（环境工程专业论文）a2o中水回用技术研究及工程案例.pdf

摘要 随着社会经济的快速发展，水环境污染问题越来越严重，水资源匮乏已成为社会各界 关注的主要环境问题。因此，水的再生与回用也越来越受到人们的重视。 以四八零八工厂修造船工业污水作为水质处理对象，在实验室小试的基础上，研究典 型工业废水中水回用的可行性。该工厂污水包括生产所产生的电镀废水和酸洗废水，以及 厂区内生活污水。设计了三种污水处理工艺，即间歇式活性污泥法s b r 、膜生物反应器 m b r 和a 2 o 工艺，通过对三种工艺的原理、特征、适用对象的分析比较，最后确定污水 处理工艺采用a 2 o 工艺。并且，在实验室条件下进行模拟实验，研究采用a 2 o 工艺处理 该工厂污水所能达到的处理效果，得出以下结论：污水中的c o d 、n h 3 n 、p 0 4 3 。及s s 的去除率分别达9 2 7 2 、7 7 1 6 、8 5 8 7 和7 2 1 3 ，出水c o d 在3 5 m g l ，s s 在7 5 m g l ， n h 3 - n 在1 4 5 m g l 左右，出水p 0 4 3 均小于0 3 r a g l ：处理后污水经过滤、二氧化氯消 毒后水质达到了回用标准。 处理后出水主要的回用范围：冲厕、船舶加水、船舶试负荷、洗车、绿化、冬季采暖 补水和建筑施工用水。 通过对厂区废水中水回用的经济技术分析，总结中水回用过程中的优点和问题，希望 对将来的中水回用标准制定、工程设计、工艺选择等方面提供较好的参考价值。 关键词：工业废水，中水回用，a 2 o 工艺，技术与经济分析 a b s t r a c t w i t ht h eh i g hd e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y , t h ep o l l u t i o no fw a t e re n v i r o n m e n ti s b e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s t h ew a t e rs c a r c i t yh a sn o wb e c o m et h em a i ne n v i r o n m e n t a l p r o b l e mt h a tp e o p l ea r ep a y i n ga t t e n t i o nt o a tt h es a m et i m e ，p e o p l eb e g a nt ot h i n kh i g h l yo f t h ew a s t e w a t e rr e g e n e r a t i o na n dr e u s e t a k i n gt h ew a s t e w a t e ri nt h ec h i n e s ep e o p l e sl i b e r a t i o na r m y4 8 0 8f a c t o r ya st r e a t e d o b j e c t ，w eh a v es t u d i e dt h ef e a s i b i l i t yo ft h er e c y c l e dw a t e ro ff a c t o r yw a s t ew a t e r t h ef a c t o r y p r o d u c e sd o m e s t i cs e w a g ea n do t h e rk i n d so fw a s t e w a t e r , s u c ha st h ee l e c t r o p l a t ew a t e ra n dt h e a c i dc l e a n i n gw a t e r t h r e ew a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sw e r ed e s i g n e d ，i n c l u d i n gs e q u e n c e b a t c hr e a c t o r , m e m b r a n eb i o l o g i c a l r e a c t o r , a n a e r o b i c - a e r o b i c - o x y g e np r o c e s s a f t e r t h e c o m p a r i s o no ft h et h r e ep r o c e s s e s p r i n c i p l e s ，c h a r a c t e r i s t i c s ，a p p l i c a t i o nr a n g e s ，o p e r a t i o n m e c h a n i s m s ，t l l ea 讷p r o c e s sw a sd e t e r m i n e dt ob et h em a i np r o c e s so ft h ep r o g r a m a n dt h e n w ed i