（环境科学专业论文）生活污水中水回用研究.pdf

r e s e a r c ho nw a t e r r e c y c l i n g a b o u td o m e s t i c s e w a g e a b s t r a c t u t i l i z a t i o no fr e c l a i m e dw a t e ri sw i d e s p r e a da l lo v e rt h ew o r l db e c a u s eo ft h el a c ko fw a t e r r e s o u r c ea n dt h ew a t e rp o l l u t i o nn o w a d a y s ，d o m e s t i cs e w a g ei s q u i t es u i t t ob es 0 1 1 r e e s eo f w a t e rr e c y c l i n gf o ri t ss t a b i l i t y , a b u n d a n c ea n de a s yt ob eb i o d e g r a d e d t h es t u d yo nt h ew a t e r r e c y c l i n g a b o u td o m e s t i c s e w a g e i s d e v e l o p i n g v e r y f a s t t oa d v a n c et h e e f f i c i e n c y o f w a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n d o p t i m i z e t h ew h o l es y s t e m ，r e s e a r c h e si nf o u rf i e l d sa sf o l l o w i n gw e r e c a r r i e dj nt h i st h e s i s 1 t h ep e r f o r m a n c e so fb i o f i l mc u l t u r i n go ft h r e ek i n d so fm e d i u m sw e r ec o n t r a s t e d t h e b i o f i l mo nt h es p o n g ys u s p e n d e dm e d i u mc o u l db ef o r m e di nt h r e eo rf o u rd a y sa n dt h er e m o v a l r a t e so fc o d e ra n dn h 3 - nw e r e q u i t ew e l l t h ee l a s t i cm e d i u m n e e ds e v e nd a y sa r o u n dt oh a v e t h eb i o f i l mo ni t ss u r f a c ea n da l s oh a dg o o dt r e a t m e n te f f e c t t h eb i o f i l mo ng l o b a lm e d i u m s s u r f a c ew a sh a r dt ob ef o r m e da n dt h i sp a c k i n gw a su n f ti nw a t e rt r e a t m e n t 2 ak i n do f i m p r o v e dm e m b r a n eb i o r e a c t o rw a su s e dt ot r e a tt h r e ek i n d so fw a t e r ：d o m e s t i c s e w a g e ，h o t e ls e w a g ea n d w a s t e w a t e rw h i c hw a s h e dc a r s t h eq u a l i t yo f e f f l u e n ta l lr e a c h e dt h e s t a n d a r do fw a t e rr e c y c l i n g t h ee q u i p m e n tw i t ht h i st e c h n i c s ，w h i c hp r o d u c e dr e c l a i m e dw a t e r , w a s h i g he f f i c i e n c ya n d l o wc o s t 3 t h ed o s a g eo fd i s i n f e c t o rw a sg r e a t l yr e l e v a n tt ot h eo r g a n i cs u b s t a n c eo fw a t e r w a t e r q u a l i t ys h o u l db ec o n s i d e r e da d e q u a t e l yw h e nd i s i n f