（环境工程专业论文）城市中水回用技术分析与发展——以大路煤化工基在为实例研究.pdf

原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除本文已经注 明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得内蒙古太堂及其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：耋整苎蕴 指导教师签名： 日 期：型 垒垒鲤 日期： 在学期间研究成果使用承诺书 蜒固袄 弘n 牟xr 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古人学有权将学位论文的全部 内容或部分保留并向国家有关机构、部fj 送交学位论文的复印什和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取 得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就 读期间导师的同意。 学位论文作者签名：整墨蕴 日 指导教师签名： 日期： 哪ml川6哪78 8舢8 舯i一 y 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 城市中水回用技术分析与发展 一以大路煤化工基地为实例研究 摘要 随着社会经济的发展和人口的急剧增长，人类对水的需求不断增加，加之 人类用水的不科学和水体的严重污染，使可利用的水资源日趋锐减。目前，水 资源危机已成为我国在政策、经济和技术上所面临的重大资源环境问题。近年 来，煤化工产业迅猛发展，大多分布在我国煤炭资源丰富而水资源缺乏西北地 区，资源消耗尤其是水资源消耗量大，水成为限制煤化工产业发展的主要因素。 如何解决缺水问题? 应在加大节水力度、治理水污染的同时，积极开展污水资 源化的研究，提高污水回用率，从而有效的实现水资源的可持续利用。中水回 用即污水经污水处理厂深度处理后，作为工业给水，回用于工业、市政工程以 及绿化等方面，是污水资源化、有效地利用水资源的直接措施。 本文以煤化工基地中水回用的技术研究、实际应用、推广实践为重点，对 污水资源再生利用进行了初步的探讨，对遇到的问题进行分析并提出解决方案， 从推广应用的角度提出了在我国煤化工行业中水回用系统实施的策略。 关键词：水资源化，煤化工，中水回用，技术分析 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 t h et e c h n i c a la n a i y s i s d e v e l o po fm u n i c i p l ew a t e r r e c y c l ei nt h ec i 锣 一一t ot h er o a da sa ne x a m p l eo fc o a lc h e m i c a lb a s e a b s t r a c t a ss o c i a la 1 1 de c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dr a p i d p o p u l a t i o ng r o w t h ，h l l m a n d e m a i l df o rw a t e ri n c r e a s e s ，c o u p l e dw i t ht h es c i e n t i f i ca n dh u m a nc o n s u i n p t i o no f s 甜o u sw a t e rp o l l u t i o nt ot h es h a 巾d r o pi na v a i l a b l ew a t e rr e s o u r c e sr i q u a t p r e s e n t ， t h ew a t e rc r i s i sh a sb e c o m ei nt h ep o l i c y ，e c o n o m i ca n dt e c h n i c a lr e s o u r c e sa r ef a c i n g m a jo re n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s i nr e c e n ty e a r s ，t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o a l c h e m i c a li n d u s t r y ，m o s t l yi nc h i n a t sa b u n d a n tc o a lr e s o u r c e si nn o r t h w e s tc h i n a w a t e rs h o r t a g e ，w a t e rc o n s u m p t i o n ，r e s o u r c e c o n s u m p t i o n ，e s p e c i a l l yl a 略ec o a l c h e m i c a l i n d u s t r y w a t e rr e s t r i c t i o n sb e c o m eam 旬o rf a c t o ri nt h ed e v e l o p m e n t h o w t os o l v ew a t e rs h o r t a g ep r o b l e m s ? w r a t e rs h o u l db ei n c r e a s e de 肋r t st oc o n t r o l p o l l u t i o na tt h es 锄et i i n e ，a c t i v e l yc a r 哆o u tw a t e r r e s o u r c er e s e a r c ht oi m p r o v et h e w a s t e w a t e rr e u s er a t e ，s o 硒t oe a e c t i v e l ya c h i e v et h e 跚s t a i n a b l eu s eo fw a t e r r e s o u r c e s w ，a t e rr e u s ei st h ed e p t ho ft h es e w a g et r e a t m e n tp l a n tb ys e w a g et r e a t m e n t ， a sa ni n d u s t r i a lw a t e rs u p p l mw a t e rr e u s ef o ri n d u s t r i a l ，枷i u n i c i p a le n g i n e e r i n g ，a 1 1 d g r e e n ，e t c ，i st h ew a t e rr e s o u r c e ，e 伍c i e n tu s eo fd i r e c tm e a s u r e so fw a t e rr e s o u r c e s i nt h i sp a p e r c o a lc h e m i c a l i n d u s t 巧b a s ei nw a t e r r e c y c l i n gt e c l l o l o g yr e s e a r c h ， p r a c t i c a la p p l i c a t i o na n dd i s s e m i n a t i o no fp r a c t i c e ，f o c u s i n go nw a t e rr e s o u r c e s ， r e c y c l i n go fap r e l i m i n a 秽s t u d y ，a n a l y s i so fp r o b l e m se n c o u n t e 川a 1 1 dp r o p o s e d s o l u t i o n sp u tf o 刑a r d 自0 mt h ep o i mo fa p p l i c a t i o ni nc 1 1 i n a - sc o a lc h e m i c a li n d u s 仃m w a t | e rr e u s es y s t e mi m p l e m e n t a t i o ns t r a t e g y d e v e l o p m e n to fl a 玛e - s c a l er e c y c l i n go f 城市中水回用技术研究与发展一以大路煤化工基地为实例研究 w a s t e w a t i 玎r e s o u r c e st oi m p l e m e n tt h ep r o g r a m ，a n df 如mt h ec o n c 印to f i i m o v a t i o n ， d c v e l o p m e n tp l 砌n g ，姗n a g e m e n ts y s t e m ，o p e r a t i o nm e c h 锄i s m ，w a t e rs y s t e m ， p o l i c ys u p p o r t 锄do t h e r 弱p e c t so fm ec o u n t 翎m e 硒u r e s k e y w o r d s ：w a t e rr e s o u r c e ，c o a lc h e n l i c a l i i l ( 1 u s 时， i nw a t e rr e l l s e ， t e c h n o l o g ya n a l y s i s 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 