ds o m ee x p e r i m e n t st os t u d yi t st r e a t m e n te f f e c t sa n dm a d ec o n c l u s i o n sa sf o l l o w ： f i r s t ，t h er e m o v a lr a t eo fc o di s9 2 7 2 ，s s7 2 13 ，a m m o n i an i t r o g e n7 7 16 ， p h o s p h a t e8 5 8 7 ；t h ee f f l u e n tc o dc o n c e n t r a t i o ni s3 5m g l ，s s7 5m g n ，a m m o n i an i t r o g e n 1 4 5m 鲫，p h o s p h a t el o w e rt h a n0 3m g 1 s e c o n d ，t h ew a s t e w a t e rt h a th a sb e e nb i o l o g i c a l l yt r e a t e de a r lb er e u s e d ，a f t e rb e e nf i l t e r e d b yc e r a ma n dd i s i n f e c t e db yc h l o r i n ed i o x i d e t h et r e a t e dw a s t e w a t e rc a nb er e u s e dt ot h e s ea r e a ss u c ha s ：f l u s h i n gt o i l e t s ，w a t e r i n gs h i p s ， c l e a n i n gc a r s ，g r e e n i n g , a d d i n gw a t e rf o rt h ew i n t e rh e a t i n gs y s t e m sa n ds oo n a f t e rd o i n gt e c h n o l o g ya n de c o n o m ya n a l y s i so ft h er e u s eo ff a c t o r yw a s t ew a t e r , w es u m u p t h ea d v a n t a g ea n dt r o u b l eo fr e c y c l e dw a t e r w h a t sm o r e ，w eh o p ei t 伽lp r o v i d es o m e a v a i l a b l ei n f o r m a t i o nf o rt h ef u t u r ew a t e r - r e u s ee n g i n e e r i n gd e s i g na n dp r o c e s ss e l e c t i o n k e yw o r d s ：i n d u s t r i a lw a s t e w a t e r ；i n t e r m e d i a t ew a t e rr e u s e ；a 2 0p r o c e s s ；t e c h n o l o g ya n d e c o n o m ya n a l y s i s l 前言 l 刖舌 水是人类最宝贵的资源，随着人类社会的发展、工农业的用水量增加及城乡大量废水 排放，水资源问题已成为我国经济、社会进一步发展的主要障碍和制约因素。为了解决水 资源紧张的问题，水的再生与回用，将中水开发为第二水源已越来越受到人们的重视。 中国是一个水资源匮乏的国家，虽总量丰富( 多年平均水资源总量2 8 1 2 4 x 1 0 8 m 3 ，位 居世界第六) ，然而由于人口众多，人均占有水资源量仅2 1 6 3 m 3 ，居世界第l l o 位，约为世 界人均占有量的1 4 、美国的1 5 、俄罗斯的1 7 、加拿大的1 5 0 ，被列为世界1 3 个主要贫水 国之一。并且，在时空分布上极不均匀，致使许多地区，约4 0 0 个城市缺水，其中严重缺 水的城市有1 1 0 个，城市同均缺水1 0 0 万r n 3 ，每年减少财政收入2 0 多亿元。水域污染问题严 重，就更加剧了水资源的短缺【1 1 。 要解决水资源短缺与水环境污染问题，最根本措施就是改变过去“水资源一使用消费 一污水排放 的单向流动的线性经济，而转变成“水资源一使用消费一污水再生处理一水 再循环利用，形成经济一社会一环境复合生态系统中的往复循环利用f 羽。实现水资源的 可持续利用，满足人类社会生态系统的水量需求，保障人类与生态系统健康的水质安全。 为此，本论文拟针对工作单位和其他单位的生活污水中水回用系统的可行性分析、设 计、施工、运行管理、监测等方面进行技术分析与经济比较，结合本人所学专业及对水处 理方面的研究，总结出企业单位生活污水中水回用最优的处理和运行管理模式。 1 1中水的定义及其回用要求 1 1 1 中水的定义 中水1 3 5 】主要是指城市污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用 的非饮用的杂水。 