e c t e dt h ea b i l i t yo fd i s i n f e c t i n go f c h l o r i n e d i o x i d ew a sm u c hb e t t e rt h a ns o d i u mh y p o c h l o r i t e c h l o r i n ed i o x i d ew a sah i g h q u a l i t y d i s i n f e c t o ra n dw o u l db e a p p l i e de x t e n s i v e l yi nt h ef u t u r e 4t h r e ee f f i c i e n ts t r a i n sw e r ei s o l a t e d o n eo ft h e mc a nd e g r a d ef a t t i n e s sa n dt h eo t h e r c e l l u l o s e i tw a s p r o v e db ye x p e r i m e n t st h a tt h e y c a na d v a n c et h eq u a l i t yo fe f f l u e n t k e y w o r d s d o m e s t i cs e w a g ew a t e r r e c y c l i n g m b rd i s i n f e c t o rs t r a i ni s o l a t i o n 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪微 1 1 水资源短缺现状 第一章绪论 水是自然界的基本要素，是一切生物赖以生存的重要条件。在现代社会中，水是农业 的命脉、工业的动力、城市的血液，是国民经济发展的支柱。水与人类的生存发展以及社 会文明进步息息相关。水是大自然赋予人类的宝贵资源。水之宝贵，在于其不可缺少和储 备有限，更在于其不可替代与可以更新使用。事实上，当今世界，由于工农业发展、人口 爆炸式增加、水源的滥用和污染，水资源不足和水污染构成的水资源危机已成为多数国家 在政策、经济和技术上面临的复杂问题。 由海洋、河流、湖泊、地下水和大气水等共同构成的水中，海洋咸水占9 65 ，人类 生存和发展不可缺少的淡水只占总水量的2 5 3 ，而1 7 4 贮藏在极地的冰) j l 矛f l 雪盖中， o 7 6 埋藏在地下，可供人类直接使用的淡水仅占全球总水量的o ，0 3 ；而其中只有o 2 左右是能够开采利用的水资源。联合国统计结果，2 0 世纪以来，全世界淡水用量增长了8 倍，且每年仍以5 的速度递增。到2 0 1 0 年，全球将有6 0 以上陆地淡水不足，4 0 多个国 家严重缺水，世界上有l 3 的人得不到安全水。淡水资源短缺已成为全球性危机。 中圈的水资源状况也不容乐观。中国水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 ，居世界第六位，总量 虽然不少但由于人口众多，人均水资源量为2 3 4 0m 1 ，仅为世界人均占有量的四分之 是世界1 3 个贫水目之一。到本世纪中叶，中国人口达到预测的j 6 亿蹦，人均水资源量仅 有1 6 0 0 m ”。中困现有6 6 8 个城市中，缺水城市约4 0 0 个，严重缺水的城市为1 1 0 个，每年 缺水总量达1 2 0 0 亿m “，全国内地3 0 个省市人均水资源拥有量低于联合国可持续发展委员 会确认的严重缺水线( 1 1 0 0 m 3 人) ，7 个省市低于生存起源线( 5 0 0 m 3 入) 。而且，我国水 资源的分布极不平衡，地域相差：悬殊。全国8 0 的水资源分布在长江及其以南地区，在长 江以北占全固耕地面积5 9 2 、占全国人口4 4 4 的地区，仅占有全国1 4 7 的水资源。 水资源短缺和水污染严重造成的水危机，已成为制约经济发展的主要因素。凶此，环 境保护，控制水污染，开发新水源，实现经济的可持续发展已成为我国的瑟本国策，闩益 受到社会的广泛关注和重视。 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪微 1 2 在我国开展中水回用工程的必要性 在我国，不仅水资源十分缺乏，而且有效利用率低，跑、冒、滴、漏现象非常普遍。 传统的水利用模式还存在着“高投入，高消耗，高污染，重复利用率低”的特点，水资源 浪费严重，这也是发展中国家的通病。改革开放使我国工农业得到快速发展，同时耗水量 和废水排放量也在快速增长，这就使我国的水资源更加紧缺。而且随着我国经济的迅猛发 展，城市规模的不断扩大，城市用水量和废水量不断增加，造成城市水源水量日益不足， 水资源的供需矛盾更加突出，同时水体的污染也日趋严重。所以有关专家认定水资源缺乏 已经成为我国社会发展的瓶颈。因此，为节约宝贵的水资源，水资源的利用也必须走可持 续发展的道路。开发新水源，节约用水，减少水源污染是我国迫在眉睫的问题。 当前摆在我们面前的可开发的水源有：( 1 ) 南水北调，充分利用长江及其以南地区的 水资源；( 2 ) 开展水资源的重复利用技术。