（环境工程专业论文）城市再生水回用工艺技术研究.pdf

ab s t r a c t g r o w i n g u r b a n i z a t io n a c c o m p a n y i n g g r o w i n g p o p u l a t i o n o f t i a n j i n i s i n c r e a s in g t h e d e m a n d f o r w a t e r s u p p l y i n c o m m u n i t i e s t h ro u g h o u t t h e w o r l d . wa t e r f o r m a n y c i t i e s a r e a lr e a d y p r o v i n g in a d e q u a t e . a d d i t i o n a l w a t e r 日 r 亡 i n h e r e n t l y m o r e c o s t l y a n d a r e o f t e n n o t a v a i l a b l e b e c a u s e o t h e r c o m m u n i t i e s a n d / o r l a n d . h a v e t h e w a t e r r i g h ts . a l t h o u g h c o n s e r v a t i o n , p a r t i c u la r l y t h ro u g h d e m a n d m a n a g e m e n t , m a y d e l a y t h e n e e d f o r a d d i t i o n a l s o u r c e s f o r a s h o r t p e r i o d , t h e n e e d is i n e v i t a b l e . o n e a p p ro a c h t h a t h a s b e e n f o u n d t o p r o v i d e s u b s t a n t i a l a d d i t i o n a l w a t e r f o r c o m m u n i t i e s i s t h e r e c l a m a t i o n o f w a s t e w a t e r s p r o d u c e d 勿 t h e com m u n i t i e s t h e m s e l v e s f o r u n r e s t r i c te d n o n p o t a b l e p u r p o s e s , s u c h a s f o r l a n d s c a p e a n d m a r k e t c r o p i r r i g a t i o n , i n d u s t r y , c o o li n g t o w e r s , 曲 c o n d i t i o n i n g , to i l e t fl u s h i n g , c o n s t r u c t i o n , v e h i c l e w a s h i n g , a n d e n v i r o n m e n t a l e n h a n c e m e n t . i n t h i s s t u d y t h e s e c o n d a ry e f fl u e n t s o f d o n g j i a o w a s t e w a t e r a r e i n v e s t i g a t e d a n d a c c o r d i n g t o t h e d i ff e r e n t s t a n d a r d s o f l a n d s c a p e a n d m a r k e t c r o p i r r i g a ti o n , i n d u s t ry , d i ff e r e n t p a r a m e t e r s w h i c h a r e i m p o r t a n t f o r t h e r e c l a i m e d w a te r tr e a t m e n t p r o c e s s w e r e i n v e s ti g a t e d . t h e p u r p o s e o f t h is s t u d y i s t o e x p l o r e th e t e c h n i q u e s a n d 山 . c o s t o f t h e t r e a t m e n t . t h e d i ff e r e n t tr e a t m e n t u n i t s s u c h a s c o a g u l a t i o n - fl o c c u l a t i o n , c o n t i n