目录 第1 章前言1 1 1 研究背景 1 2 大路煤化工基地水资源现状 1 3 大路煤化工基地中水回用必要性 第2 章中水处理技术分析及应用 2 1 中水处理方法及工艺分析6 2 1 1 物理化学处理法及工艺分析6 2 1 2 生物物化处理法及工艺分析7 2 1 3 反渗透技术及工艺分析8 2 2国外中水回用的应用及工程实例8 2 2 1 国外中水回用的应用与发展8 2 2 2 国外中水回用工程实例1 0 2 3 国内中水回用的应用及工程实例1 l 2 3 1 国内中水回用的应用与发展1 1 2 3 2 国内中水回用的工程实例13 2 4国内外中水回用于农业灌溉的应用与发展2 0 2 4 1 污染物在土壤中的迁移和转化2 1 2 4 2 污水灌溉的条件2 l 2 5 中水回用经验启示2 2 2 5 1 污水再生利用是解决节水治污两大问题的有效途径2 2 2 5 2 污水再生利用是降低城市用水量的重要举措2 2 2 5 3 污水再生利用是节省城市给水总投资的有力手段2 3 2 6 我国城市污水回用的主要制约因素2 3 2 6 1 思想认识问题2 3 2 6 2 水价体系2 3 2 6 3 政策法规2 4 2 6 4 中水市场化、产业化程度2 4 2 6 5 中水设施规划建设问题2 4 2 6 6 中水设施设计、运行管理程度2 5 第3 章大路煤化工基地中水回用实例研究2 6 3 1 大路煤化工基地中水回用的发展2 6 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 3 2 大路煤化工基地中水回用的实例分析2 6 3 2 1 大路煤化工基地综合污水处理厂基本情况2 6 3 2 2 大路煤化工基地综合污水处理厂污水处理工艺分析2 8 3 3 运行数据与讨论分析3 3 3 4 大路煤化工基地中水回用的存在问题及解决方案3 5 3 5 中水回用实施与推广方案3 9 3 5 1 制订合理的水价体系3 9 3 5 2 建立完善的政策法规体系4 0 3 5 3 培育中水回用市场4 0 3 5 4 制定适当的奖惩措施4 l 3 5 5 加强中水技术的研发和推广4 2 3 5 6 理顺城市水业管理体制4 3 第4 章结论与建议4 5 参考文献4 7 致谢4 8 以大路煤化工基地为实例研究 1 1 研究背景 第1 章前言 水资源是不可再生资源，更是人类赖以生存和生活不可缺少的自然资源，随着水资源危 机的加剧和水环境不断恶化，水资源短缺已成为世界关注的资源问题之一。 我国水资源总量为2 6 8 6 8 亿m 3 ，列居世界第六位，仅次于巴西、前苏联、加拿大、美国 和印度尼西亚，但我国人均占有量少，人均水资源量仅为2 2 0 0 m 3 ，是世界人均水资源量的l 4 ， 是全世界1 3 个贫水国家之一：并且地区分布不均，水资源南多北少，东多西少，与人口、耕 地、矿产资源等分布极不匹配。长江以南面积占全国国土总面积的3 6 5 ，而水资源量却占 全国的8 1 ；分布集中，年际分配不均。从我国水资源供需形势分析，随着人口的增长， 人均水资源量急剧下降，按照现有的水资源开发利用方式难以支撑经济社会的可持续发展。 内蒙古地区处于我国北方内陆干旱半干旱地区，常年干旱少雨，多年平均降水量3 7 2 7 舢， 多年平均蒸发量1 9 9 2 5 舢。降水多集中在6 “9 月，占全年降水量的6 0 一7 0 ，且年际、年内变 化较大，降水量少而集中，属于严重缺水地区。内蒙古大路煤化工基地位于鄂尔多斯市准格 尔旗境内，处于库布齐沙漠的东边缘地带，是内蒙古自治区人民政府关于加快煤炭产业结 构调整的指导意见中提出的重要煤化工基地之一。规划区总面积为8 7 k m 2 ，规划北面配套生 活区2 0k m 2 ，南煤化工基地3 5k m 2 ，东工业基地1 5k m 2 ，西工业基地1 7k m 2 ，已建成配套生 活区、南煤化工基地和东工业基地。准格尔旗大路煤化工基地充分利用鄂尔多斯市丰富的煤 炭资源，以基地促集群，以集群促产业，大力发展煤制油( 间接液化) 、煤气化一甲醇等多条 产业链，并实现下游化工产品的精细加工，发展循环经济，实现可持续发展。基地以循序渐 进、滚动开发的方式建设，引进国内外有实力的投资企业，建设高技术含量、高附加值的能 源产业、新型材料、专用化学品的大型生产基地，最终将形成年煤炭转化量达到2 7 0 0 万吨， 年产值5 0 0 亿元以上的世界一流煤化工及能源产业基地。随着经济快速发展，水资源严重缺 乏成为限制经济增长的重要因素。 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 1 2 大路煤化工基地水资源现状 大路煤化工基地规划区内有黄河干流和大沟、孔兑沟、大南沟及柳林沟四条黄河一级支 流。西侧为大沟，东侧为大南沟和柳林沟，南侧为孔兑沟。其中大沟控制总面积约5 2 7 8 姘， 全长3 5 4 k m ，干流段长度2 1 3 k m ，左岸和中下游沙丘( 流动、固定及半固定) 区面积约4 6 3 1 k m 2 ，降水时基本上不产生大的洪水，降雨入渗后形成地表基流和直接补给深层地下水。