（环境工程专业论文）城市中水回用的技术与问题研究.pdf

s t u d y o nt e c h n o l o g i e sa n dp r o b l e u r b a nw a s t e w a t e rr e c y c l i n g ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e m ab a o j a n s u p e r v i s o r p r o f c h e n g j i x i a c h a n g a nu n i v e r s i t y x i a n c h i n a 论文独创性声明 本人声明 本人所呈交的学位论文是在导师的指导下 独立进行研究工 作所取得的成果 除论文中已经注明引用的内容外 对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 写保节 如 d 年6 月 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品 知识产权归属学 校 学校享有以任何方式发表 复制 公开阅览 借阅以及申请专利等权 利 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时 署名单位仍然为长安大学 保密的论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 导师签名 写保节 秘 如埯年5 只6 日 多豳 o 年6 月弓日 摘要 水是人类生存和发展不可替代的自然资源 由于水资源的短缺以及水污染的不断加 剧 水资源已经成为我国经济与社会发展重要的制约因素 而中水作为城市水资源的重 要组成部分 已经逐步的走入城市居民的生活 中水回用作为解决城市水资源短缺的一 种开源方式 更是防治环境污染的有效途径之一 也将成为今后建筑给排水发展的新趋 势 本文通过对西安市世家星城社区以及高校的生活污水回用的水量计算 水质分析以 及回用处理技术的应用研究 重点分析了将中水回用于绿化 冲厕和路面喷洒等方面的 经济效益状况 得出世家星城建设中水回用设施 并将其用于绿化 每年将会为社区净 节省3 3 万多元 而要将其回用于冲厕和绿化则将会节省近7 0 万元 而高校进行中水回 用设施的建设一年就可为学校节省5 8 7 万元的净收益 通过类比计算法估算出如果西安 市具备建设中水回用系统的社区和学校都进行中水回用 每年仅水费就可为政府节省将 近上亿元 减轻城市的供水压力 建立中水回用设施在创造巨大经济效益的同时 也会 产生强大的社会效益和环境效益 同时 政府可以用节省的这部分资金进一步改善城市 的用水环境 走出一条由区域水循环向地区水循环转变的道路 最终实现城市完善的中 水回用体系 最后在对中水系统的经济效益进行分析后 提出了目前制约我国中水回用 系统发展的主要问题 并针对这些问题提出了一些建议 为中水回用事业的的j i l 页n 实施 提供参考 关键词 中水回用 有利条件 经济效益 建议 a b s t r a c t w a t e ri si n d i s p e n s a b l ef o rh u m a n ss u r v i v a la n dd e v e l o p m e n t w a t e rs h o r t a g ea n di t s p o l l u t i o nh a v eb e c a m eo n eo fr e s t r a i n i n gf a c t o r s t oe c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n t r e c l a i m e dw a t e rp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nu r b a nw a t e rs u p p l y w h i c hi su s e di nd o m e s t i c i n d u s t r i a la n de n v i r o n m e n t a ls e c t o r s i nt h i sp a p e r s h i j i a x i n g c h e n gc o m m u n i t y x i a n c h i n a a n dc a m p u sw a s t er e u s e p r o j e c t sw e r ea n a l y z e d f o re x a m p l ew a t e r b u d g e t w a t e rq u a l i t ya n dt r e a t m e n tp r o c e s s t h e e c o n o m i cb e n e f i to fr e c l a i m e dw a t e rr e u s ei nu r b a nl a n d s c a p i n ga n do t h e rm u n i c i p a lp u r p o s e s w a sg i v e nd e e pr e s e a r c h e s s h i j i a x i n g c h e n gc o m m u n i t yw a t e rr e u s ef a c i l i t i e sf o rl a n d s c a p i n g s a v e dm o r et h a n3 3 0 0 0 0y u a nf o rt h ec o m m u n i t ya n n u a l l y w h i l eac a m p u sw a s t er e u s e p r o j e c ts a v e d5 8 7 0 0 0y u a n f u r t h e rc a l c u l a t i o n se s t i m a t e dt h a ti ft h ex i a nm u n i c i p a l i t y m a k eap l a nt ob u i l dw a t e rr e u s es y s t e mf o rc o m m u n i t i e sa n ds c h o o l sf o r w h i c hc o u l ds a v e n e a r l yab i l l i o nd o l l a r s f o rt h eg o v e r n m e n ta n