u o u s m i c r o - m e m b r a n e f il t r a t i o n , o z o n a t i o n tr e a t m e n t w e r e o p t i m iz e d k e y w o r d s : r e c l a i m e d w a t e r , c o a g u l a ti o n - fl o c c u l a t io n ; c o n ti n u o u s m i c r o - m e m b r a n e fi l t r a ti o n ; o z o n a t i o n tr e a t m e 川 n 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项 内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电 子版本;学校有权保存学位论 文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有 权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电 子版;在不以燕 利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名: 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 一 内部 5 年 ( 最长5 年， 可少于5 年) 秘密*1 0 年 ( 最长 0 年，可少于10年) 机密* 2 0 年 ( 最长2 0 年，可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中己 经注明引用的内 容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均已 在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名: 年月日 第一章 引 言 第一章 引言 第一节 再生水回用概况 1 . 1 . 1 我国再生水回用概况 我国是世界上1 3 个贫水国 之一， 人均水资源量仅为世界平均水平的1 / 4 . 而且时间空间分布不均，海河、淮河、辽河和黄河四个流域的人均水资源量仅 占全国平均值的1 / 5 ， 全国6 0 0 多个城市目 前大约有一半的城市缺水。 随着经济 发展和城市化进程的加快，城市缺水问题将会愈加突出。当前相当部分城市水 资源短缺， 城市缺水范围不断 扩大， 缺水程度日 趋严重。 截至到2 0 0 1 年统计， 全国6 6 9 个城市中， 4 0 0 个城市常年供水不足， 其中有1 1 0 个城市严重缺水，日 缺水量达 1 6 0 0 万m ， 年缺水量6 0 亿w 。由 于缺水， 每年影响 工业产值2 0 0 0 多亿元。天津、长春、大连、青岛、唐山和烟台等大中城市已 受到水资源短缺 的严重威胁。 2 0 0 0年北方地区出现百年不遇的大早，使许多水库河流出 现从来 没有过的断流和干枯，北方1 3 个省3 1 8 个县级以上城市被迫限时供水，缺水人 口 达2 0 0 0 多万。 2 0 0 1 年上半 年又是 干早 年，入夏以 来全国受早面积已 达2 0 6 0 万扩 ，5 月份北方8 省大型水库蓄水量比去年同期减少2 0 % 。 在 “ 国民经济和社 会发展第十个五年计划纲要，中， 将搞好污水处理回用明确写入纲要。纲要中 规定:重视水资源的可持续利用，坚持开展人工增雨、污水处理回用、海水淡 化、多渠道开源，建设一批骨干水源工程。 “ 十五”期间， 全国 将新增供水能力 4 0 0亿m 。加大水的管理体制改革力度，建立合理的水资源管理体制和水价形 成机制， 采取多 种方式缓解北方 地区 缺水矛盾。 我国城市污水年排放量已 经达到4 1 4 亿袱 ，目 前，已 建污水处理设施 4 0 0 余座， 城市污水处理率达到3 0 % ，二级处理率达到1 5 % 。根据“ 十五，计划纲要 要求， 2 0 0 5 年城市污水集中处理率 达到4 5 % 。 这就给污水回 用创造了 基本条件， 凡是污水处理厂都可将污水再次适当处理后回用。全国污水回用率如果平均达 到2 ( 按照南水北调的要求，到2 0 3 0 年将达到 3 0 % ) 。 到 “ 十五” 末期，年回 第一章 引言 用量可达4 0 亿矿 ， 是正常年份年缺水6 0 亿m 的6 7 9 1 ， 即通过污水回用， 可解决 全国城市缺水量的一多半，回用规模以 及回用潜力之大，足可以缓解一大批缺 水城市的供水紧张状况。 全国污水回用研究会第五届年会于2 0 0 1 年6 月在大连市召开，来自 全国各 地约 1 7 0名代表参加了 会议。贯彻了国家“ 十五， 计划纲要和全国节水会议中 关于启动污水回用的决定， 听取了国 家有关部门 对污水回用的实施计划， 交流 和推广了先进的污水回用的技术与管理经验。 会议按技术组、政策组、 规范组 分别展开了热烈讨论，并在此基础上对污水回用的国家标准 污水回用设计规 范 、 建筑中水设计规范形成了专家建议书。 