1 1 2 中水回用的标准 建设部于2 0 0 2 年对杂用水水质标准作出了明确规定，具体内容详见表1 1 城市杂用 水水质标准【6 】： 中国海洋人学专业硕上学位论文 表1 - 1 城市杂用水水质标准 1 2本课题研究的目的、方法及主要内容 1 2 1 研究目的 我国淡水资源匮乏，而解决水资源短缺性质有效的方法就是实现中水回用，即水资源 的循环利用，污水经处理后，部分中水可以实现再次利用，这样一方面节省了使用淡水资 源所需要的费用，另一方面减少了对水资源的污染。 本文通过对中国解放军第4 8 0 8 工厂所建污水处理站的设计、工艺选择、运行管理、 技术路线等方面的研究，探讨典型工业污水中水回用的污水处理方法、工艺选择、中水回 用技术、可行性分析等，为以后的中水回用工程设计和运行管理提供较好的参考价值。 1 2 2 研究方法 本文首先通过查阅有关污水中水回用的参考文献，了解中水回用方面的技术路线，并 在工艺选择、处理技术、回用方法等方面有初步的认识；然后在实验的基础上探讨工艺的 运行条件、影响因素、处理效果等，为以后的工程实践提供较好的理论基础。总之，本文 采用实证分析与理论研究相结合、理论学习与实验研究相结合的研究方法。 在研究中国解放军第4 8 0 8 工厂污水处理站的中水回用工程时，按照下面思路进行研 2 l 前苦 究：了解中水处理的要求和标准；研究进水水质、水量；选择并确定污水处理工艺；确定 厂区出水阿用范围：选择能达到中水回用标准的技术方法和工艺，并进行优化；此外，还 分析了采取中水回用所产生的经济效益和社会效益等。 i 中水同川的指标和要求 上 i 国内外中水回川现状 上 i 厂区水质、水量分析 上 i a 2 o 污水处理上艺试验研究 上 i 某工厂中水同用工程设计、施工 上 中水回用工程技术经济比较分析 上 结论和建议 图1 1 技术路线图 1 2 3 研究的主要内容 ( 1 ) 针对所研究的工厂所产生的污水水量、水质特点，对比分析各种污水处理工艺 ( 比如m b r 工艺、a 2 o 工艺) 的原理、优缺点，最终确定选择以a 2 o 工艺为主的工艺 流程对厂区内污水进行处理。 ( 2 ) 设计小型实验装置进行实验室内实验研究，研究a 2 o 法污水处理工艺，在不同 实验条件( 水力停留时间h r t 、曝气时间、p h 值) 下，对c o d 、氨氮、s s 、磷等的去除 效率，为实际工程设计及运行参数提供参考。 ( 3 ) 结合4 8 0 8 工厂污水处理站的设计、工艺选择、技术优化、运行调控等方面的分 析研究，针对其运行情况、处理效果等，并通过技术经济比较来验证a 2 o 工艺运行的可 行性。 中国海洋火学专业硕士学位论文 2中水回用的现状研究 2 1 中水回用的可行性 随着经济社会的不断发展，工业企业的发展程度越来越高，而生产和生活过程中产 生的污水排放问题也越来越严重，并且其排放量也逐渐增大。因此，现有的厂区自建生活 污水站，污水经污水站处理达标后，排放至市政管网或作为杂用水回用是解决现有污水排 放和污水资源合理利用的有效手段【7 - 8 】。 2 1 1 中水回用的经济效益 中水回用工程的最主要的目标是实现污水的资源化利用，缓解水资源匮乏的危机。 在社会需水量迅猛增长以及人们广泛关注生态环境问题的社会背景下，水资源的合理利用 与社会经济和生态环境之问的关系越来越密切。这就要求我们在实施中水会用的时侯，建 立合理的综合效益评价体系。 经济效益分析： 污水经过污水站处理后，出水达到回用水水质标准，并通过管道或其它形式输送中 水，与开发其他水资源相比，在经济上有很大的优势： ( 1 ) 中水回用，可减少淡水资源或自来水的利用，与购买自来水所需费用相比，具 有良好的经济效益。据统计资料显示【9 】：近期建设污水处理厂使污水达到回用标准，其深 度处理设施及回用水输送管道投资平均约需1 7 0 0 元m 3 ，若按深度处理污水代替自来水， 每立方米水可节省约5 9 0 0 元，因此，利用中水替代自来水可取得一定的经济效益 ( 2 ) 中水回用，低于远距离引水所需的费用。据资料显示，将城市污水进行深度处 理到可以回用作杂用水的程度，基建投资相当于从3 0 k m 外引水；若处理到回用作高要求 的工艺用水，其投资相当于从4 0 - - 6 0 k i n 外引水。 ( 3 ) 中水回用比海水淡化经济。国际上，海水淡化的产水成本每吨大多1 1 美元 2 5 美元之间，中国海水淡化的成本为5 元左右，但也远远大于中水的回用价格。 中水回用的效益分为直接效益和综合效益。直接效益是指直接在绿化、洗车、冲厕 等方面使用中水而节省的自来水费用；综合效益不仅包括直接效益，还包括了因使用中水 而节省的城市供水系统的引水、调水、输水的投资，排水设旌的建设、运行和维护费用等， 因减少了对环境造成污染而给社会带来的经济效益。城市再生水循环利用设施的投资是全 社会乃至全球性的公共事业投资，不是单单仅考虑投资本身可取得的效益，而是要从全社 会的效益来考虑。 