上游 大部分为黄土丘陵区总面积约6 4 7k m 2 ，是洪水的主要发源地；大南沟流域面积4 6 5k m 2 ， 主沟长约5 2 k m ，地表全部为固定沙丘和平沙地。近年来世行贷款项目和水保治理项目在该 流域实施力度加大，该流域范围植被覆盖率已达到9 0 以上，降雨基本上可全部入渗，基流 量较大；柳林沟总流域面积9 6k m 2 ，主沟长约3 2 k m ，发源于大路乡城壕村东部的波状沙丘 区，地面与沟底高差为5 0 6 0 m ，全流域范围内全部为固定沙丘和平沙地，植被覆盖率在9 0 以上；孔兑沟全长2 3 k m ，流域面积1 2 6k m 2 ，干流段长约1 6 k m ，降水时基本上不产生大的洪 水，降雨入渗后形成地表基流和直接补给深层地下水。右岸大部分为黄土丘陵区，总面积约 4 5k m 2 ，是洪水的主要发源地。黄河从规划区北部流过，所在河段地处头道拐水文站到喇嘛 湾( 拐上) 之间，是黄河上游的最术段，该段河宽5 0 0 8 0 0 m ，比降1 5 0 0 0 1 7 0 0 0 。据头 道拐水文站资料统计，多年平均过境水量1 5 0 亿m 3 年( 力家寨水利枢纽实测入库总量) ，多 年平均含沙量5 7 5 k g 一，多年平均年输沙量1 4 2 8 亿吨n 1 。该规划区内地下水比较丰富， 承压水赋存条件好，水质好，无污染。水源地位于大路新区西侧的苗家滩至小纳林沟一带， 水源地东西长约4 0 k m ，南北宽约1 k m ，属砂岩孔隙裂承压地下水，承压水头高出地面5 5 米。 大路煤化工基地规划区地表水多年平均年径流量3 1 3 4 万m 3 ，通过水权转换获得黄河用水指标 2 0 0 0 万t a 。内蒙古准格尔黄河水务公司已建成大南沟水库和黄河取水口一处，充分利用大 南沟流域地表水和黄河水，配套建设一座净水厂，供给大路煤化工基地工业用水，供水能力 为2 8 0 0 万m 3 年。内蒙古准格尔黄河水务公司已建成苗家滩水源地，目前已打1 3 眼水井，深 井供水量为1 5 0 0m 3 d ，供大路煤化工基地生活用水，经水利部论证，地下水合理开采量为 1 1 0 0 0m 3 d ，可满足大路煤化工基地生活用水需要。 大路煤化工基地已引进1 8 家大型企业，2 3 个重点项目，已建成投产项目4 个，在建项 目1 5 个。本着服务企业的精神，高起点、高标准规划建设大路煤化工基地，由政府投资建设 市政基础设施，在规划区内建成道路及配套供热管网、给水管网、污水管网、雨水管网、浓 盐水管网和中水管网，总投资3 0 亿元。内蒙古准格尔黄河水务公司投资建成一座大路综合污 2 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 水处理厂，污水处理一期规模为2 5 万m 3 d ；建成7 座蒸发塘，用于贮存和晾晒高盐水，总 容积为1 3 2 万m 3 ；建成3 座雨水监控池，用于生产厂区雨水收集和事故应急，总容积为1 2 万 m 3 。项目总投资5 亿元，资金来源于企业自筹和银行贷款。 大路煤化工基地规划控制区内现有人口数为1 3 万人，中期规划工业用水量1 0 万m 3 d ， 生活用水量1 5 0 0 m 3 d 。目前，大路煤化工基地工业用水日用水量3 5 万一，日产污水量2 7 万m 3 ，其中清净下水量1 3 0 0 0m 3 ，生产废水量1 2 8 0 0 m 3 ，生活污水量1 2 0 0 m 3 。清净下水主要是 企业脱盐水站外排浓盐水和过滤装置的反冲洗水、循环水塔排污水以及企业中水系统排污水， 经基地浓盐水管网进入蒸发塘；生产废水经过企业本厂污水处理站生物处理后，5 0 经过本厂 中水系统超滤反渗透处理后回用，5 0 9 6 外排至基地污水管网进入大路综合污水处理厂；企业生 活污水排至基地污水管网进入大路综合污水处理厂。大路煤化工基地污水处理率为1 0 0 。 污水在大路综合污水处理厂经过二级处理后，再经过中水系统处理后，排入大南沟水库，由 净水厂再回用。 大路新区区位图见图1 1 。 图1 1 大路煤化工基区位图 3 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 1 3 大路煤化工基地中水回用必要性 大路煤化工基地中期规划工业用水量1 0 万m 3 d ，内蒙古准格尔黄河水务公司建成大南沟 水库，在充分利用地表水资源后，供水能力仅有8 万m 3 d 。随着引进和投产企业的日益增多， 工业用水供需存在巨大缺口。解决水资源短缺的途经：一是寻找新的水源；二是远距离调水。 在大路煤化工基地目前的状况来看，工业用水全部取自黄河水，通过水权置换已经获得了2 0 0 0 万m 3 的水指标，地区分配已经不可能增加，而且规划区内没有新的水源，更无水可调。 因此，在现有的条件下，加大节水力度、治理水污染的同时，只有提高工业用水重复利 用率，将大部分的污、废水经过再生处理后回用，利用中水来填补工业用水的缺口，才会缓 解工业用水供需矛盾。这样不仅缓解了水资源紧缺的局面，同时又减少了排放至自然水体的 污染物总量，具有一举多得的功效。 