全国污水回用研究会是中国土 木工程学会下属基层专业性学术组织，不但是学术论坛，也是专家和政府之间 的桥梁。第五届年会上专家经过讨论，认为应向上级学会和政府有关部门反映 意见，推动污水回用工作真正开展起来，并提出了如下建议: 由国家计委、经贸委、建设部等部委组成工作组，到缺水城市督促落 实污水回用计划，尽快上一批回用工程，国家在政策上、资金上给予支持。工 作组成员应包括污水回用专家和己经实施污水回用的业主代表，从技术上解决 各地存在的问题，并协助工作。 由国家拨出专项资金扶持污水回用。各地已 建了不少污水处理厂，但 污水回用设施与管网不配套，资 金缺口 很大。 污水回 用在经济上是有回报的， 低息贷款也是一个办法。 实践证明， 只靠示范引导、科普宣传见效不大， 还必须辅以 法律、法 规等强制性手段。 建议国家尽快出台“ 水回用法” ， 在立法和执法监督上保证污 水回用的实施。 在城市水务管理上，各地正在改革，但污水回用没有专门机构管理。 污水回用关系到市政、公用、 工业等多部门，协调难度很大，建议缺水城市应 有直属于市长的专门机构抓污水回用， 水务管理应实行市长负责制. 污水回 用的国 家标准、 规范 现建设部正组织编制， 建议尽早出台，并 应包含强制性条文。 国家经贸 委、 建设 部最近联合下发的节水城市考核目 标文件很有必要， 建议将其中污水回用考核分数大幅度提高，以引 起各地重视。 今后对“ 水资源” 的提法中 应包括再生 水( 中 水) ，其顺序应为地面水、 地下水、 再生水、南水、 跨流域调水、淡化海水。要学习国 外经验， 在污水未 第一章 引言 充分利用之前，禁止跨流域调水或进行海水淡化. 建议中央电 视台、 人民日 报 进行专题报导， 使污水回用做到家喻户 晓。让人们从观念上有个转变，从心理上接受污水回用， 天津为资源性缺水 城市， 年人均占 有水量为1 5 6 m 3 ， 仅为全国 人均占 有量的 1 / 1 6 ， 世界 人均占 有量的1 / 5 0 ， 远远低于世界公认的人均占 有量1 0 0 0 m 3 的缺水 替戒线， 属于重度缺水地区。 天津作为北方大城市， 虽经引滦入津、引黄济津 在一定程度上缓解了 用水危机， 但缺水问 题依然存在，因 此进行再生水回用的 研究及应用， 无疑具有积极而现实的意义。由于海河流域水体污径比 严重失衡， 致 使 处 于 下 游 的 天 津 水 污 染 严 重， 更 加 剧 了 缺 水 矛 盾。 未 来 一 段 时 期 内 ， 申 于 天津市人口的快速增加，人民生活水平的提高及工农业生产的发展，天津市的 缺水形势将加剧。面对水资源短缺的现状，能否解决天津市用水紧张状况，关 系到天津市经济能否长期稳定、持续发展。 第二节 本论文的研究内容 本研究项目 以卫国 道再生水生产点为工艺依托，主要着眼于工艺优化设计， 进行了一系列试验研究，并在实验结果基础上提出了切实可行的设计方案，同 时对存在的问题及可能的解决办法亦进行了具有针对性地( 主要是水中氨氮、磷 及c o d 去除方法) 实际探讨，为以 后进一步提高再生水出 水水质、降低生产成本 提供参考。 本研究主要的研究内 容为:以东郊污水处理厂二级出 水为水源，以卫国道 洗车站为实验基地，按园林绿化、河道景观、居住区等不同回用水质要求， 通 过混凝沉淀、砂滤、活性炭、微滤、臭氧消毒等处理单元的工艺组合，探索研 究最佳絮凝剂、最佳投药量、臭氧发生量、加氛量等工艺运行技术参数， 探索 再生水回用处理工艺运行操作具体方法和规律，进行成本分析、技术分析。以 探索最佳处理工艺，摸索运行管理、操作技术与方法。 第二章 国内 外再生水技术发展水平与 趋势 第二章国内外再生水技术发展水平与趋势 第一节 国外再生水技术应用和发展概况 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. 城市废水与回用就是将城镇居民生活及生产 中使用过的水经过处理后回用. 其回用又有两种不同程度的回用: 一种是将污、 废水处理到饮用水程度，而另一种则是将污、废水处理到非饮用水程度. 对于前 一种，因其投资较高、工艺复杂，非特缺水地区一般不常采用，多数国家则是 将污、废水处理到非饮用的程度，因其水质指标低于城市给水中饮用水水质标 准， 但又高于污水允许排入地面水体排放标准，故其水质居于生活饮用水水质 和允许排放污水水质标准之间，取名为“ 中水”。中水开发与回用技术近期得 到了迅猛发展，在美国、日 本、印度、英国等国家( 尤以日 本为突出) 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超于完善。 2 . 1 . 1 美国 美国1 9 8 0 年己有回用工程5 8 6 项， 年回用水量为9 3 7 亿r ，其中6 2 % 用于 农灌， 3 1 . 5 % 用于工业，叽用于地下回灌，1 . 溅用于娱乐、渔业等。污水的回用 在美国经久不衰，值得我们借鉴。 ( 1 )回用于电厂冷却系统。 美国电厂冷却水是仅次于农业的主要用水者，生化 处理后的城市污水是可靠的冷却 水水源。 在西南 地区的 几个主要发电 厂， 包括 核发电厂，普遍使用处理后的城市污水作为冷却水。