前者成本高，易受气候条件影响，就天津市而 言己实现引滦、引黄济滓，并在操作引长江水济津的计划，而引滦、引黄在一定程度上是 以牺牲沿河流域人们的部分利益为代价的。相比之下，城市污水量日益增长，水源稳定， 水量充足，如果能开发有关中水处理技术，实现水的重复利用，将其用于城市园林绿地、 生活杂用水和一些工业过程，将十分有利于缓解我国城市的水荒问题。 1 3 本研究的主要内容及构成 本研究的主要内容是对生活污水中水回用的几个关键单元进行了研究，包括三种填料 挂膜性能的对比，中水工艺研究( 改良的膜生物反应器的运行效果) ，中水消毒研究以及 高效菌种的筛选等几个方面，希望能对生产性的中水回用有一定的参考借鉴意义。这几方 面的试验研究是穿插进行的。 论文共分六章。第一章为绪论，简单介绍了目前水资源现状。第二章介绍了中水回用 的一些基本内容。第三章中对三种填料进行了挂膜性能的实验。第四章介绍了我们选择的 膜生物反应器的特点及其运行效果以及在中试中取得的结果。第五章为中水消毒研究，对 比了次氯酸钠和二氧化氯在中水消毒中的效果，并研究了不同出水水质下消毒剂的用量及 不同接触时间下的杀菌效果。第六章为高效菌种的筛选，经分离筛选得到三株高效菌，用 于处理生活污水效果良好，能有效提高出水水质。 一2 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪微 1 4 本研究的创新点 ( 1 ) 选取海绵作为一种悬浮填料用于接触氧化法中处理生活污水，在实际应用中取得了 满意的效果。 ( 2 ) 在中水消毒中充分考虑了出水水质对消毒剂投加量的影响，在其他消毒相关文献中 尚未看到相关研究。 ( 3 ) 自行开发设计研制的中水一体化处理设备运行效果较好，通过权威机构科技查新后 证实该设计属国内新技术，具有开发应用的价值和前景。 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪微 第二章中水回用简介 2 1 中水定义、水源及水质标准 2 1 1 中水定义 中水就是将人们在生活和生产中用过的优质杂排水( 不含粪便和厨房排水) 、杂排水 ( 不合粪便污水) 以及生活污( 废) 水，经集流再生处理后，回用充当地面清洁、浇花、洗车、 空调冷却、冲洗便器、消防等不与人体直接接触的杂用水。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，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，故取名为“中水”。 中水处理设施按照应用的规模，可分为：建筑中水系统、小区中水系统和市政中水系 统。我国目前发展较快的是建筑中水系统和小区中水系统，另外，考虑到各系统研究的难 易程度及应用中的实际情况，欲以建筑中水系统和小区中水系统的研究为主。 2 1 2 中水水源 中水处理系统的水源是城市污水，它是生活污水、工业废水、被污染的雨水和排入城 市排水系统的其它污染水的统称。生活污水是人类在日常生活中使用过的，并为生活废料 所污染的水。工业废水是在工矿企业生产活动中用过的水。工业废水可分为生产污水和生 产废水两类。生产污水是指在生产过程中所形成，并被生产原料，半成品或成品等废料所 污染，也包括热污染生产过程中产生的高温( 水温超过6 0 c ) 水，此类污染主要由市 政中水系统进行处理。生产废水是指在生产过程中形成，但未童接参与生产工艺，束被生 产原料，半成品或成品污染或只是温度稍有上升的水。被污染的雨水，主要是指初期雨水， m 于冲刷了地表上的各种污物，所以污染程度很高，需进行处理，由市政中水系统进行处 理。城市污水、生活污水、生产污水或经工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入城 市排水系统。故把生活污水和生产污水的混合污水叫做城市污水”1 。 按照中水水源及水源水质，一般将中水水源分为三大类： 4 生活污水中水回用研究环境科学与工程学院赵琪微 ( 1 ) 近似清洁的废水：如冷却水、冷凝水、产品试验水等近似清洁排水，这类废水 的主要污染源为热、灰尘，处理方法较为简单。 ( 2 ) 洗浴废水：如淋浴、洗漱、洗衣等排出的废水，这类废水主要污染物为表面活 性剂、生物有机物及泥灰，污染指标主要有l a s 、b o d 5 及c o d c r 等。 ( 3 ) 混合废水：即混有粪便污水的废水，一般称为生活废水，这类废水的主要污染 物不仅有前两类废水的污染性，且含有氮、磷的富营养性的物质，处理起来较为复杂，一 般由市政中水系统进行处理。1 。 2 i - 3 中水水质标准 中水水质应满足以下基本要求： 1 ) 卫生上安全可靠，有害物质在允许标准以下，其主要衡量指标有大肠菌群数、细菌 总数、余氯量、悬浮物量、生化需氧量、化学需氧量等。 2 ) 外观上无不快的感觉，其主要衡量指标有浊度、色度、臭气、表面活性剂、油脂等。 3 ) 不引起设备、管道的腐蚀、结垢和不造成维修管理的困难，其主要衡量指标有p h 值、硬度、溶解性物质等。1 。 我国尚未制定统一的中水水质标准，只是1 9 8 9 年颁布了生活杂用水水质标准 g j 2 5 1 8 9 ，北京制定了北京市中水水质标准。两个标准见表2 一l “。 