4 2 中水州用现状的分析研究 2 1 2 中水回用的环境效益 中水回用的环境效益表现在以下几个方面： 可在一定程度上减少对地下水开采量，减轻对地下水资源的污染，有效地减少因 地下水超采而引起的地表沉降等环境问题； 有利于减轻对天然地表水的开发，缓解天然河流缺水、断流的问题，进而减轻因 河流缺水而造成的其他环境问题； 污水经处理后可以回用于农业灌溉、绿化、冲洗地面等方面。 总之，中水回用既可缓解水资源的短缺，使自来水的消耗量减少，减少了排污水量， 降低了污水处理费用，创造了可观的环境效益，做到了环境效益与经济效益的统一；同时， 由于节约了水资源费，以及取水与远距离输送水的能源消耗费用与建设费用，以中水为原 水进一步深化处理的成本低于以天然水为原水的自来水厂。因此，在技术经济可行的情况 下，应当大力推广中水回用。中水的回收利用是我国解决水资源缺乏、保护水生生态系统 和减轻水污染的有效途径，是实现社会经济可持续发展、构建循环经济模式的重要举措。 2 2 国内外水资源中水回用现状 2 2 1 国内水资源中水回用现状 我国是一个水资源贫乏的国家，要解决水资源短缺的问题，污水的回用工作便日益受 到重视，目前，国内已有许多城市的污水处理厂建设了回用处理设施【1 0 1 。下面介绍了北京、 天津、长春、大连等几个比较有代表性的城市污水回用的发展状况【】。 ( 1 ) 北京市 北京的高碑店污水处理厂是我国最大的污水回用工程，回用污水规模为3 0 万m 3 i d ， 污水的回用对象主要是河湖补水、城市绿化、喷洒道路和热电厂冷却用水。 ( 2 ) 天津市 天津纪庄子污水处理厂厂内回用工程规模2 0 0 0 万m 3 d ，该厂首先采用a 2 o1 - + 艺进行 脱氮脱磷处理，再经过纤维球滤料过滤、消毒，然后回用。 天津东郊污水处理厂回用工程将二级出水过滤、消毒后回用，规模7 万m 3 d 。 ( 3 ) 长春市 长春市在建的两个污水厂都考虑了污水回用。北效污水厂回用规模1 0 万m 3 d 。西郊 污水厂计划一期回用5 万m 3 d ，二期回用1 0 万m 3 i d 。 ( 4 ) 大连市 大连市春柳河污水处理厂规模l 万m 3 d 的污水回用示范工程己运行十多年，效果良 5 中国海洋大学专业硕_ 上- 学位论文 好。新建的几个污水厂都有深度处理设施，大部分二级处理后的水回用。 2 2 2 国外水资源中水回用现状 国外有许多缺水国家也已经建立了污水回用工程，这些工程通常是将城市污水处理厂 二级出水进一步处理后回用于农田灌溉、工业用水、市政杂用、地下回灌、饮用等1 2 1 。 ( 1 ) 以色列 以色列位于地中海东岸，大部分为干早和半干旱地带，人口6 0 0 多万，水资源总量 1 9 6 9 亿r l l 3 ，人均水资源占有量3 0 0 m 3 左右。1 9 9 0 年，全国取水量己达1 8 1 9 亿m 3 ，由 于开采量过大，导致地下水水位下降和水质恶化。为了解决水资源与用水需求之间的矛盾， 采取污水回用措施。其处理过程为：城市污水的收集一传输到处理中心处理一季节性储存 输到用户使用及安全处置。在回用方式上，包括小型社区的就地回用，中等规模城镇和 大城市的区域级回用【1 3 1 。 ( 2 ) 美国 美国的城镇污水处理设施已经非常完善，城市二级污水处理厂已得到1 0 0 普及，城 镇污水回用己进入大规模生产应用阶段，尤其是在气候干旱的西部地区。 2 0 0 0 年，加利福尼亚州的污水回用量8 6 4 亿吨，占污水处理总量的1 0 ，占平水年 全州城镇年用水总量的7 左右。 佛罗里达州s t p e t e r s b u r g 城被认为是美国城市污水回用的先驱【“j 。该城建成了世界上 最大的城市污水回用系统：将二级污水处理厂改造成三级处理厂，建成回用水管网，将净 化后的再生水用于工业冷却、草地浇灌、建筑中水的消防，剩余的回用水通过深井注入地 下含盐水层。佛罗里达州的圣彼得堡，是美国唯一完全实现污水循环的大城市，它利用了 自己产生的全部污水，不向周围河湖排放任何污水。这个城市有两套配水系统，一套系统 输送新鲜淡水供饮用和家庭用水，另一套系统输送中水用于灌溉公园、绿地、草坪以及清 洗车辆等其它用水标准较低的地方。 美国污水回用最典型的城市是洛杉矶【1 s 1 ，当地水资源贫乏，历来依靠外调水以满足不 断增长的用水需求，由于昂贵的建设费用与环境压力，扩建新水源异常困难，污水回用成 为弥补水资源供需缺口的重要方法。 ( 3 ) 日本 日本早在1 9 6 2 年开始回用污水，7 0 年代初见规模。9 0 年代初，日本在全国范围内对 污水回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回用技术1 1 6 1 。在1 9 9 1 年日本的“造水计划一中，明确将污水回用技术作为最主要的研究内容加以资助，开发了 6 2 中水【口i 用现状的分析研究 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许多水再生工厂。日本的污水回用对象主要 有两个；一是河道景观用水，二是工业用水。 ( 4 ) 突尼斯 突尼斯是北非发展污水回用最积极的国家，在8 0 年代初期就制定了污水回用政策1 7 l 。 污水回用的主要对象是农业，为了提高污水回用率，突尼斯采用蓄水池或地下蓄水层对再 生水进行贮存。 