在沙漠中兴建的赌城拉斯 维加斯， 有充足的电力供应，该市两个电 厂科拉拉电厂和森路士电厂的冷却水 使用拉斯维加斯市污水厂出 水. 污水厂 1 9 8 1 年投产， 规模2 4 万m / d . 二级处 理出水b o d 3 0 m g / l , s s 3 0 m g / l .深度处理b o d 7 m g / l , s s 7 m g / l ,浊度 1 n t u , no . 5 m g / l ，该水质满足电 厂冷却 水水质要求。 污水回 用解决了 沙漠城市的供水 问题。 ( 2 )回用于钥厂。位于马里兰州巴尔的摩海口的伯利衡钢厂使用背河污水厂 4 0 万m / d 回用水已 有4 0 年历史。 背河污水厂规模6 8 万m / d , 曝气池停留时间6 第二章 国内外再生水技术发展水平与趋势 h ， 滤池为移动罩滤池，滤后水浊度5 ntu以下。 ( 3 )美国2 1 世纪水厂。 位于加州橘县水管理区，命名为2 1 世纪水厂，其意为 处理技术具有2 1 世纪水平。 1 9 6 5 年开始研究将深度处理出水回灌地下， 以阻止 海水入侵，1 9 7 2年兴建有关工程，1 9 7 6年投入运行，再生工艺为: 化学澄清、 再碳酸 化、 活性炭吸附、 反渗 透、 加氛。 2 1 世纪水厂再生水通过2 3 座多 套管井 回注地下含水层。出 水t o c 2 m g / l , t n 1 0 m g / l , 浊度0 . 1 n t u 。出 水中 不得检出 大肠杆菌.回 注水总量为9 5 万m / d . ( 4 )城市绿地浇灌。 美国加州的农灌用回 用水量很大，占 回用水量的6 0 % 以上， 以此解除该地区干早威胁. 在城镇，大片绿地、树木、高尔夫球场、公园也是 靠回用水浇灌。 这部分水占1 6 % 。 在美国， 污水厂内、 市区街道旁、 居民庭院里， 随处 可见 一些管道上标有r e c l a i m e d w a t e r ( 回 用水、再生水、中 水) 字样， 居民 每天都要使用回用水浇灌住宅前后草地，污水厂经常进出 标有回用水字样的拉 水车。 污水的回用己被居民接受。 美国 环保局会同有关部门 于1 9 9 2 年提出 水回用建议书， 包括了水回用的各 个方面: 处理工艺、水质要求、监测项目 与频率、安全距离和条文说明。 它对那 些尚无法规可循的地方提供了重要的指导信息。美国地区已 有1 8 个州视回用情 况订立了一些法规，有完整指导方针或设计标准，有1 4 个州无任何规定。法规 ( r e g u l a t i o n ) 是政府机构强制执行的实施准则，而指导方针( g u i d e l i n e s ) 不是 强制性法律，但可作为制定回用计划时遵照的原则。 2 . 1 . 2日 本 日本是个陆地面积窄小的岛国，河流急湍入海，没有大江大湖可作跨流域 调水之用， 那么日 本靠什么支撑了6 0 年代的经济复兴时用水需求的急剧增长呢? 靠的就是污水回用，在各大城市创建并保留使用至今的“ 工业用水道” ，纵穿全 市， 形成和自 来水管道并存的又一条城市动脉。 回用水中4 1 % 用于工业用水， 3 2 % 用于环境用水， 8 % 用于农业灌溉。日 本是工业国，主要用于工业， 近几年增加 了环境用水， 它用于农灌的比 例远小于美国。东京江东区回 用量达1 3 万m / d , 城北区2 4 万d 1 d ， 在用途上工业用水占8 0 % ， 杂用水( 中 水) 占2 0 % ， 位于东京 新宿区的落合处理场 1 9 8 4年开始向 新宿区高 层建筑群供冲厕用水( 杂用水、中 水) ，日 供水量8 0 0 0 m ! 。 水质标准有5 项， p h 中性， 外观和嗅没有不快感， 大肠 第二 章 国内 外再生水技术发展水平与趋势 菌群数1 0 个/ m l 以下，在水中有余氮. 第二节 我国污水回用发展历程 我国的污水回用事业大致可以分为3 个阶段，1 9 8 5 前的“ 六五”期间是起 步阶段，1 9 8 6 年2 0 0 0 年的“ 七五， 、 “ 八五” 、 “ 九五， ， 这1 5 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，进 入全面启动阶段。 2 . 2 . 1 起步阶段 改革开放以来，我国进入以经济建设为中心的新时期，水资源紧缺已经对 国民经济发展产生了影响，引起了领导和专家的关注。建设部在 “ 六五”计划 中，最先列入了城市污水回用课题，分别在青岛 和大连做试验探索。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。这两项 成果表明，污水可以通过简易处理而回用， 是很有前途的水源，我国污水回用 完成了 起步阶段的工作。 2 . 2 . 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” 、 “ 八五气 “ 九五即重 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 大量实验室小试、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。 “ 七五”( 1 9 8 5年1 9 9 0年) 攻关 项目 名称是“ 水污染防治 及城市污水资 源化技术” 。下设7 个专题， 就污水回用工艺， 不同回 用对象的回用技术，回用 的技术经济政策等 进行了 系统研究。 “ 八五”( 1 9 9 0年1 9 9 5年 攻关项目 名称 为“ 污水净化与资 源化技术” ， 课题名称为“ 城市污水回 用技术” ，下设 5个专 题，分别以 大连、 太原、天津、泰安、燕山石化为依托工程，开展工程性试验。 “ 八五，提供的成果较“ 七五”提高到实用水平， 研究内容经过了生产性检验， 涵盖了污水回用的大部分领域。 “ 九五”( 1 9 9 5年2 0 0 0年) 攻关，所属项目 为 第二章 国内 外再生水技术发展水平与 趋势 “ 污水处理与水工业关键技术研究” ，专题名称为 “ 城市污水处理技术集成化与 决策支持系统建设” 。 “ 九五” 具体攻关有两部分内容: ( 1 ) 回用技术集成化研究。 通过将单项技术成果和示范工程经验筛选整理优化， 提供系统的完整的集成化技术， 除提交研究报告 外，提交的 成果还包含在水工 业手册 废水处理与回用一书中的废水回用篇章中。 回用篇章包括水质标准 体系、 不同回用对象的回用工艺流程、 深度处理单元技术( 包括混凝、 化学除磷、 沉淀、 澄清、 气浮、 过滤、 活性炭吸附、 污水脱氨、 反渗透及计算举例) 、 不同 工艺系列的技术体系( 包括生物脱氮除磷、颗粒填料生物接触氧化、a / o( 脱 氮) 、澄清过滤消毒、曝气生物滤池) 。 ( 2 ) 城市污水地下回灌深度处理技术研究。由清华大学与北京高碑店污水处理厂 承担课题研究，提交了中 试成果，并就此课题与德国柏林大学合作，在京召开 了一次学术讨论会。 “ 十五”( 2 0 0 1 年2 0 0 5 年) 攻关题目 和承担单位还未最后确定，据了 解原申报 的攻关重大专项为: 水资源安全保障，课题为污水资源化利用技术与示范，包括 4 部分内 容: 城市污水回用于工业冷却、市政景观、农田 灌溉、生活杂用的水质处理技术 与示范: 雨、 污水地下回灌水质技术与示范; 油田 废水及其它工业废水回用处理技术及示范; 水工业关键技术设备的开发与产业化。 2 . 2 . 3 全面启动污水回用阶段 2 0 0 0年的大早，给人们敲响了 苦钟，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。国 家经贸委和建设部联合发文， 对创建节水城市提出 量 化考核指标，其中污水处理回用是指定考核项目 之一。从有关部门了解到， 现 申请立项的污水处理厂大都包括了回用部分，作到了处理与回用同时立项、同 时投产，表明污水回用己正式进入全面启动阶段。 第二 章 国内外再生水 技术发展水 平与 趋势 2 . 2 . 4 我国典型城市水回用技术与应用发展概况 ( 1 ) 北京市 北京市政府为缓解北京市水资 源紧张状况，决定将高 碑店污水厂处理量的一半， 即每天近5 0 万扩污水拿出来回用，主要用于工业冷却、 景观河道、 城市绿化和 公园用水及城市环境喷洒道路用水等。成为国内最大的城市污水回用工程，该 工程施工已 完成，正 在进行工程验收和试运行工作。 华能北京热电厂使用高碑 店污水厂出水作冷却水， 用水量为2 万4 万d 1 d ， 己 成功使用1 年， 为电力行 业全面推广污水回用带了 好头。 ( 2 ) 大连市 大 连 市 建 成 的1 万m / d 回 用 示 范 工 程己 正 常 运 行1 0 年. 污 水 厂二 级出 水 经深 度 处理后的回用水，供附近几家工厂作工业冷却用水，以 及向全市的园林绿化、 建筑施工、 市政杂用、 办公楼冲 厕等供水。 运行以 来， 用户使用效果良 好。 大 连开发区铺设了6 4 1.草地喷水管道，创全国最大的以回用水自 动喷洒草地的先 例。 浇灌1 1 6 万扩 道路中 心绿化带，用水3 5 0 0 m / d 。 经 过回 用水喷灌的草地生 长期长、 色正草旺， 明 显好于以 地 下水喷浇的 草地。 今年开发区 还要建7 万m / d 的污水回用工程。 大连春柳河污水厂经过增容改 造后， 将向 甘井子工业区提供8 万m / d的回用水，目 前管道铺设和用户受水工程准备工作正在紧张进行。大连 马栏河污水 厂是由 世行贷款采用国 外先进技术建设的，规 模1 2 万d 1 d ， 处理后 一次性达到回用标准，己开始试运行，回用管道也己 部分建成。付家庄污水厂 是以 市场化模式运作建成的， 处理规模 l 万m / d ， 现已 建 成投产，出 水主要用 于滨海路中西段、森林动物园及付家庄区域的绿化浇灌。 ( 3 )长春市 长春市经过2 0 0 0 年的水荒，充分认识到缺水对城市意味着什么，从领导到群众 都赞同污水回用。目前在建的两座大型污水厂都充分考虑到回用。长春北郊污 水厂: 一级处理量为4 0 万d 1 d ，二级处理与回用处理量为1 0 万d 1 d 。 境外某公 司看 好了中国 污水回 用市场， 买断工程建造、 运营权， 预计 大约 5年即可收回 投资。