2 2 中水在国内外的利用状况 2 2 1 国外利用状况 世界各国对中水的回用都十分重视，许多面临着严重水危机的国家都在积极开发和利 用中水回用技术，并已取得了大量的成功经验。以色列、日本、美国等国已将中水广泛应 用于工业、农业灌溉和养殖业、园林绿化、生活洗涤、景观用水等方面，有的甚至将污水 处理后回用于城市自来水的补充水源。 以色列是在中水回用方面最具特色的国家之一，它地处于旱和半干旱地区，是个水资 源极其贫乏的国家，为争夺水资源曾与阿拉伯国家发生过数次战争，人均水资源占有量仅 为4 7 6 m ，4 6 的出水直接用于灌溉，其余3 3 3 和约2 0 分别回灌于地下或排入河道用于 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪徽 表2 - 1生活杂用水及北京市中水水质指标 生活杂用水水质标准 项目北京市中水水质标准 厕所便器冲洗洗车、扫除 浊度 1 05 溶解性固体 1 2 0 0 1 0 0 0 悬浮性固体1 051 0 色度 3 03 04 0 臭无不快感无不快感 无不快感 p j 6 5 9 0 6 5 9 06 5 90 b o d 51 01 0l o c o d 。5 05 0 5 0 氨氨2 01 0 总硬度 4 5 0 4 5 0 氧化物3 5 03 5 0 阴离子合成洗涤剂 1 0 52 铁0 40 4 锰0 10i 游离性余氯o 20 2 o 2 总大肠菌群333 细菌总数1 0 0 注：细菌总数单位为个m l ，总大肠菌群单位为个l ，p h 无单位，其余各项单位均为m g 几。 补水，中水利用率之高堪称世界第一“1 。目前以色列已有7 0 的废水经过处理并用来灌溉 1 9 万公顷农田，全国所需水量的1 6 e h 废水回用来解决，甚至经处理后的废水已达到饮 用水标准用于直接饮用。“。 f j 水是开展污水回用研究较早的国家之一，以有较多的“中水道”( 即中水系统) 供 生活杂用而著称，h 本的中水利用是从1 9 5 5 年开始，受1 9 7 7 年节能政策调整和1 9 7 8 年 福冈等城市水荒的影u m 国家及地方制定了中水利用的指导计划。从1 9 8 0 年起c z k 齐- , j m 设施建设发展速度加快。到1 9 8 3 年3 月底，全国有中水项目4 7 3 个，总回用水量约6 6 月m d 。近年来，平均每年建设1 3 0 处。到1 9 9 3 年全国有1 9 6 3 套中水利用设施投入使 生活污水中永同用研究 堑篁登兰兰三矍兰堡墅墨塑 用，其中东京都建设的中水利用设施数量约占全国的4 4 ，福冈地区占1 9 。中水使用量 为2 7 7 万m3 d ，占全国生活用水量的0 7 。截止1 9 9 3 年，使用雨水作中水水源的设施 全日本共有5 2 8 处，水量为5 0 0 万m3 a 。其中东京的雨水利用设施占全国6 5 ，福冈占 7 。至1 9 9 6 年，全国有中水设施2 1 0 0 套投入使用，用水量达3 2 4 万1 1 33 d ，占全国生活 用水量的0 8 。 美国水资源总量较多，城市中水回用工程主要分布于水资源短缺，地下水严重超采的 加利福尼亚、亚丽桑里达等州，且以南加利福尼亚成绩最为显著，其中丹佛市日处理3 7 8 5 m 3 的污水回用于饮用水的示范工程在1 9 8 5 年开始运行。1 。但总的来说中水回用用于农业灌溉 居多，工业用水次之，城市中水回用所占比例较小，推行比较慎重，对水质控制相当严格。 美国城市中水回用量达每年9 亿r 1 3 ，其中农灌和景观回用水占6 2 ，工业回用水占3 1 ， 其余的或回灌地下控制海水入侵或供娱乐、养鱼等。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废水，不向周围河湖排放任何废水。 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、道路的绿地、草坪以及清洗车辆等其他用水标准较低的地方。 巴西的圣保罗市在利用城市中水灌溉公园、冲刷卫生间、冲洗道路、汽车以及净化空 气和美化环境方面都取得了较大的成功；纳米比亚温得和克市自1 9 6 9 年开始将处理后的 污水回用于饮用水”；此外，俄罗斯、英国以及中东诸国等也都相继发展利用中水回用技 术，以弥补日益缺乏的水资源“1 。 2 2 2 中国的中水回用研究和利用状况 我国对城市污水处理与利用的研究，早在1 9 5 8 年就开始列入国家科研课题。6 0 年代 关于污水灌溉的研究达到了一定水平。7 0 年代中期进行了城市污水以回用为目的的污水深 度处理试验。8 0 年代以来，我国一些缺水城市相继建设了些中水回用的示范工程，目前， 北京、大连、青岛、太原、天津等缺水城市都有城市中水回用工程，主要将中水阿用于：l ： 业及市政等方面。 大连春柳河水质净化厂是我国第一个中水回用示范工程，它是在二级处理的基础上增 加了三级处理而成，中水回用于附近的工厂作为工艺用水、冷却水、烧焦水、消防、市政 杂用等“”。北京高碑店污水处理厂将城市污水深度处理后，用于电厂冷却水；北京市环保 所和北京市政设计院，先后在机关大院和住宅小区丌展了中水回用试点工作，起到了示范 和推广作用。