2 2 3 国内外水资源中水回用发展方向 从国内外污水中水回用的现状来看，中水回用现在已经受到比较普遍的重视，许多缺 水国家或地区都已经建立了一批技术可靠、管理科学、运行稳定的中水回用工程。就当前 国内外的形势来看，污水中水回用的发展方向可以总结出以下几点1 1 8 垅】： ( 1 ) 制定一套合理、完善的回用水水质标准 可用于回用的中水中仍存在一些对人体健康和环境不确定的因素。由于对中水回用还 没有全面的科学依据，各国制定的回用水水质标准存在较大差异。因此进行深入研究，制 定合理、完善的回用水水质标准，将大大推动中水回用的发展进度。 ( 2 ) 发展高效价廉的中水回用处理技术 高效、经济的中水回用处理技术是促进污水回用进一步发展的保证。目前，最常用的 中水回用处理手段有： a ) 物化处理：过滤、絮凝、中和、沉淀和固液分离； b ) 生物处理：好氧生物处理、生物膜、氧化塘； c ) 深度处理：活性炭吸附、空气吹脱、离子交换、膜工艺、反渗透和消毒等。 为了保证中水回用安全性和可靠性，仍需重点研究的课题包括： a ) 再生水中微生物、化学污染物和有机污染物特性的评估： b ) 再生水中微量污染物的健康危险评估； c ) 微生物特性的检测技术的评估； d ) 污水中污染物质的去除率以消毒效率方面的研究： e ) 污水处理工艺的优化研究； f )中水回用深度处理技术的研究与应用研究，如膜工艺等； g ) 土壤一蓄水层处理系统的可持续利用特性的评估； h ) 回用污水的安全性、可持续性研究。 7 中国海洋大学专业硕上学位论文 ( 3 ) 确保生活污水、工业废水经达标处理后再排放 生活污水中含大量易生化的有机污染物质、氮磷等无机污染物质，如不经处理直接排 放必定会污染水环境，产生恶臭、引起水体富营养化，进一步加重水体污染。 工业废水性质根据生产部门的不同、工艺选择不同而存在很大差异，如含有酸碱、难 于生物降解的有机物、有毒有害的有机物或有毒有害的重金属等f 2 3 1 。如果工业废水未经达 标处理就直接排放到城市排水管道，输送到城市污水处理厂后，不但给城市污水处理厂的 运行带来困难，而且限制了城市污水的回用。如果工业废水没有得到有效的预处理，由于 存在潜在的食物链污染问题，城市污水回用于农业灌溉就受到限制【2 4 1 。所以必须严格控制 工业废水中各种有毒有害污染物的浓度，确保工业污水的达标排放，从而能够保证人类身 体健康不受威胁。 ( 4 ) 集中回用与分散回用相结合 集中回用是在城市污水处理厂内，建设深度处理设施，对二级出水进行深度处理后 回用f 2 5 l 。分散回用是在距离污水处理厂较远的居住区，建立独立的小型污水回用处理厂， 就地回用。与集中回用相比，分散回用可以节约输送管线费用，但增加了污水处理设施和 回用设施的投入，因此选择集中还是分散的回用方式，主要取决于两种回用方式的成本和 效益的比较【2 6 1 。 2 3 中水回用的方式 2 3 1 集中式 集中式的中水回用方式2 7 1 见图2 1 ，污水处理厂区周围可通过铺设管道进行分质供 7 k 。 污水 图2 - 1 集中式回用方式 8 2 中水叫用现状的分析研究 2 3 2 分散式 根据区域分布情况，可通过分区实现污水的回用，见图2 2 。可在污水处理厂附近或 需改建、改造的区域进行分区式供水。 困l ；区五习一区函习 污产唯运卜圃“囵 l 一区困一区困 图2 2 分散式回用方式 2 3 3 回用水的供水方式 回用水的供水方式是由建筑物高度、室外中水配水管网的可靠水压、室内管网所需 压力等因素决定的。一般可分为以下几种方式【2 8 】： ( 1 ) 简单的供水方式 当室外中水配水管网所具有的可靠水压大于室内系统所需水压时，可采用不设泵及 水箱的供水方式。这种方式的特点是设备少、维护简单、投资少。其水平干管可直接布置 在地下、地沟或地下室天花板下，也可布置在最高层的天花板下、吊顶内或技术层中。 ( 2 ) 单设屋顶水箱的供水方式 当室外中水配水管网的水压大部分时间可满足室内系统所需的水压，只是在某一用水 高峰时段不能保证室内供水时，可采用单设屋顶水箱的供水方式。当室外中水配水管网的 水压较大时，可供水给楼内用户和水箱；当水压下降时，高层的用户可由水箱供给。该方 式的水平干管一般为下行敷设。 ( 3 ) 设置水泵和屋顶水箱的供水方式 当室外管网水压低于室内所需压力时，需靠水泵抽水至屋顶水箱。 ( 4 ) 分区供水方式 对于多层建筑，为避免管中配水压力过高，可将建筑竖向划2 个或2 个以上供水区。 低区由室外配水管网直接供水，高区通过水泵及水箱供水。 2 4 中水回用过程中可能存在的问题及解决方案 9 中国海洋大学专业硕十学位论文 2 4 1 中水回用过程中可能存在的问题 中水回用蕴藏着巨大的经济效应和环境效益，但是它在的发展过程中仍然存在诸多问 题及争议，主要表现在： ( 1 ) 城市污水处理设施不足，特别是配套排水管网和回用管网的建设滞后。 8 0 年代以来，我国建设了一大批污水处理厂，在污水治理方面虽然有了一定进展， 但从污水厂的建设数量上讲，与国外发达国家污水处理设施比仍存在一定的差距。同时目 前城市排水管网普及率低，不能满足污水处理的需要。特别是许多城市排水管网建设滞后， 污水厂建成后很难发挥效益。有的城市污水厂建设规模远大于目前需要，造成了资金和资 源的浪费。 ( 2 ) 城市污水处理运营经费得不到保证。 过去城市排水运营经费由政府财政拨款解决。实际城市排水处理成本相对较高，一般 在1 元m 3 左右。由于运营经费的不足，有时不得己只能降低污水厂的处理负荷，因而从 根本上解决不了水体污染的状况。 ( 3 ) 城市水资源的管理不统一，出现“多龙治水”的现象，缺乏对水资源管理系统的 总体规划。 我国城市水资源的管理体系相对来说比较落后，城市供水和污水分属不同的管理部 门：城市工业废水的监测由环保部门执行，城市污水处理由城建部门管理，有的城市排水 管网和污水厂也分属不同的管理部门，给城市污水处理和回用带来一定的困难。 此外，城市中水回用事业的发展还需要国家强制性法规的支持和约束，从立法的角度 促进污水的资源化使用：除了在立法方面进行强制性推广外，还应从政策方面予以扶持。 如对自筹资金建设中水设施的企业或工厂，政府应优先提供一定的环保项目贷款，或给予 财政贴息；减免中水企业的增值税等等。 ( 4 ) 城市污水管网、回用水输送管网的铺设问题，也成为阻碍中水回用的困难之一。 城市污水经深度处理后可以作为工业冷却水、农田灌溉和河湖景观、绿化、冲厕等方 面，但由于当前使用再生水的用户比较分散，用水量也有限，因此，处理后的再生水输送 管道系统是当前需重点解决的问题。 ( 5 ) 公众心理 公众在心理上是否能接受污水回用是污水处理回用技术能否推广的一个很重要因素。 北京市政设计院曾作过一份污水回用的民意测验【2 9 j 。一共4 9 9 名被调查的人，包括了干部、 工人、教师、医生和护士等。调查结果显示：公众对污水回用于不予身体接触的用途时， 1 0 2 中水同用现状的分析研究 心理承受能力较强。 2 4 2 解决方案 中水循环利用在我国已经起步，可用于缓解城市严重缺水问题。因此，优化水资源配 置，应作为一个长远的城市基础建设事业来发展。 ( 1 ) 在中水处理工艺的选择方面，应尽量选用技术成熟、处理效果稳定、应用广泛 的污水处理工艺与设备 ( 2 ) 实行水资源管理体制的改革，实现上下水的一体化管理。 ( 3 ) 建立合理的中水价格体系。制定合理的中水价格，可以间接性的提高水资源的 利用效率，达到节约用水的目的。 ( 4 ) 建立和完善有关中水使用的政策和法规，完善中水市场机制、中水设计和施工 规范，使中水项目的建设、管理有法可依、有章可循。 ( 5 ) 在全国建立不同回用类型的示范工程，如：市政景观、小区中水等，通过示范 工程总结经验，推向全国，为城市污水处理厂创造较为可观的利润空间。 ( 6 ) 动用全社会的力量，加强教育宣传，提高人们对中水的认识。 总之，建设管理中水处理设施，经济、有效、安全的处理并使用中水，最大限度的节 水，在满足社会效益的同时，并产生最大的经济效益，将是城市未来发展必须面对的一个 课题，这将对改变城市水资源短缺的现状做出重要贡献。因此，城市污水再利用具有非常 广阔的发展前景。 2 5 中水的用途 在城市生活、生产用水中，约4 0 的水是与人们生活相接触的，对水质要求很严格。 而6 0 的水使用在工业用水、环卫用水、农业灌溉和绿化等方面，如将这部分用水用中水 替代，在水质标准上是完全符合要求的，同时节约了新鲜水源。 ( 1 ) 绿化用水 据园林、绿化部门提供的数据，绿化用水量一般为：o 0 0 2 m 3 d m 。实际上公园绿化用 水量按季节变化幅度很大，特别是夏季用水高峰期的用水量要远远高于平常用水量。而这 部分绿化用水水质标准要求低、水量大，可以考虑使用中水，使中水用于绿化是即经济合 理又可行的。 ( 2 ) 河湖补水 为了保持公园湖面水质良好且具有一定的防洪调蓄能力，各河湖水每年都要向公园按 期补充新鲜水。若用中水代替新鲜水源补给，在水质上完全可以满足标准，又可国家节约 中国海洋人学专业硕一i ：学位论文 大量的新鲜水源，而且用水不受季节影响。 ( 3 ) 冲洗厕所和道路清洗 中水的另一重要用途就是冲洗厕所和道路冲刷，可配备水车等设施，利用中水冲洗路 面，可以提高的道路景观水平，同时也可以节约大量清洁水源。 ( 4 ) 中水洗车 目前城市汽车数量不断增加，洗车站耗水量也随之不断增加，缺水城市都很难接受清 洁水源冲洗车辆。若使用中水洗车不仅在水质、水量上都能满足要求，价格也有优势。 ( 5 ) 工业冷却水 工业冷却用水用量非常大，且不受季节影响，中水回用工程应充分考虑工业冷却水的 循环使用。 2 6 中水管道系统 中水原水管道系统可根据原水性质的不同，如优质杂排水、杂排水、生活污水等的区 别，对原排水进行分系统设置，分为合流制和分流制两种系统。中水供水系统为杂用水系 统，可以分为水泵加压直接供水、水泵水箱( 高位) 供水、水泵气压罐供水和变频供水 等方式。【3 0 】 2 6 1 中水管道系统的设计原则 一般应考虑下述原则： ( 1 ) 中水水量平衡：即原水处理量和中水回用量应基本平衡。 ( 2 ) 中水处理设施综合比较：原水的回用率与处理流程有关。 中水处理设施应根据可使用资金的多少及当地水资源状况等进行综合之后再确定。一 般生活污水作为原水的系统适于城市集中设置中水处理系统的情况。此时原水系统为合流 制。优质杂排水、杂排水作为原水的系统适用于洗浴废水所占比重较大的公共浴室、洗衣 房、高档公寓、宾馆、饭店、写字楼等建筑物。 ( 3 ) 中水回用情况应尽量符合人们的生活习惯和心理承受能力，特别是以生活污水 作为原水时，应以城市集中处理为宜。 ( 4 ) 管路系统布置要求：中水原水系统应设分流、溢流设施和超越管，以便于中水 处理设备检修时使用。为了便于管道布置，在不影响其使用功能的前提下，宜尽量将排水 设备集中布置( 如同层相邻、上下层对应等) 。 2 6 2 中水管道的铺设原则 ( 1 ) 中水管网应尽可能铺设在用水集中的地区：与自来水供水系统比较，城市中水 1 2 2 中水同用现状的分析研究 管道系统具有其特殊的地方，中水管道的源水是分散在各地的，城市中水使用的范围比自 来水的使用狭窄的多，用户也相对来说比较集中。因此，再生水的供水管网无需覆盖整个 城市，而是在再生水用户集中的地方铺设。 ( 2 ) 中水管网铺设应以枝状管为主，环状管为辅，既要减少供水距离，又要便于远 景城市中水管道系统的供水。一般情况下，再生水管网系统应首先在局部开始实施，可以 是枝状的，也可以是环状的，待条件成熟后再逐渐扩展。 国内外很多城市大多采用以枝状管为主，环状网为辅。例如：美国洛杉矶污水回用回 用水系统是由4 个区域性的枝状管网系统组成；大连市污水回用示范工程，采用管径为 4 0 0 r a m 的钢筋混凝土压力管道，沿公路两旁铺设，然后后在各用户门前设接管点【3 1 1 。 2 6 3 中水输送管道的选择 根据污水回用设计规范有关规定：再生回用水应建立独立的输配水管道系统，而 且为了防止微生物腐蚀，管道一般采用非金属。当使用金属管道时，应做好防腐蚀处理。 同时，回用水一般都通过压力泵输送，输送压力在0 4 1 o m p a 之间。因此，除了要求管道 应具有一定的耐腐性能外，还要求管道具有较高的承压能力。目前工程上常用的输送管道 主要分为传统材料、塑料材料及复合材料三大类，各类管材的性能也不同。 ( 1 ) 技术性能比较 输水管道系统存在的主要问题是管道结垢、粘垢和腐蚀。铸铁管的耐腐性能相对于钢 管来说要好许多，但与塑料管相比，特别是在耐酸、碱性、耐磨性等方面要差。 ( 2 ) 经济性能比较 材料造价 在材料单价上塑料管优于铸铁管，而在塑料管方面u p v c 价格同比于其他塑料管价格 便宜。 安装造价 铸铁管的施工工序为：开挖，地基处理、基础支护，混凝土搅拌、基础浇注养护， 管道场内运输及吊装定位，接口养护、试水及回填。【3 2 】 塑料管的施工工序：开挖，地基处理、砂垫层敷设，管道安装，接口，试水及回填。 从上面两个工序比较来看，铸铁管的安装较塑料管的复杂，并且，铸铁管重量大，在 现场施工相对困难。因而，就安装造价方面，塑料管优于铸铁管。 可以看出：铸铁管和u p v c 塑料管在今后供水管网中的使用优势较为明显，也比较适 宜作为中水供给管道铺设。据报道，美国每年铺设的供水管道中4 7 7 未球墨铸铁管， 中国海洋人学专业硕上学位论文 u p v c 管占3 8 7 。 2 6 4 管道铺设的安全性原则 为了避免中水系统污染生活饮用水系统事故发生，要求中水管道与饮用水管道的铺设 保持一定的间距，一般规定：平行的中水管道与饮用水管道应保持3 m 的水平距离和0 3 m 的垂直距离。再生水管道铺设时，应尽可能置于饮用水管道的下方，以减少交叉连接的可 能，通常要求再生水管道的最小埋深0 9 m 。 根据我国给水行业给出的有关管道铺设方面的规定【3 3 1 ：给水管道、排水管道的净距 不得小于0 5 r a m 。根据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 ) 的规定， 城市杂用水管道、水箱外应涂天酞蓝色( p b 0 9 ) ，并于显著位置标注“杂用水”字样，以免误 饮、误用。 1 4 3 污水处理技术分析比较 3 污水处理技术分析比较 3 1 污水处理与中水回用技术 污水的处理技术包括物理、化学、生物三种处理技术，为了达到不同的水质排放要求， 污水的处理过程分为三级处理： 1 ) 一级处理：主要为废水生物处理作准备。大量的固体通过筛网或沉淀池除去；调 节混合池均衡流量和浓度，调节p h 值；油、油脂和悬浮固体通过浮选、沉淀或过滤除去。 2 ) 二级处理：对废水b o d 水平为5 0 1 0 0 0 m g l ( 甚至浓度更高) 的可溶性有机物进 行生物降解，使b o d 降至1 5m g l 以下。同时可达到脱氮除磷的目的。 3 ) 三级处理：采用化学或生物处理的方式，目的是为了进一步处理特殊类型的残留 物。例如混凝沉淀、过滤、活性炭吸附、化学氧化等。 根据中水水质的标准及其回用的途径、范围，污水处理中水回用技术也可分为：物理 化学方法和生物方法。 3 1 1 物理化学方法 物理化学方法，主要有混凝、过滤、沉淀、中和、氧化还原、离子交换、吸附以及膜 技术等。1 9 9 3 年便有研究者描述了我国山西省的废水回用系统，介绍了对经过生化二级 处理后的出水用砂滤技术处理的方法【3 4 1 。经过砂滤处理进一步降低了c o d 、浊度和大肠 杆菌，出水水质达到中水水质的标准，部分可作为饮用水。