0 0 m 3 d 回用水处理工业装置，采用超滤工艺， 出水作为洗车用水，建立了北京第一条中水自动洗车站。不仅节约大量新鲜水， 且洗车成本是同类洗车站的5 0 t 2 3 1 。由于膜成本较高，从而限制了其在中水回 用方面的应用。不过随着水资源的严重缺少，以及价廉质优的膜的大量生产，它 在中水回用方面的应用将会越来越多。 ( 2 ) 生物方法 传统活性污泥工艺 传统活性污泥法是目前应用最早的工艺【2 4 1 ，它去除有机物和悬浮物的效率很 高，对于城镇污水，可确保出水b o d 5 和s s 达到3 0 m l 以下，因此，在1 9 9 6 年前 在我国尚未要求去除氮磷，该工艺是城镇污水处理厂的主体工艺。随着城镇污 水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 的颁布实施，我国对城镇污水处 理厂的出水水质，尤其是对出水的氮、磷指标要求更加严格。传统的活性污泥工 艺已经不能满足国家标准对氮、磷的去除要求，必须加以改造，于是出现了活性 污泥法的改进型a o 法和a 2 o 法。a o 法有两种，一种是用于除磷的厌氧一好氧 工艺( a o ) ，一种是用于脱氮的缺氧一好氧工艺；a 2 o 法则是既脱氮又除磷的 工艺【2 5 ，2 6 1 。天津纪庄子3 0 万m 3 d 污水处理厂、北京高碑店1 0 0 万m 3 d 污水处理厂、 沈阳北部污水处理厂4 0 万m 3 d 污水中的2 0 万m 3 d 采用的均是活性污泥污水处理 技术。 o 工艺 a o ( 缺氧好氧) 法对于大型活性污泥法污水处理厂来说，处理效果较稳定， 且实现了脱氮或除磷的目标，能耗和运营费用也较低；其缺点是处理单元多，管 理较复杂，且不能同步脱氮和除磷。用于除磷的o 工艺的最主要特征是高负荷 运行、泥龄短、水力停留时间短；用于脱氮的a o 工艺的负荷很低，泥龄长、水 力停留时间长【2 7 1 。沈阳北部污水处理厂设计处理的4 0 万m 3 d 污水中的2 0 万m 3 d 采用的是a o 脱氮的污水处理技术。 a 2 0 7 - 艺 a 2 o ( 厌氧缺氧好氧) 工艺同时具有脱氮除磷的效果，其工艺原理是磷在 厌氧区被释放，在好氧区被吸收，达到除磷目的；污染物在好氧区被氧化降解， 去除c o d 和b o d 5 ，同时在硝化菌作用下，有机氮转化的氨氮继续转化为亚硝酸 氮和硝酸氮，含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮【2 引。该工艺 主要优点是对c o d 、b o d 5 、s s 等具有较高的去除率，对脱氮除磷也具有较高的 去除效果，具有运行费用低、占地少，出水水质好等特点；其缺点是运行管理要 一9 一 市政废水回用于热电厂工艺探讨与实践 求较高，投资较大，节能型2 9 1 。我国许多城市的污水处理厂，如广州大坦沙污水 处理厂、保定鲁岗污水处理厂采用了该工艺【3 0 3 1 1 。 接触氧化法 接触氧化法也叫浸没式生物膜法，是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的 生物膜法工艺，主要由池体、填料、布水装置和曝气系统4 部分组成。在曝气充 氧条件下，自养型的硝化细菌和异养微生物以好氧生物膜的形式附着于填料表面 上，钟虫、喇叭虫、寡毛类、枝角类和软体动物等原生动物和后生动物也栖息在 生物膜上，形成一个复杂的生物群落。污水与生物膜接触时，通过微生物的新陈 代谢活动和生物吸附、絮凝、氧化、硝化、合成和摄食等综合作用，使污水中氨 氮、铁、锰和有机物等逐渐被氧化和转化，达到净化水质的目的。 肖羽堂等口2 3 对生物接触氧化法净化的机理进行研究，结果表明填料生物膜膜 内主要细菌是高好氧贫营养性微生物，生物接触氧化净化水质是一个高度综合、 好氧的生物作用过程。由于曝气充分，使水体中溶解状态的气体或挥发性物质吹 散到大气中去，也对水质净化起到一定的作用。