1 9 8 7 年，北京市人民政府颁布了“北京市中水设施建设管理办法”，明确确定： 生活污水中水回用研究环境科学与工程学院赵琪微 凡新建建筑面积2 万m 2 以上的旅馆、饭店、公寓及建筑面积3 万m 2 以上的机关、科研单 位、大专院校和大型文化、体育等建筑应配套建设中水设施并应与主体建筑工程同时设计、 同时施工、同时交付使用“”“3 。 但总体来看，在我国由于中水回用起步较晚，对中水回用技术缺乏足够的认识，尤其 对该技术的处理工艺缺乏较系统的、全面的认识，中水回用在我国仍处于起步阶段。 2 3 中水回用方式及系统组成 2 3 1 中水回用方式 中水回用，按照其服务范围和规模，大致可分建筑中水、建筑小区中水和城市( 区域) 中水等三种类型。 对于较大型的单幢构筑物或相邻几幢建筑物，如宾馆、饭店、办公大楼等，可以单独 设置中水处理与回用系统，即将所产生的污水经再生处理后，再回用于该构筑物的中水道 中。该系统实施容易，但由于规模小，其投资及处理运行费用较高。 建筑小区中水回用为小区内各构筑物所产生的污水，经再生处理后，再回用于该小区 内的中水道系统。这些小区可以是住宅小区，也可以是学校，大机关等。其管理集中，处 理运行费用相对较低，供水水质较稳定。 城市( 区域) 中水系统是指以城市污水处理厂二级处理出水为中水原水，经深度处理 后提供城市中水使用。其处理运行费用低，但是由于规模大，实现难度较大“。 上述三种回用系统相似，可用下图表示。 自来水 f 喜蒌霉二至_ h 污水处理，一 i 排放 煳水系统r “| “ 叮丽磊亡 雨水等 图2 - 1 中水回用系统 竺塑翌查生查璺旦坚塑 堡丝型兰兰三翌堂堕型墨堡 2 3 2 中水系统及组成 中水系统由原水收集系统、水处理系统和中水供水系统组成。原水收集系统主要是采 集原水，包括室内中水采集管道、室外中水采集管道和相应的集流配套设施。中水处理设 备是用来处理原水使其达到中水的水质标准。中水供水系统通过室内外和小区的中水给水 管道系统向用户提供中水“。中水原水收集有部分集流和全部集流两种方式。结合供水回 用情况，可分为3 种( i ) 全集流全回用方式，即将建筑物或小区所排放的全部污水集流， 处理后全部回用。该方式将室内外的排水管道与中水收集系统合二为一，降低中水收集系 统造价，但是由于水质污染大，处理成本高，适用于已建成的建筑或小区及城市中水系统： ( 2 ) 分质集流和部分回用方式，即只收集优质杂排水或杂排水，处理后供回用，这种方 式需要室内外具备两套排水管道，即单独敷设中水原水管道和污水管道，基建投资高，但 由于中水原水水质好，运行处理费用低，适用于新建建筑、小区；( 3 ) 全集流部分处理回 用方式，即将中水收集系统与建筑物排水系统合并，但不全部处理回用，多余排水排放到 城市排水管网中，这种方式适用于已建成地区或建筑的中水系统分期建设或改扩建的工程 】 2 4 中水回用的主要用途 2 4 1 工业用水 由于我国一些城市历年工业用水量约占全市总用量的7 0 一8 0 ，所以中水回用的最大 用户应是工业用水。在工业生产用水中，冷却循环水占了用水量的8 0 以上，所以中水回 用列工业循环冷却水有重要的作用。虽然不同行业的工业用水对水质的要求差别较大，但 还是可以在二级污水处理厂的出水基础上根据不同用水水质标准，经进一步处理，既达到 适用的目的，又节约了资源成本。除了工业拎却用水外，中水回用还可以用作工艺用水， 即用来洗涤、冲灰、除尘等。 2 4 2 农业用水 由于中水中含有植物所需的营养元素，因此可直接用作农业灌溉，它可以方便地使水、 肥同时供给植物。但是在中水回用到农田灌溉时，要先对中水进行必要处理，防止土壤板 结，作物中残毒积累，对非灌溉季节的水出路问题要作妥善安排。 9 一 生煎复查! 查旦旦堕塞 ：堑塑型堂皇三堡堂堕型堕监 2 4 3 城市生活用水 城市生活用水虽然只占城市总用量的2 0 左右，其中有l 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，用水量逐年加大。如果不分场合地使用优质淡水，就会造成不必要的浪费。 中水回用后可用来冲洗车辆、市政绿化及公共建筑和居民住宅的冲洗厕所等用水。 2 4 4 其它 再生水可用作地下水回灌，以减轻或解决地下水开采与补给的平衡，防止地下水位下 降和地面沉降，在沿海地区还可防止海水内侵造成的土壤盐碱化。再生水还可用作二级河 道景观用水n 5 1 。 2 5 中水系统的成本和经济效益 2 5 1 中水系统的成本 中水系统能否为用户接受的关键是其成本问题，根据资料可知，运行规模是影响成本 的最主要因素，其次是设计规模与实际处理规模的差距，此外是设备投资、维修费、电费、 药剂费、人工运行费等。 据有关经验资料显示，处理规模与中水运行成本成反比，中水处理规模控制在1 5 0 m 1 d 以上，可以将污水的运行单位成本降到0 7 5 元以下( 不包括设备折旧) ，包括设备折旧的 水的单位成本降到1 3 0 元以下，从而可实现中水系统运行合理。 在住宅小区中设置中水回用系统，需要增加中水系统的管路及维护赞用。据有关资料 介绍，建筑中水系统所增加的建筑费用只相当于建筑总投资的1 一2 ，在住宅小区中设置 中水回用系统，需要对处理系统有较大的一次性投入，设计规模尽量接近实际处理规模， 使之降低运行处理成本及电费，选用合适的设各可降低投资，减少维修费用，提高经济效 益。 