从经济效益角度，污水经过深度处理后回用，虽然增加建设投资的，但是中水就近回用， 水质水量有保证，输送距离短，更减少了供水和排水的水量，从而减轻了给排水管网和处理 工程的负荷。使用1 m 3 中水就相对于少用1 m 3 供水，同时少排水l 一污水，相当于2 m 3 的上下水 维护费用，可节省水费和排污费，将永久获益。随着水资源同渐短缺，水价大幅度上涨，经 济效益更加明显。 从环境效益角度，中水回用于工业、市政等领域，大力发展污水资源化，使其成为可靠 地第二水源，既缓解了水资源短缺问题，又减少了污水排放量。中水可以直接用于绿化用水， 改善环境质量；还可以建设观赏湖，美化环境：补充河流水量。 从社会效益角度，中水作为第二水源服务于用水量大的煤化工行业，可节省大量清洁水 源，缓解水资源短缺的问题，进而有效缓解大路煤化工基地水资源缺乏，促进经济可持续发 ， 展。 为了引导和推动城市水资源化利用工作，鄂尔多斯市多次组织了中水回用科技调研，并 成立专项资金，邀请技术力量雄厚的水处理公司，针对大路煤化工基地污水水质，研发了污 水深度处理和中水回用工艺技术，并在大路综合污水处理厂建立了示范工程。政府也提出了 鼓励企业污水处理利用的政策，适当给予资金补助，并有望实现产业化发展b 1 。 4 围 巍 = 3 _ l 雌_ - r 一! 二舡 嚣l ! l i 霪罄奇一串节 行t 厶龋- i _ t 豳i 瞩_ - 嬲嬲糠 i i ：一* _ _ - 曩盘蠢e h l 蜘 麓_ 臻t “硼 蘑i 翟露一矗工生用鼍 l 嘲翻：羹z t t e 蛋h 韩# i 嚣豢舯r 蚋鼍 i 既磁$ 目 - - nt 年4 蝎一 a 一- t 柚t 蜀一t 螂 l 隧相t i t 聃帅 l e 黼h 厂 e 霸蔫时t t 一鼍 e _ = 一 力站 _ 口瑚 豳n 嘲 蕾e 一_ 鸭 l 一雌t 臣兰誊鞠鲥艄 掰豹鞠攒 i # t f采田 一t 柚琳_ 垮i 廿鼍 茹y ! 糠 图1 2 大路煤化工基规划图 5 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 第2 章中水处理技术分析及应用 中水就是污水经过深度处理后达到回用水指标的、可重复利用的再生水。中水工程，主 要是指从污水收集、污水处理、深度处理以及将处理后的再生水输送到用户的工程设施。 2 1中水处理方法及工艺分析 根据处理污水水质的不同，选用不同的处理方法，按处理机理不同可分为物理化学处理 法、生物处理法、膜处理法三大类。 2 1 1 物理化学处理法及工艺分析 物理化学处理法是污水通过化学混凝反应和物理沉淀、吸附、过滤、消毒的联合处理方 法。以混凝沉淀( 气浮) 技术和活性炭吸附技术相结合的基本方式，污水通过添加絮凝剂和 助凝剂充分搅拌，实现混凝，再经过沉淀、过滤和消毒处理，达到回用标准。 该处理方法主要用于处理优质杂排水，可间歇运行，不需污泥处理。适用于处理规模较 小的中水工程，主要特点是处理工艺流程短，运行管理简单、方便、占地相对较小；但相对 于生物处理来讲，运行中药剂费用高，并且出水水质受使用混凝剂种类和数量的影响，有一 定的波动性，对有机物去除较差。 主要处理工艺流程：原水一格栅一调节池一絮凝沉淀池一过滤一消毒一出水。根据水质 情况，还可以简化或增加物化方法，演变出以下工艺流程： 1 ) 格栅一调节池一混凝一( 沉淀) 一过滤一消毒一出水。 出水水质：臭味基本去除；色度及悬浮物均大幅度降低；b o d 、c o d 、a b s 的去处率均在 5 0 以上，可满足低水质用水，如市政绿化等。 2 ) 格栅一调节池一过滤一消毒一中水。 出水水质：臭味基本去除，色度及悬浮物绝大部分去处，b o d 、c o d 去处率较低，一些细 小的颗粒机溶解性杂质难以去除。 工艺特点：允许间歇运行，投资低，设备简单，不需投药，运行费用低，但出水水质差。 6 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 2 1 2 生物物化处理法及工艺分析 生物处理方法包括好氧微生物、厌氧微生物和兼性微生物处理，利用微生物的吸附、氧 化作用，分解污水中含有大量的有机物质和无机物质。在中水工程中广泛应用，来降解水中 的有机物质，满足水质标准中的有机物含量标准。生物化学处理法是生物处理和物化学方法 的联合处理方法，污水经过生物处理后再通过化学混凝反应、沉淀、过滤、消毒的处理方法“】。 该处理方法主要用于有机物污染较重的污水，适用于处理规模较大的中水工程，主要特 点是出水水质较好，较为稳定，运行费用相对较小，尤其是对于大型污水处理工程；缺点是 需进行污泥处理，易产生臭气，运行管理比较复杂，占地面积大。 主要处理工艺流程：原水一格栅一调节池一生物处理一混凝一沉淀一过滤一消毒一出水。 根据水质情况，还可以演变出以下工艺流程： 3 ) 格栅一调节池一生物处理一沉淀池一过滤一消毒一出水。 工艺特点：设计技术成熟，运行可靠，用于处理来水c o d 不高的污水，出水水质稳定。 