长春西郊污水厂: 二级处理量1 5 万m / d ，一期回用量5 万d 1 d ， 二期回 用量1 0 万m / d ，回用水向 长春第一汽车厂、热电 厂等供水. ( 4 ) 沈阳市 北郊污水厂: 处理量4 0 万m / d ， 二级处理出水直接用于卫工明渠的景观用水。 正在编制2 0 万m / d 的地表渗沌回灌方案，以 及向 工业区 分质供水方案。 第二章 国内 外再生 水技术发展水平与趋势 ( 5 ) 青岛 市 青岛 市目 前己 建成海泊河污水厂、李村河污水处理厂、团岛污水处理厂、麦岛 污水处理厂4 座， 总处理规模3 6 万m / d 。 海泊河污水厂4 万m / d 的深度处理装 置已 建成。但缺输配水管道，如该工程管网配套设施建成，则可用于工业、建 筑、 景观、 绿化、 卫生等目 的， 解决周围5 耐范围内约2 0 个单位的 用水问 题， 还可形成海泊河水上公园。 ( 6 ) 秦皇岛市 秦皇岛 港煤场降 尘每天要用水 1 万m ，目 前正筹备用回用水代替自 来水。正 在 建设 中 的 北戴 河 东 北 污 水厂出 水 拟 进 入 护 城 河 和马 坊河， 使这 两 条 河 变 清. 在 市区大石现代广场用回用水进行浇灌和冲厕，建设生态型广场，工程正在施工 中。 ( 7 )深圳市 ， 深圳市政府规划， 到2 0 1 0 年深圳用水量将达到1 9 亿扩 ， 在这1 9 亿矿水中， 7 0 % - 8 0 % 的污水可变成回用水回用。 ( 8 ) 郑州市 郑州 市 污 水 厂 处 理 能 力 为4 0 万心d ， 计 划 将1 0 万m / d 深 度 处 理 后 ， 泵 送到 金 一 水河 上 游的 金海水 库， 解决 金水河、 熊耳河的 水源问 题， 还可满足两 岸绿化、 部分工业用水。 ( 9 )此外，山西、陕西、山东、内蒙、新获及沿海城市，都有污水回用计划。 几年内，一大批回用工程即可投入运行。 特别指出的是天津市: ( 1 ) 天津开发区建立新水源公司推进中水回用的实施。 天津开发区总公司与法国威望迪一美净( 中国 ) 有限公司合资新建 “ 开发区新水 源公司” ， 新水源公司产中水量为2 . 5 x 1 0 4 m / d ，同时铺设相应的 管网，使其 所产高 质量的中水作为工业、市政景观、园林、冲厕、洗车等用途。 天津开发 区建有i o x 1 0 4 m 0/ d 规模的污水处理厂一座，引 进法国“ 连续微过滤膜( c m f ) 设备， 将 经二 级处 理的出 水再 经0 . 2 p m的 微滤 膜过滤， 其滤后 水 质可 达到目 前 自 来水的水质要求。开发区现已 有一家印 染企业与新水源公司签约，决定全年 使用这种高质量中水作为工业用水。 ( 2 )天津中 水有限责任公司承建纪庄子污水回用工程。 第二章 国内 外再生水技术发 展水平与趋势 该工程由国家计委批复天津市于二00一年七月立项，是全国五个城市污水回 用试点项目 之一，是全国试点项目 中回用于居住区规模最大、工艺最先进的项 目，也是天津市建设节水型城市的重点科技节水项目 。该工程以纪庄子污水处 理厂二级出 水为水源，建设日 处理能力 5万吨的纪庄子再生水厂一座， 其中包 括日 处理能力 2万吨居住区 用水处理工艺，引进了 法国 威望迪一美净( 中国 ) 有 限公司“ 连续微过滤膜( c m f ) ” 设备作为核心处理设备，日 处理能力3 万吨工业 区用水处理工艺，铺设输配水管网5 2 公里，工程总投资1 . 1 亿元人民币， 服务 面积2 4 5 0公顷，服务人口1 5 . 8 万人，主要回用于居住区内公建和居民冲厕、 园林绿化、道路喷洒、景观水体补充和工业区循环冷却和生产工艺用水。 第三章 常用的污水深度处理技术 第三章 常用的污水深度处理技术 第一节 概述 在污水回用处理的技术路线上，关键性的转变是由单项技术的独立应用转 变为多种技术集成使用。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，迫切要求将现有的技术进 行综合、集成，以满足既定的水资源化目 标。水再生和回用系统应是既能够满 足回用水水质标准同时整体上经济有效的处理工艺组合。废水的最终回用要求 将各组合工艺相互有机排列以保证在可负担费用下的安全供水。在城市水回用 中意味着在有效的处理过程中将技术上最可行又最经济有效的“ 废水， 处理技 术和 “ 给水，处理技术组合起来。如果回用以饮用为目 的，处理系统中通常要 使用给水处理技术体系以保证其安全性。 废水再生处理系统要达到的处理程度 随特定用途和有关水质要求而变化。目前应用的大多数废水再生及回用技术实 质上来源于给水与废水处理。废水再生和回用最简单的处理系统包括固/ 液分离 工艺和消毒工艺，而更复杂的处理系统则是以去除污染物的物理、化学和生物 工艺组合而成的“ 多屏障( m u l t i p l e b a r r i e r ) 处理系统。 在评价废水再生技术时，首先要考虑的是每一个处理单元运行的可靠性， 以及整个处理系统提供满足用水标准的再生水的总体能力。因此，为了去除化 学污染物和去除微生物病原体或使其失活，在某些情况下，需要附加的处理工 艺。 