设备自动化程度的高低及管理方式是影响人工费用的主要因素。设备自动化程度越 高，占用的管理人员越少人丁：费用越低。因此，选用自动化程度较高的处理系统能降低 运行人| = 费用。 药剂费用及电费是运行费用中的一大部分，选用合适的处理规模，保u ：处理设施以较 高的负荷运转能有效的降低运行成本“。 1 0 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪微 2 5 2 中水回用的效益 中水设施不同于排水设施和其他市政、环境设施，项目投资本身不仅具有直接的经济 效益，而且还有间接的经济效益和可以相对定量的环境效益。实际经验表明，每人每天直 接用于饮食的水量，一般不超过5 l ，而对于新建的住宅小区，由于其卫生设施比较完善， 人均日用水量( 包括公共建筑和绿地用水在内) 约为3 0 0 3 5 0 l ，饮用水仅占其中的l 7 0 1 6 0 ，绝大部分的用水量，是消耗在冲洗厕所、清洗地面、洗涤衣物以及洗车、喷洒绿化 等方面，而其中不直接接触人体的各种杂用水，约占总用水量的5 0 以上。也就是说，如 果采用中水回用系统，新鲜的自来水就可节约一半以上。可见采用中水处理技术，节水潜 力极大，这对缓解我国水资源不足及城市供需水矛盾、减轻水质污染具有非常现实的意义 。1 。中水回用的经济效益也十分巨大，处理1 吨污水需要1 元多，而现在民用自来水的水 价是2 元以上( 天津为2 ，8 元) ，工业用水和商业用水的水价更高。因此中水回用是十分 经济的。当然，将生活污水进行深度处理后回用，无疑是要增加建设费用的，但是，使用 l m 3 的中水就相当于少用1 m 上水，同时少排出近l m 3 的污水，节省了2 m 3 的上下水维护费用。 同时，开发中水回用比长距离引水和海水淡化在经济上更具优势。因此，我们可以得出如 下结论：中水就近回用，水量有保证、输送距离短，减少了城市供水和排水水量，减轻了 城市给排水管网的负荷，中水回用对于给排水建设的总投资是经济的“7 、。且目前水价普 遍偏低，有上涨的趋势，则中水回用的经济效益将更加巨大。 2 6 现有中水处理方式及处理工艺 2 6 1 现有中水处理方式 中水因使用的用途不同，其处理方式有两种：一种是将其处理到饮用水的程度而直接 回用到日常生活中，即实现水资源直接循环利用，这种处理方式适用于水资源极度缺乏的 地区，而且投资高，工艺复杂，一般地区不采用；另种方式是将其处理到非饮用水的程 度，主要用于不与人体直接接触的用水，如建筑中便器的冲洗，地面、汽车清洗，绿化浇 ； 洒，空调冷却以及消防等方面。这是我们通常所采用的中水处理方式。其中用于厕所冲洗、 绿化、清洁洒水和冲洗汽车等杂用的中水水质须符合国家标准生活杂用水水质标准 ( 6 j 2 5 卜8 9 ) ，用于水景、空调冷却等用途的中水水质标准还应有所提高“。 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪微 2 6 2 中水处理工艺 中水回用技术是一项切实可行的节水技术，它的开发与推广对节约用水，提高水资源 的利用率，减少污水排放以及减轻下水道的负荷等都有着十分重要的意义。中水处理工艺 分为预处理、主要处理及深度处理单元。 ( 1 ) 预处理 包括格栅、调节池。一般采用栅条间距在1 6 2 5 m m 的格栅，用以截阻大块的悬浮或 漂浮的固体污染物，其后设沉淀池以去除砂砾类无机固体颗粒，设调节池以降低对后续生 物处理的冲击负荷。 ( 2 ) 主要处理单元 主要处理单元包括沉淀或气浮、活性污泥曝气、生物膜法处理、生物活性炭、以及土 壤处理等处理单元。 现在大部分中水目用工程的水源采用的都是生活污水。通过中水道系统收集的生活污 水其主要成分为无机物和天然有机物，一般不含有毒物质，具有适应微生物( 污染物净化 微生物和病原微生物) 生长和繁殖的条件。因此，处理生活污水应联合使用物理、化学、 生物的方法，以确保水处理的质量要求。由于中水回用对洗涤荆去除要求较高，而洗涤剂 去除最有效的方法是生物处理，因此，中水处理常用生物处理作为主体工艺。而其中生物 处理单元对于保证出水水质最为关键。常用的生物方法主要有活性污泥法、生物膜法、氧 化塘、土地处理和膜生物法，其各自特点见表2 2 “。 ( 3 ) 深度处理 经过生物处理的二级出水水质一般达不到污水回用的水质标准，因此要实现污水回用 势必要在二级处理后再进一步进行深度处理，包括去除氮磷、溶解性有机物、溶解性无机 物、消毒、脱臭、除色及有毒物质的处理。常用的方法有混凝、过滤、活性炭吸附、膜过 滤、氯氧化或紫外线照射消毒，等等。 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪微 表2 - 2常用生物处理方法比较 处理方法 活性污泥法生物膜法 氧化塘土地处理膜生物法 常用传统活性污泥生物滤池好氧氧化塘 土地渗滤 膜生物反应器 工艺生物吸附氧化法生物接触氧化法兼氧氧化塘土地回注 工艺成熟、运行水力停留时间短、 设施简单、投 处理效果好、山水水质优 优点稳定、处理效果设备紧凑、占地费用低、投资良、设备体积 好、管理方便少、管理方便 资小 省小、管理简单 投资大、占地大、能耗较大、运行费占地大、出水 占地大、不易 缺点控制、可能造 能耗大、处理 剩余污泥难处理高、污泥处理难水质波动大成本较高 成二次污染 应用广泛，主要应用广泛，主要用应用较少，应用较少，一适于出水赢接 应用用于大中型污水于中小型污水处般用于土地较般用于原地处回用的处理厂 处理厂理厂及原地处理充裕地区理 或原地处理 2 。