4 ) 混凝一生物膜处理一过滤一消毒一中水 工艺特点：在构造物上形成微生物附着层，在第3 种典型工艺流程基础上在生物处理环 节前加混凝，其特点主要是，提高微生物的降解能力，有利于后续处理，对浓度较低的污水， 能加快微生物混合体的形成，缩短停留时间，减少生物设备体积，提高处理效果，另外，投 药量及运行费用提高。 5 ) 格栅一调节池一生物处理一沉淀一生物处理一( 沉淀) 一过滤一消毒 工艺特点：经二级生物处理，水中一些较难处理的有机物均被去除，出水水质较好，设 计、运行技术成熟，但投资运行费用较高，系统运行复杂。 6 ) 腐化池一( 格栅) 一调节池一生物处理沉淀一过滤一消毒一中水 工艺特点：腐化池作为预处理环节，能出去大颗粒杂质，起到格栅及预沉池的作用，同 时进行厌氧反应，去除水中病毒、细菌、大肠杆菌等有毒有害物，把难生物降解的有机物转 化为可降解有机物，降低c o d ，对后续处理产生一定作用。 7 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 2 1 3 反渗透技术及工艺分析 渗透是流体通过半渗透膜时发生的自然过程。由于溶剂通过膜的速度比溶质快，所以形 成了溶剂和溶质的分离。溶剂流动的方向由它的化学势决定，总是由低化学势向高化学势流 动。化学势是压力、温度和溶液浓度的函数。在压力和温度相同的情况下，浓溶液的化学势 高于稀浓液，因此溶剂流动方向是从稀液向浓溶液，当达到动态平衡时，此时的压力为溶液 的渗透压；如果在浓溶液侧外加压力，且压力大于渗透压时，浓溶液的化学势会低于稀溶液， 溶剂向稀溶液方向流动，这一过程是渗透的相反过程，称为反渗透邙】。 反渗透( r o ) 是十分有效的膜分离操作单元，半渗透膜是整个技术的关键，膜组件的抗 污性能、透过率等重要指标决定了整个工艺的处理效率。反渗透技术在除盐的同时，还可除 去水中的微粒、有机物质、胶体物质，这是其它工艺所不具备的。但是，必须经过预处理， 才能使膜组件不被损坏，保证r o 长期安全运行。预处理采用采用混凝、沉淀+ 过滤+ 超滤工艺， 去除悬浮物、细菌、有机污染物等，使污染指数s d i 小于3 ，达到反渗透工艺的进水要求。 该处理方法主要用于含盐量比较高的污水，适用于处理中等规模的中水工程，主要特点 是出水水质较好，较为稳定，缺点是投资较大，运行费用相对较高。 主要处理工艺流程：原水一格栅一调节池一生物处理一混凝一沉淀一过滤一超滤一反渗 透一消毒一出水。 污水经过生物处理后，去除了大部分c o d 、氨氮，而污水中的含盐量并不能有效去除， 使得出水电导率高，只有通过超滤反渗透才能有效去除污水中的盐量，而达到较高的出水水 质，直接用于工业用水。 2 2 国外中水回用的应用及工程实例 2 2 1 国外中水回用的应用与发展 世界许多缺水的国家把污水资源化，中水回用，作为解决水资源贫乏的重要途径。 ( 1 ) 以色列位于地中海东岸，大部分为干旱和半干旱地带，是一个长期严重缺水的国家。 以色列的水资源总量1 9 6 9 亿m 3 ，其中地下水占6 3 ，基内列特湖占3 3 ，其它地表水占4 ， 以色列总人口6 0 0 多万，人均水资源占有量仅为4 7 6 m 3 。随着水资源的极度短缺，从5 0 年代 初期开始，以色列开展污水处理工作，在比较了海水淡化和污水回用的成本之后，认为开发 8 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 利用城市污水和农业节水是其唯一出路。自2 0 世纪6 0 年代，就把污水回用作为一项国家政 策，加以法律化、制度化。，并且把回用水作为水资源的平衡水量，伴随滴灌技术的应用，实 现了由农业国向工业国腾飞的经济奇迹。政府法律规定：废水若未用尽，不可采用海水淡化， 城市的每一滴水至少应回收利用一次。以色列污水处理和再生利用的技术水平，始终处于世 界领先地位。占全国污水处理总量4 6 的出水直接回用于灌溉，其余3 4 和约2 0 分别回灌 于地下和排入河道，中水回用程度之高堪称世界第一。由于污水再生的成本仅为海水淡化的 l 3 1 5 ，该国法律规定优先污水回用方式缓解供水紧张的问题，以色列人也普遍认识到污水 再生技术的经济合理性和再生水的优越性，再生水被用于农业灌溉、工业企业、市民冲厕、 河流复苏、回灌地下等方面阳】 ( 2 ) 美国的城市污水处理等级基本上都在二级以上，处理率达到l o o 。污水再生利用已 进入推广应用阶段，其范围涉及农业、工业、地下水回灌和景观娱乐方面。美国1 9 8 0 年己有 5 3 6 项污水回用工程，年回用水量达9 3 7 亿m 3 ，其中6 2 用于农业灌溉、3 1 5 用于工业，5 用于地下水回注，1 5 用于娱乐和渔业等，有3 5 7 个城市实现了污水处理后的再利用。美国 再生水利用模式的突出特点是集中处理回用，很少直接用于城市生活杂用。其中加罩福尼亚 州已建成2 0 0 多座中水回用工程，马早兰州的佰利恒炼钢厂每同有4 3 力m 3 城市污水再生利用。 加里福尼亚州和德克萨斯州的污水回用率己达到3 0 以上口1 。