污染物去除过程的主要反应方程 式如下： 2 n i - h + + 3 0 2 2 n 0 2 + 4 h + + 2 h 2 0 + 能量( 亚硝化细菌作用下) 2 n 0 2 。+ 0 2 2 n 0 3 - + 能量( 硝酸盐细菌作用下) 4 c x h y o z + ( 4 x + ) ，- 2 z ) 0 2 2 x c 0 2 + 2 y h 2 0 + 能量 可见氨氮和有机物的氧化均是需氧过程，l g n h 4 + 完全氧化成n 0 3 - 需氧 4 1 7 5 9 ；同时硝化过程中释放出旷，使p h 下降，故源水中应有足够的碱度对反应 过程进行缓冲调节。 生物接触氧化法具有如下特点： 填料比表面积大，提供了巨大的生物栖息空间，使大量的生物得以附着生 长，生物膜比较稳定，延长生物停留时间，有利于一些生长较慢的微生物如硝化 细菌等自养菌的不断积累。 填料对气泡起到切割、阻挡和吸附的作用，使气泡的停留时间和气液接触 表面积增加，加快氧的转移速率，提高了传质效果和对氧的吸收能力，减少曝气 量。 曝气强度大，池内空气、水流扰动剧烈，生物膜不断更新保证其活性，代 谢物质的流动和更新速度快，浓度梯度大，加快了传质速度。 由于以上特点，生物接触氧化法具有处理水量大，处理时间短，容积负荷高， 对冲击负荷有较强的适应性，出水水质较稳定，污泥产率低，运行费用低，占地 面积小，运行灵活，操作管理方便等优点。 大连理工大学硕士学位论文 曝气生物滤池 曝气生物滤池是当前发展较快的一种生物处理技术，具有占地面积小、出水 水质高、投资省、运行灵活方便、易于管理、抗冲击能力强等特点，在污水的有 机物去除、硝化去氨、反硝化脱氮、除磷以及微污染水源水的预处理过程中有着 较好的应用前景。 曝气生物滤池的基本原理是：在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着 生长的生物膜为主要处理介质，实现污染物在同一单元反应器内去除，省去了二 次沉淀设备。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化， 在去除有机物的同时达到脱氮的目的1 。 该工艺存在的主要问题包括：进水一般要求进行预处理，增加了工艺的复杂 性；进水悬浮物较多时，运行周期短，反冲洗频繁；产生的污泥稳定性差，进一 步处理比较困难；同步生物除磷效果不好，一般多采用化学法进行，增加了药剂 的使用量m 1 等等。在我国，目前曝气生物滤池正处于推广阶段，大连市马栏河污 水处理厂采用了该工艺。 ( 3 ) 新技术 高级组合氧化技术 由于城市污水处理工艺多采用传统活性污泥法，但经过生物处理后的的出水 水质仍达不到回用标准，只能直接排放，造成了水资源浪费。水处理高级氧化技 术是近年来新兴的水处理技术，是目前国内外水处理界研究的热点。在各种高级 氧化技术中，光催化氧化技术由于具有良好的应用前景，因此研究尤为活跃。在 各种氧化剂中，臭氧具有氧化能力和消毒能力强，氧化副产物较少等优点，不仅 在饮用水消毒上得到普遍使用，而且在和光催化氧化技术联用处理难降解有机废 水，如印染废水，苯胺，烃及其衍生物的废水也有着良好的效果。然而，利用光 催化氧化技术处理城市生活污水并实现污水回用的研究国内外报道很少。 周涛等人【3 5 】应用组合高级氧化技术对城市污水处理厂的初沉出水进行了处 理， 比较了u v 0 3 、u v t i 0 2 、u v 0 3 t i 0 2 等三种组合高级氧化技术。小试结果 基本达到回用于电厂的要求( 电厂回用水水质标准：c o d 为2 0 m g l ，n h 3 n 为 5 m g l ) 。此工艺已在武汉市水质净化厂进行了中试，结果显示，采用u w 0 3 t i 0 2 法处理城市污水根传统生物法相比具有以下优点：停留时间短，反应器容积小， 占地面积小，由于不产生污泥，可省去二沉池以及处理剩余污泥的费用； u v 0 3 t i 0 2 法对污水中的有机物和氨氮( 尤其是氨氮) 降解率比传统生物法要高， 且0 3 有消毒作用，在一定程度上提高了出水水质；