7 生活污水中水回用 2 7 1 生活污水中水回用的优势 我国的缺水城市近3 0 0 座。近年来我国城市生活污水的排放量大为增加，超出_ z _ q k 废 水的排放量成为破坏我国水资源环境的最主要因素。生活污水占城市污水的比率已由过去 的3 0 提高到4 0 以上，部分经济发达城市已接近6 0 。今后1 5 年，我国人口将以每年1 2 0 0 万1 3 0 0 万左右的速度增长，城市数量2 0 1 0 年将超过1 0 0 0 座。随着城市数量的增多，城 市密度的加大，生活污水排放量将从2 0 0 0 年的2 8 0 亿吨增加到2 0 1 0 的5 6 0 亿吨忆但目 前城市生活污水的回用率很低，污水处理率不足2 0 。现在自来水厂由于运营成本的不断 提高，自来水价格又是计划经济下的政府指导价，自来水厂依靠政府补贴而生存。以后一 旦进入市场，自来水的水价会大幅度上涨，因此污水回用的市场潜力极为巨大。 与此同时，i - f ：多城市为了节省水资源，促进污水回用，出台了很多优惠政策。如上海 市水务局、环保局把污水回用系统列入议事r 程，拟准备对使用中水回用系统的住宅小毳 进行核减排水量、减免摊水水费，积极鼓励在住宅小区建设中利用中水回用系统，从而为 中水回用提供了良好的条件。同时随着住宅小区建设质量的提高，环境景观建设的要求越 、 生堕望查! 垄旦望堑窒 要垄型兰皇三堡兰堕墼璺垡 来越高，小区中水回用的用途也越来越多，从而也为中水回用提供了广阔的利用前景“。 而且，住宅小区中水道系统对生活污水的处理回用，具有投资小，节水量大，处理工艺流 程比较简单的特点。因此，充分利用建筑、住宅小区的生活污水，加以处理就地回用，必 将成为节约用水、治理污染的重要途径之一。 2 7 2 生活污水排水特点 小区污水不同于城市污水( 后者常包括部分工业废水) ，属于生活污水范畴。其水质水 量特征可概括为：水质水量变化较大，污染物浓度偏低，污水可生化性好，处理难度小。 住宅小区排出的生活污水比较集中，可经中水道系统处理后重复利用。这在技术上是可行 的，经济上是合理的，而且具有一定的社会效益。 生活小区的污水是由住宅小区居民的生活活动所产生的，含生活废料和人体排泄物所 污染的废水。主要包括厨房用水、洗涤水、淋浴用水、空调冷却水、清扫用水及厕所用水 等，这些生活污水均可集中收集，并经常规处理和深度处理后，使其返回住宅小区，用于 住宅楼或住宅区内的冲洗厕所、浇花、清扫、喷水池、冲刷汽车等”。 在我国，人们同常使用的生活用水量中，各水量所占比例见表2 3 ”。 表2 - 3 生活用水比例表 住宅宾馆、饭店办公楼 类别 水量l ( 人d )比例水量l ( 人d )比例水量l ( 人d )比例 厕所 4 0 6 03 1 3 25 0 8 01 3 1 91 5 2 06 0 6 6 鼠院3 0 4 02 l 一2 3 沐浴4 0 6 0：j l 一3 23 0 07 l 一7 9 f 簸洗 2 0 3 01 53 0 4 08 1 01 04 0 f 台计1 3 0 一1 9 01 0 03 8 0 4 2 01 0 02 5 3 01 0 0 由表2 3 可知：仅厕所用水就占总用水量的3 0 左右，因此，如在小区建立污水回用 系统，将这些小区或大楼的污水就近收集、就地处理、就近回用作为城市杂用水，用于冲 洗删所、清洗车辆、绿化、喷洒街道、水景和河湖补充水等，可大大减少优质淡水水的用 量，具有广阔的发展空问。 生活污水中水回用研究 参考文献： 1 】李伟英， 2 侯瑞波等 3 栗新鹏， 4 】陈学民， 5 】y o s h i d ak 范瑾初，浅议中水回用技术，环境与开发1 9 9 7 ，1 2 ( 3 ) ： ，中水回用的分类及水源问题，建筑技术开发，2 0 0 2 ，2 9 ( 前景开阔的开源节水减污技术中水道技术，铁道技术监 中水道处理技术综述，甘肃环境研究与监测，1 9 9 5 ，8 ( 1 ) ： 环境科学与工程学院赵琪微 9 1 2 l o ) ：4 1 督，1 9 9 9 ， 5 2 5 3 e ta 1 f u n d a m e n t a le x p e r i m e n t sf o re n v i r o n m e n t a ls c i e n c ei nt h es c i e n c et e a c h e rt r a i n i n gc o u r s e a tu n i v e r s i t y l e v e l i n ：p r o c ，o f z n d a s i a ns y m p o n a a w t r h a n g z h o u ：a a a a w m ，1 9 9 4 ：6 6 - 一6 7 ( 6 侯瑞波等，中水同用的处理工艺，建筑技术开发，2 0 0 2 ，2 9 ( 1 0 ) ：3 9 7 】邬扬善，日本中水发展概况、趋势及其运行机制分析，给水排水，2 0 0 2 ，2 8 ( 2 ) ：6 0 8 】t a s a n oa n d a dl