还有美国佛罗罩达州的圣彼得 堡，是美国唯一完全实现污水循环的城市，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。再生水 标准针对不同的回用对象所制定的标准也不一样，而且标准都很严格。 ( 3 ) 日本从上个世纪6 0 年代就开始使用中水，并兴建中水道，纵穿广布，输送经过深度 处理的回用水，形成和自来水管道并存的又一条城市动脉。工业、企业循环冷却水源及空调 和锅炉用水都是用污水处理厂的再生水；在宾馆、学校、商场、居住区，推广小型生活污水 净化设备，将处理后的水作为冲厕、洗车和庭院绿化用水。再生水中4 1 被用于工业用水， 3 2 用于环境用水，8 用于农业灌溉，农灌的比例远小于美国。到9 0 年末已有大型中水回用 工程9 2 座，日回用中水量8 5 5 1 5 万m 3 嘲。各大城市都有在城市创建并保留使用至今的专用 “工业用水道 。 ( 4 ) 德国生活污水处理后有两种利用方法，一种是直接排入河道中，作为地表水资源利用； 另一种是直接用于农田灌溉。排入河道的污水，必须满足国家制定的排放标准才允许排放。 9 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研冤 德国的不伦瑞克市的污水处理厂是直接回用农田灌溉的典范。该市每天产生4 万一污水，都 立即被污水处理厂通过初级处理后，由管道输送到加压站，经泵加压后送到田间，用于农田 灌溉。实验发现，再生水灌溉，在不施肥的情况下，作物产量比用地下水灌溉的提高3 0 左 右，品质也较优。污水治理过程中的资源化不仅仅局限于水资源的重复利用上，在污水治理 过程中的活性泥也得到了再利用。它不仅仅可以转化为沼气发电，可以作为肥料施于农田， 还可以将其改造为土壤。不伦瑞克市成立了污水协会，专门管理污水治理与利用u 们。 此外，在英国、澳大利亚，以及法国、意大利、埃及、希腊、西班牙等地中海沿岸的缺 水国家，污水回用也取得了很大的进展，表2 1 为部分国家中水回用情况。 表2 1 部分国家中水回用情况 2 2 2 国外中水回用工程实例 随着全球需水量的增长，世界水资源危机的日益严重化，目前世界各国都在研究和开发 污水处理回用技术，把污水资源化作为一项解决城市缺水问题的重要途径。图2 1 图2 3 是 几种有代表性的中水工艺流程。 图2 1 加利福尼亚州的康特拉科斯塔县三级污水厂工艺流程 l o 图2 2 加利福尼亚州的2 1 世纪污水厂工艺流程 广一1 广1 r _ _ i 二级处理出水i 叫i 生物处理l 叫i 混凝沉淀i _ o l _ 一l 一 图2 3 同本东京可多瓦特的三河污水处理厂工艺流程 日本东京都将东地区中水回用工程，主要处理流程，见表2 2 。 表2 2 日本中水回用工程实例 = = = = 一一 工程 珏。覆丽蓓广一 = = = = = = 石= _ = ：z = ：= = _ ：= ：= ：_ = 一 东京都将东地区工业回用 二级处理出水一混凝沉淀一活硅泵；二菊丽：二疆订 广 江崎市工业回用 ，二级处理出水加氯杀菌一回用 东京千代田区某楼中水回用 杂排水一格栅一油水分离一曝气槽一沉淀槽一 过滤槽加氯消毒一冲厕 川崎市再生水用于景观水体 二级处理一好氧滤池t 活性炭吸附一景观回用 奥氧氧化一景观回用 2 3 国内中水回用的应用及工程实例 2 3 1 国内中水回用的应用与发展 我国中水回用起步比较晚，建设部在“六五”专项科技计划中最先列入了城市污水回用 芋 城市中水回用技术研究与发展一以大路煤化工基地为实例研究 课题分别在大连、青岛两地作试验探索，研究结果表明污水经过深度处理再回收利用的发展 前景广阔。1 9 8 6 2 0 0 0 年的“七五 至“九五 为技术储备、示范工程引导阶段，开始污水 回用技术的探索和示范工程的试验。“七五 攻关项目“水污染防治及城市污水资源化技术 ， 就污水再生工艺、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。其中 研究包括青岛延安三路污水厂等1 4 个污水厂不同程度或不同对象地开展污水回用工程，为 “八五期间污水回用项目的攻关提供了大量可行的依托工程。“八五攻关项目“污水净化 与资源化技术 ，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。 通过系统的生产性和实用性工程研究，“八五 提供了城市污水回用于工业工艺、冷却、化工、 石化、钢铁工业和市政景观等不同用途的技术规范和相关水质标准。“八五 提供的成果较 “七五一提高到了实用水平，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。 “九五攻关项目“城市污水处理技术集成化与决策支持系统建设 ，具体攻关两部分内容： 一是回用技术集成化研究，二是城市污水地下回灌深度处理技术研究。近十年来我国对城市 污水再生利用的科技攻关中取得丰硕成果，在一些城市也先后建成并投入使用了数项中水回 用工程，取得了显著成效，带来了巨大的社会效益、环境效益和经济效益。下面介绍北京、 青岛、大连等几个比较有代表性的城市的中水回用的应用与发展现状。 ( 1 ) 北京是我国中水回用发展较快的城市，走在全国前列。北京市早在2 0 世纪5 0 年代就 开始在石景山、丰台、朝阳、海淀等地区进行城市污水回用，主要用于农田灌溉。北京市还 制定了北京市城市污水回用规划纲要，指导城市中水利用。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、小红门污水处理厂等已经投入运行，到2 0 0 6 年初，9 座污水处理厂总污水处理能力可达 2 5 0 万m v 。其中高碑店污水处理厂建成了我国最大的污水回用工程，污水处理规模1 0 0 万 m 3 d ，回用规模为2 1 万m 3 d ，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，每年节约清洁水约1 1 亿m 3 。 ( 2 ) 大连是我国严重缺水城市之一，近几年大连市污水回用发展迅速，市内几大污水处理 厂都进行了污水回用工程建设，大连市预计用3 5 年的时间，使工业用水重复利用率达到9 0 以上，城市生活污水处理率达到8 0 以上，污水回用率达到4 0 以上n 幻。目前大连市日供水 量为7 7 5 万i n 3 ，而该城市1 8 5 万i n 2 的公共绿地每天浇灌一次就需要用水3 3 5 万m 3 。从2 0 0 2 年起大连市用经过3 级处理的污水进行绿地灌溉，该水符合l l 级指标，而该中水水l n l 3 成本 为0 8 元，比用地下水灌溉节省0 2 元左右，据初步估算，使用这种经过处理过的污水进行 1 2 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 18 5 0 万m z 公共绿地的灌溉，年节约成本2 2 9 0 万元。 ( 3 ) 青岛市污水回用工作开展的较早。近几年先后建成了海泊河、李村河、团岛及麦岛、 楼后山5 个污水处理厂，总污水处理能力达到8 3 万m 3 dn 扣。1 9 9 6 年青岛建工学院和海泊河 污水厂共同完成了“海泊河污水处理厂污水处理回用技术研究 ，经中科院、天津大学等单位 的专家鉴定认为：其整体水平基本达到国际先进水平。1 9 9 9 年青岛市利用德国政府赠款在海 泊河污水处理厂建成了日处理能力4 万m 3 的污水回用工程，并试车成功。通过该项目，还将 逐步开发青岛市另外4 个污水处理厂的中水回用项目，并对青岛的中水管网进行总体规划， 使青岛的中水供水能力由目前的日供4 万m 3 逐步达到2 0 万m 3 d ，通过“中水道 回用于景观 用水、市政绿化、道路清洁、汽车冲洗、居民冲厕及施工用水、企业设备冷却用水等领域， 以缓解青岛城市用水供需矛盾。 ( 4 ) 天津市是一座典型的资源型缺水城市，人均本地水资源占有量只有1 6 0 m 3 ，为全国人均 占有量的l 1 5 ，加上外调水源，人均水资源占有量也不过3 6 0 m 3 ，属重度缺水地区。天津历 届市委、市政府为解决水资源短缺这个严重影响和制约经济社会发展的瓶颈，弹精竭虑地实 施丌源节流、环保节约方略，大力丌展污水资源化和再生水利用工作，使天津市节水成效及 其科技成果利用均走在全国日，j 列，为构建节约型社会奠定了孥实的基础。天津纪庄子再生水 厂以纪庄子污水处理厂出水为水源生产再生水，用于补充生态居住区的景观水体、公建与住 宅的冲厕、居住区杂用水、喷洒道路、园林绿化、工业区冶金、化工、造纸、电子等6 0 余家 工厂企业的冷却水和工艺用水。目前补充生态居住区的景观水体工程己经运行，回用工程规 模大约2 万m 3 d 。随着再生水产量的增加，中水还将用于热电厂工业冷却、二级河道水体水 质改善、苗圃和农业浇灌等。 2 3 2 国内中水回用的工程实例 我国近十年来，中水回用技术有了较大的进步与提高，随着工业生产带动经济迅猛发展， 国民环境保护意识的增强，加之水资源严重缺乏，进而提高水污染治理效率，中水回用工程 在全国范围内广泛推广应用。表2 2 反映我国北方部分城市中水回用的工程实例。 1 3 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 表2 2 我国北方部分城市污水处理回用情况表u ( 1 ) 青岛市海泊河污水处理厂建于1 9 9 3 年，二级处理工艺为a b 法即两段活性污泥法。1 9 9 9 年2 月1 0 日，该厂污水回用工程投入运行( 以二级处理后的出水作为回用工程的进水水源) ， 其工艺流程见图2 4 。 四日 圈日 圈日臣亘囝 0 田臼臣囹 图2 4 青岛市海泊河污水处理厂污水回用流程图 青岛市海泊河污水处理厂中水回用工程处理规模为4 0 万m 3 d ，工艺设计处理单元除送 水泵，均按4 4 万m 3 d 的规模设计。 1 4 城市中水回用技术研究与发展以大路煤化工基地为实例研究 1 ) 迸水泵池 进水泵池使用3 台潜水泵( 2 用l 备) ，其平面尺寸为7 2 m 3 6 m 。 2 ) 机械混合池 为使投加的絮凝剂及助凝剂能同水均匀混合，用机械混合方式。机械混合池2 座，单池 容积为3 4 3 3 m 3 ，混合时间