设计废水再生及回用系统，首先要考虑每一个处理单元运行的可靠性，更 重要的 是要使处理系统在满足回用水水质的 前提下保证经济、 安全可靠的 供水， 因 此， 对各种处理工艺进行“ 优化组合气将技术上最可行又最经济有效的“ 废 水”处理技术和 “ 给水， 处理技术优化组合起来，就显得尤为重要。鉴于上述 情况，我公司充分利用卫国道中水处理站已 有条件，首先进行中水生产的工艺 优化设计研究，在完成此研究的基础上， 拟再 进一步对诸如中水脱氮除磷新工 艺、中水作为景观用水的可能性及存在的问 题与 可能的解决方法等进行更为深 入地研究。 城市污水深度处理的基本单元技术有:混凝 ( 化学除磷) ，沉淀 ( 澄清、 气 第三章 常用的污水深度处理技术 浮) 、 过滤、 消毒。 对水质要求更高时采用的深度处理单元技术有: 活性炭吸附、 反渗透、除氨、离子交换、 折点加氛、电 渗析、臭氧 氧化等， 对以上处理单元 可选用一种或将其中几种组合. 第二节 污水深度处理技术 3 . 2 . 1 混凝沉淀 棍凝沉淀是污水深度处理常用的一种技术。 混凝沉淀工艺 去除的 对象 是 污 水中 呈胶体 和微小 悬 浮 状态的 有 机和无机污 染 物。从表观而言，就是去除污水的色度和浊度。混凝沉淀还可以去除污水中的 某些溶解性物质，也能够有效地去除能够导致缓流水体富营养化的氮、磷等， 还能降低水中细菌和病毒含量。 混凝沉淀就是将适量的混凝剂投入污水中，经过充分混合、反应，使污水中微 小悬浮颗粒和胶体颗粒互相产生凝聚作用，成为颗粒较大且易于沉淀的絮凝体， 再 经 过 沉 淀 加以 去 除 进 而 也 去 除 了 由 这 些 颗 粒， 对 于 二 级 出 水主 要 是 生 物 处 理流失出的生物絮体碎片、游离细菌等). 城市污水深度处理中混凝处理的对象是二级出水，二级出水中所含物质与天然 水所含物质不同，天然水形成浊度的主要是泥沙等无机物，而二级出水中是胶 体和菌胶团微粒，因而污水深度处理的混凝不同于给水处理的混凝。污水处理 混凝的特点是:由于污水中生物微粒的存在，并且这种微粒与药剂以 及相互间 亲和力强，因而投加药剂后，混凝可在较短时间内完成。药剂混合通常用机械 搅拌装置， 停留时间为1 5 - 6 0 s . 絮凝时间为1 0 -1 5 m i n . 3 . 2 . 2 过建技术 在污水深度处理技术中， 过滤是最为普遍采用的一种技术。 过滤是一个包含多 种作用的复杂过程，它包括输送和附着两个阶段。 在层 流条件下，悬浮颗粒在惯性作用、沉淀作用、扩散作用、直接截留作用下输送 到滤料表面。此外还有一 种水动力的作用，即在低雷诺数的水流作用下，球形 粒子在均匀的剪力场内进行旋转运动，从而受一种侧向 力而跨过水流靠近滤料 表面。上述几种作用，有时同时作用在同一粒子上。一般粒子颗粒粒径越大， 第三章 常 用的污水深 度处理技 术 直接截留的 作用越明 显; 粒径大于1 0 价的 粒子， 则沉淀作用是主要的， 尤其是 密度大于水的 颗粒， 但对微小粒子: 扩散 作 用则是主要的. 过滤可进 一步去除二级处理后的生物絮体和 胶体物质， 显著降低出水的悬 浮物含量 和浊度， 为出 水的安全回 用提 供保证。 还能进一步降低出水的b o d , c o d 值，去除化学絮凝过程产生的铁盐、铝盐、石灰等沉积物及化学法除磷时水中 的不溶性磷。 在活 性炭吸附 和离子交换前， 过滤作为预处理设施，可提高后续 处理装置的安 全性和处理效 率。 在深度处 理厂， 过滤能克服生物和化学处理的 不规则性，从而提高回用的连续性和可靠性。过滤对重金属、细菌、病毒有很 高的 去除熟 可以 减少后续的 消毒费 用. 3 . 2 . 3 活性炭吸附 二级出 水经混 凝沉淀和 过滤处 理后， 再经活性炭吸附，除 去除溶解性有机 物外，还可去除水中残留的胶体粒子、微生物、余氛、痕量重金属、表面活性 剂等，并可用来脱 色、除臭。 活性炭吸附 是以 物理吸附 ( 范德 华力) 为主， 但 也有化学吸附的作用在内。 3 . 2 . 4 奥氛最化 水中 加臭氧的处 理方法称为臭 氧氧化。 水处理过程中，臭 氧一般作为最后 的 消毒，但也 可在消毒前 增设一次甚至 二次 臭氧 化的过程 ( 即 预氧化) ，以 产生 其他的水处 理效果 ( 如促进絮凝作用). 臭氧氧化和级化一 样，既 起消毒的作 用， 也起氧化作用。 臭氧是一种十分 有效的 氧化剂和消毒剂。在酸性条 件下， 臭氧主要是一种氧化剂， 而在中性和 碱性条件下，则主要 依靠自 由基反 应。臭 氧能迅速而广泛地分 解水中 大部分有 机物， 因而能有效地去除水中杂质所 造成 的色、 臭、味，但一般不能完全氧化 成二 氧化碳和水。其脱色效果比氛和活性 炭都好。臭氧氧化能降 低出 水浊度， 起到良 好絮凝作用， 提高过滤的滤 速或延长过滤周期， 臭氧加传统处理可除去 t h m 前体， 5 5 % 的u v 消 光值， 5 5 %的色 度。 用臭氧对城市二级出水 进行氧 化处理时， 废水中的有机物能 部分氧化，形 成的中 间产物有甲 醛、丙酮酸、丙酮醛和乙 酸等。化学氧化有预氧化、中间氧 化和最后消毒 三种方式。 通常预氧化去除 无机物 ( 如铁、 锰等) ，色 度、 浊度和 第三章 常用的污水深度处理技术 悬浮固体、异臭味;此外， 还部分地降低天然有机物和使微生物灭活;预氧化 处理还能强化混凝一絮凝一澄清过程。