e v i n ew a s t e r w a t e r r e c l a m a t i o n ，r e c y c l i n ga n dr e n s e ：p a s t ，p r e s e n t ，a n df o t u r e w a r s c it e c h ，1 9 9 6 ，3 3 ( 1 0 1 l 、：1 1 4 9 】h a a t h o f f ja n dv a nm e r w ebt w e n t y f i v ey e a r so f w a s t ew a t e rr e c l a m a t i o ni nw i n d h o e k ，n a m i b i a ，w a t s c it e c h ，1 9 9 6 - 3 3 ( 1 0 11 1 ：2 5 3 5 1 2 】 林超，启动“中水”建设，缓解城市水资源短缺 王利平等，校区中水同用技 王宝贞主编，水污染控制工 术应用研究，包钢科技 海河水利，2 0 0 1 ，2 0 0 2 ，2 8 ( 1 ) 程，高等教育出版社，1 9 9 0 ，3 8 6 - - 3 8 7 【13 王庆生，中水同用浅析，安徽建筑，2 0 0 2 ，2 ：8 9 9 0 1 4 1 曾波等，城市污水处理与中水回用系统分析与优化，中国给水排水 1 5 蒋蕾蕾，张雪妮，宁波市实施中水回用的探究，宁波高等专科学校 1 6 徐韩中，住宅小区中水同用系统的经济效益，住宅科技，2 0 0 2 ，4 ： 1 7 】际丽杰，于军，周国彬，膜一生物接触氧化法在中水示范 ：程中应j = | j 1 9 9 7 ，1 7 ( 6 ) ：5 9 褚俊英等，中水同h j 的经济与中水利用潜力分析， 李国欣李旭自、，污水资源化利用技术现状及其廊 王琳，面向可持续发展的水资源利用，基建优化 ，1 ：8 - 9 ：8 1 - 8 3 ，2 0 0 2 ，1 8 ： 学报，2 0 0 2 ， 3 9 4 l 与探讨，辽q 中国给水摊水，2 0 0 2 ，1 8 用实例，给水排水，2 0 0 1 2 0 0 l ，2 2 ( 2 ) ：6 8 城乡环境科技 9卜 舵 0 l 2 m 扣 湖 墙 坶 生活污水中水回用研究 环境科学与工程学院赵琪微 第三章填料选择及特性研究 2 0 世纪7 0 年代。由于合成塑料工业的迅速发展，轻质蜂窝填料问世，世界各国开始 普遍研究和应用生物接触氧化法。由于生物接触氧化法兼有活性污泥和生物膜法的特点， 具有管理简单、耐冲击负荷、处理效果稳定等优点，从7 0 年代后期开始在我国得到广泛 的应用【lj 。 填料是生物接触氧化法处理废水的核心部分，它作为微生物的载体影响着生物的生 长、繁殖和脱落的整个过程，它的性能直接影响和制约着处理的效果。因而，对反应器的 运行效果及能耗都有十分重要的影响。 3 1 填料的作用及需具备的条件 3 1 1 载体填料的作用 填料在生物膜反应器的作用主要有以下3 点2 】： ( 1 ) 它是微生物生长的载体，为微生物提供栖息和繁殖的稳定环境并尽可能保持较多 的微生物量。 ( 2 ) 它是反应器中生物膜与废水接触的场所，且对水流有强制性的紊动作用使废水能 够再分布。同时它对好氧反应器中的空气气泡有重复切割作用，使溶解氧利用率提 高，增加供氧速率，从而强化了微生物的净化作用。 ( 3 ) 它可以截留废水中的一部分悬浮物质减少反应器出水中的悬浮物浓度。 3 1 2 载体填料需具备的条件 废水处理中使用的填料一般应满足下列要求【” 3 1 2 1 有良好的水力学特性 填料的水力学特性包括比表面积、空隙率、形状尺寸和填充度。 1 6 生活污水中水回用研究环境科学与工程学院赵琪微 ( 1 ) 比表面积 填料表面是生物膜形成和固着的部位，较大的表面积是反应器保持高浓度生物量的首 要条件，而生物量是控制反应器净化功能的关键因素。因此，填料比表面积是影响生物膜 法处理效果的首要因素。一般地。大的比表面积是有利的。但是，比表面积越大，反应器 越易堵塞，流经填料内的水流阻力也越大，能耗随之增加。现在填充在生物膜反应器的填 料的比表面积多在1 0 0 4 0 0 m 2 m 3 之间。 ( 2 ) 空隙率 填料的空隙率决定了废水的有效停留时间。空隙率越大，废水的实际停留时间越长， 其容积利用率越高，水流阻力越小，从而减少反应器堵塞和短流的可能性；同时填料用量 减少，基建投资降低。但是，空隙率越高，比表面积和机械强度就越小，反应器出水中的 悬浮物浓废也就越高。现在国内外应用较多的塑料填料的空隙率一般在9 5 左右。 ( 3 ) 形状尺寸和填充度 填料的形状尺寸不仅影响其比表面积和空隙率、而且影响填料间的水流流态，进而影 响废水与生物膜之间的传质和生物膜的更新。填料的填充度对反应器的处理能力及水流流 态都有着较大酶影响。 3 1 2 , 2 有较好的生物膜附着性 生物膜在填料上的附着性主要取决于填料的物理因素和化学因素。 ( 1 ) 物理因素 物理因素包括填料的表面粗糙度和表面孔隙大小。研究表明，表面粗糙度是决定能否 快速形成生物膜的主要条件。粗糙度越大，挂膜越快。填料表面的孔隙大小也影响生物膜 的目 着性，较小的孔隙具有毛细孑l 保水作用，因而对活动于水中的微生物有鞍强的持留作 , t 1 。 ( 2 ) 化学因