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，结果表明【3 5 l ：滤料以纤维球为 佳，在聚合氯化铝投药量为8 12 m g l 时，滤速可达2 0 m h ，过滤周期可达10 1 2 h 。经过 五年多运行，处理效果稳定。吸附法具有出水水质好、占地少、吸附速度快、稳定性好等 优点。一般情况下，可选用活性炭、吸附树脂、硅藻土及高岭土等材料作为吸附剂。活性 炭吸附处理技术是一种常用的中水回用技术。研究表明，活性炭成功地起着双重作用：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。 膜生物反应器的应用已越来越广泛，但是膜的成本问题，限制了其在中水回用方面的 应用。因此，发展生产高效低廉的膜组件已显得越来越重要。 3 1 2 生物方法 生物处理可分好氧生物处理和厌氧生物处理，其中好氧生物法广泛用于生活污水及性 中国海洋大学专业硕士学位论文 质与其相近的工业废水的处理过程，主要包括活性污泥法、生物接触氧化法、生物滤池等； 而厌氧生物法主要用于高浓度的有机废水的处理过程，包括u a s b 反应器、厌氧生物膜法 及复合式生物膜反应器。生物技术用于污水处理已有近9 0 年的历史，随着在工业生产上 的广泛应用和技术上的不断革新改进，出现了多种能够适应各种条件的工艺流程，生物技 术不仅可用于污水的二级处理，而且也可用于污水的深度处理。 两种中水处理方法的分析比较见表3 1 。 表3 - 1 中水处理技术比较表 2 0 世纪8 0 年代后期，我国也先后在上海、广州建成了生物脱氮除磷为主的城市污水 处理厂，其出水经过消毒后可部分达到市政杂用水水质的要求0 6 1 。例如：广州大坦沙污水 处理厂，其工艺为a 2 o 工艺，它有厌氧池、缺氧池、好氧池串联组成，有机污染物以及 1 6 3 污水处理技术分析比较 营养元素在三个生物池中得到降解和消除，再经过最后的消毒处理可达到中水水质的标 准。采用此工艺不但可部分回用，也彻底消除了水体富营养化的隐患，是目前城市污水处 理工艺中比较有效而又切实可行的工艺。 3 2 污水的处理工艺 3 2 1 污水s b r 处理工艺 3 2 1 1s b r 工艺简介 序批式活性污泥法s b r 法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 是：在1 9 1 4 年由英国的a r d e m 和 l o c k e r 首先采用的污水处理工掣3 7 1 。但由于当时的自动监控技术不成熟，间歇活性污泥 法一直无法推广、应用。近年来，随着工业和自动化控制技术的发展，特别是污水处理厂 自动化管理要求的提高，加之s b r 具有工艺简单、处理效果稳定、耐冲击负荷力强、出 水水质好、操作灵活、占地面积少等优点，而成为美、德、日、澳、加等在内的许多工业 发达国家竞相研究和开发的热门工艺。我国也于2 0 世纪8 0 年代中期开始对s b r 进行研 究，到目前为止该工艺的应用已较为广泛。 s b r 工艺的操作过程见下图【3 8 】。 照赃好氧城潞 图3 1s b r 工艺原理图 3 2 1 2s b rt 艺特点 与传统活性污泥法相比，s b r i 艺具有自己独特的优点1 3 9 1 ： 1 ) 该工艺的所有处理过程均在同一个反应器内进行，因此一般不需要设置二沉池和 污泥回流装置； 2 ) s b r 反应器内混合液呈现完全混合状态，但底物和微生物呈现推流式，即在空间 1 7 中国海洋人学专业硕- 上学位论文 上为完全混合式，而在时间上呈现推流式，根据活性污泥动力学理论及微生物生长动力学 理论，微生物增长速率与现有微生物浓度成正比，即d x d t = u x ，且有底物降解速率d s d t 与微生物群体浓度成正比。因此该工艺反应速率较快，处理效率较高； 3 ) s b r 法因缺氧状态和好氧状态并存，能够有效的控制丝状菌膨胀。并且该工艺污 泥龄短，小于丝状菌的生长周期，能有效的控制丝状菌的繁殖； 4 ) 该法具有较强的耐冲击负荷能力，且能较方便的控制污泥龄，除磷效果较好。可 造作性好，为实现脱氮除磷提供了有利的条件； 5 ) 该法工艺流程简单，构筑物少，占地省，造价低，设备投入费和运行管理费用低； 6 ) 该工艺可用于处理有毒工业废水，应用广泛。 s b r 工艺的优点也可大体从下表3 2 看出： 表3 - 2s b r 工艺优点 优点机理 沉淀性能好 有机物去除效率 提高难降解废水的处理效率 抑制丝状菌膨胀 可以除磷脱氮，不需要新增反应器 不需二沉池和污泥回流，工艺较简单 理想沉淀理论 高理想推流状态 生态环境和微生物多样性 选择性准则 生态环境多样性 结构本身特点 s b r 工艺的缺点主要有f 删： 1 ) 由于该工艺采用的不是连续进水，且需处理水量较大时，对于单- - s b r 反应器要 较大的容积。因此，一般需要设置调节池来解决连续进水问题； 2 ) 该工艺自控比较复杂，控制阀较多。对于多个s b r 反应池，其进水、排水、排泥、 进气、搅拌等的阀门切换比较频繁； 3 ) 该工艺设备的闲置率较高； 4 ) 虽然该工艺可控性非常好，但对自动化控制有一定的要求。 3 2 1 3s b r 工艺国内外研究现状 1 ) 国内研究应用现状 s b r 工艺是近几年来活性污泥处理系统中较为引人注目的一种废水处