中间氧化的目的，是降解有毒害的微污 染物质， 去除三卤甲烷前提和增加可生 物降解性;为了 完全地去除有机物， 还 需依靠随后的砂滤活粒状活性炭 ( g a c ) 过滤。最后消毒应去除所有剩余的微生 物和使消毒副产物形成量最小。 3 . 2 . 5 膜分离技术 以 人造膜为隔断，并利用在膜两侧故意形成的在水和水中成分间或水中各 类成分之间的运输推动力差异，把有关成分分离出来的方法称为膜分离法 ( m e m b r a n e s e p a r a t i o n p r o c e s s e s ) . 膜 分 离技 术中 利 用的 推 动力 有:电 位差、 压力差、浓度差、 化学位差。 在水处理的膜法中只限于利用电位差和压力差为 推动力。利用电位差的膜法有电渗析和变极电渗析。利用压力差的膜法有反渗 透 ( r o ) 、纳滤( n f ) 、超滤( u f ) 和微滤n o。纳滤、微滤和超滤所组成的水处理 方法，除对去除水中微米级颗粒物具有优于常规过滤的能力外，还具有常规过 滤所无的去除纳米级微粒的能力。 膜分离是指借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动下对混 合物中溶质和溶剂进行分离、分级、 提纯和富集。与其他传统的分离方法相比， 膜分离具有过程简单、 经济性较好、 往往没有相变、 分离系数较大、节能、 高 效、 无二次污染、可在常温下连续操作、 可直接放大、 可专一配膜等优点。 膜 分离是一种在某种推动力作用下，利用特定膜的透过性能分离水中的离子、分 子和杂 质的 技 术。以 压力为 驱 动力 的 膜分 离 技 术 有反 渗 透( r e v e r s e o s i m o s i s , r o ) 、纳滤( n a n o f i l t r a t i o n , n f ) 、超滤 ( u l t r a f i l t r a t i o n , u f ) 和微孔过滤 伽 i c r o f i l t r a t i o n , m f ) 。膜分离性能按截留分子量( m o l e c u l a r w e i g h t c o m p o u n d s , m w c ) 大小进 行评 价. 截留 分 子量 是反映 膜孔 径 大 小的 替 代参数. 具 有较小的m w c s 可去除 水中 较 小 分子 量 的 物质。 r o 的m w c s 为1 0 0 - 2 0 0 d a l t o n s , 其截留 性能最好，能去除水中 绝大部分的离子 ，透过的几乎是 溶剂，即纯水。 但r o 运 行 压 力高 ， 一 般为1 . 5 m p a . 纳 滤 膜 的m w c s 为2 0 0 2 0 0 0 d a l t o n s ， 介 于反渗透和超滤之间。根据n f 的m w c s 推测可能有 1 纳米左右的微孔结构，故 称“ 纳滤”。 n f是一种荷电 膜， 其特点具有离子选择性， 一价离子可大量透过 膜， 但对多 价离 子， 如钙 镁等， 具 有 很高 的 截留 率 。n f 的 操 作压 力 在0 . 5 - 1 饰a . 第三 章 常用的污水深度处理技术 o f 孔径范围在0 . 0 0 1 - 0 . 1 p m . o f 和 p运行压力仅为7 0 - 2 0 0 k p a 。由于 o f 和 m f 可截留 水中 绝大部 分的 悬浮物， 胶体 和细菌， 其作用相当于以除浊杀菌为 目的的 传统自 来水处理工艺。因此，以 u f 和 m f 膜技术可替代传统处理工艺。 膜技术有许多优点: 1) 出水水质稳定可靠，不受原水水质变化的影响; 2) 占地面积小，只有传统水厂的十分之一: 3 ) 可实现自 动化。 o f 和m f 在净水处理中 最主要的作用是固 液分离， 如何将所要去除的杂质特 别是溶解性的有机物转化成固相是充分发挥膜分离作用的关键。原水中低分子 量的天然有机物不仅有三抓甲 烷等三致物的前体，而且往往是造成膜污染的主 要因素。因此，在净水处理中常将膜分离和混凝或粉末活性炭吸附等预处理工 艺组合。投加混凝剂和粉末活性炭( p a c ) 的主要目 的是去除水中的这部分天然有 机物， 将小颗粒悬浮胶体聚结成粗大矾花， 减小膜阻力，提高 透水能量， 这样 可以 大大延长膜工作周期， 减少反冲洗次数，降低水处理成本。 p a c 可有效吸附水中低分子量有机物， 使溶解性有机物转换为固相， 再利用 o f 和m f 膜截留 去除微粒的 特性， 可将低分子量的 有机物从中 去除。 而且p a c 吸 附还可以有效地防止膜污染。 通过电子显微镜观察发现 p a c膜会在膜表面形成 一层多孔状膜，一方面吸附水中有机物，另一方面可以避免有机物对膜的污染: 此外， p a c 膜 质地松软，易于被反 冲洗清除， 美国 学者p i r b a z a r i 将p a c 与m f 结合去除水中 微量有机污染物，结果表明p a c 的投加有助于改善m f 膜堵塞和浓 差极化现象的 状况， 溶解性有机物的去除率大于6 0 % ， 膜通量为1 0 -2 0 m / m 。 p a c 平均加量5 0 m g / l 。 另一研究者a