n u a l l ya n dr e d u c et h ec i t y s w a t e rs u p p l y s h o r t a g e t h es a v e dm o n e yw o u l dh e l pt h eg o v e r n m e n te s t a b l i s hf a c i l i t i e sf o rr e c l a i m e dw a t e r f o rm o r eh u g ee c o n o m i cb e n e f i t s f i n a l l y b a s e do nt h ee c o n o m i cb e n e f i t so ft h ew a t e rs y s t e m a n a l y s i s t h ep a p e rp r e s e n t e d t h ec u r r e n tr e s t r i c t i n gf a c t o r st oo u rw a t e rs y s t e mi nt h e d e v e l o p m e n to ft h em a i np r o b l e m sa n dan u m b e ro fr e c o m m e n d a t i o n st ot h e s ep r o b l e m s t h e s er e s e a r c hc o u l dl a yaf o u n d a t i o nf o rt h ew a t e rr e u s ei n d u s t r y k e yw o r d s r e c l a i m e dw a t e r a d v a n t a g e s e c o n o m i cb e n e f i t s p r o p o s a l s 目录 第一章引言 1 1 1 研究背景 1 1 1 1 城市水资源短缺现状 一1 1 1 2 城市水资源污染现状 2 1 1 3 对水资源重视程度 5 1 2 解决城市水资源短缺的对策 6 2 2 2 2 2 2 修建引水工程 6 开采地下水 6 海水淡化 6 科学利用降水资源 7 城市污水的资源化 中水回用 7 各方法的比较 7 1 3 中水及中水回用 8 1 3 1中水问题的提出 8 1 3 2中水的概念 一8 1 4 研究中水回用的意义 9 1 5 国内外中水回用的发展概况及进展 1 0 1 5 1国外中水回用现状及进展 lo 1 5 2国内中水回用现状及进展 1 2 1 6 研究的目的及内容 1 4 第二章中水回用技术及相关理论 1 5 2 1 中水水源的水质和水量 1 5 2 1 1中水水源 l5 2 1 2 中水水量 1 5 2 1 3回用水质要求 1 6 2 2 中水回用的污水处理技术 1 7 2 2 1 物理处理技术 1 7 2 2 2 化学处理技术 18 2 2 3 物化处理技术 18 2 2 4 生物处理技术 l8 2 2 5膜生物反应器 m b r 1 9 2 3 中水处理工艺 一2 0 2 4 中水回用方式 2 2 2 4 1 城市中水回用方式 2 2 2 4 2 建筑中水回用方式 2 3 2 5 中水回用供应方式 2 5 i i i 2 5 1 直接供水方式 2 5 2 5 2 单设屋顶水箱供水方式 2 6 2 5 3 采用泵和屋顶水箱的供水方式 2 6 2 5 4 分区供水方式 2 6 2 6 中水回用水源的集流 2 6 2 6 1 集流方式 2 6 2 6 2 集流管网 2 8 2 7 中水的用途 2 8 2 8 本章小结 2 9 第三章发展中水回用的有利条件 3 0 3 1 国家政策的大力支持 3 0 3 2 城市住宅小区的快速发展 3 0 3 3 小区物业管理的快速兴起和发展 3 l 3 4 绿色住宅小区的不断兴起 3 2 3 5 本章小结 3 3 第四章西安市中水回用的必要性及成本分析 3 4 4 1 西安市概况 3 4 4 2 西安市水资源概况 3 4 4 2 1 水资源总量 3 4 4 2 2 水资源特性 3 5 4 2 3 水资源污染状况 3 5 4 3 西安市污水厂建设概况 3 6 4 4 中水回用的成本及影响因素分析 3 6 4 4 1中水成本的计算 3 6 4 4 2 影响中水成本的主要因素 3 7 4 5 本章小结 3 8 第五章西安市中水回用实例调查与分析 3 9 5 1 世家星城住宅小区污水回用工程 3 9 5 1 1 现有用水量的计算 3 9 5 1 2 废水排水量的计算 4 0 5 1 3中水回用水源计算 4 0 5 1 4 系统评价及经济分析 4 l 5 1 5 西安市全年可节约水费的计算 4 2 5 2 高校中水回用工程 4 3 5 2 1 水质 4 3 i v 5 5 2 水量 4 4 5 2 3 采用的处理工艺及流程 4 4 5 2 4 投资概算 4 5 5 2 5 运行成本分析 4 5 5 2 6 经济效益分析 4 6 5 2 7 西安市高校全年可节约水费 4 7 5 3 西安市的绿化工程 4 7 5 4 中水回用的效益分析 4 8 5 4 1社会效益 4 8 5 4 2 环境效益 4 8 5 4 3 综合效益 4 9 5 5 西安市中水回用现状 5 1 5 6 中水回用存在的问题 5 2 5 6 1 公众认识方面 5 2 5 6 2 工程建设方面 5 3 5 6 3自来水价格偏低 5 3 5 6 4 设备运行方面 5 4 5 6 5 使用方面 5 4 5 6 6 制度监管方面 5 4 5 6 7 商业化运作方面 5 5 5 7 本章小结 5 5 结论与建议 5 7 1 结论 5 7 2 建议 5 8 参考文献 6 l 蜀e 谢 6 4 v 水资 水资 的2 资源 源供 发新 政府 1 1 1 1 1 发出 机就 年之前将发生一次水危机 l 世界银行官员们则主张把水作为一种社会稀有资源来管理 随着人们对淡水资源认识的不断加深 认为水理所当然是 取之不尽 用之不竭 的时 代将一去不复返 世界上淡水资源虽然不少 但是水资源分布极不平衡 世界上每年约6 0 6 5 以 上的淡水集中分布在如美国 加拿大 哥伦比亚等9 1 0 个国家 而占世界人口总量的 4 0 的8 0 多个国家却是水资源缺乏的国家 有近3 0 个国家为严重缺水国 而随着人口 的增加 今后2 0 2 5 年 人类的用水量将增加4 0 左右 世界将面临水资源短缺的严重 危机 预计到2 0 2 5 年世界新增人口3 0 亿以上 所需供水缺少2 0 再加之浪费与污染 所需供水缺少将达5 0 以上 我国虽然从总体上淡水资源总量有2 8 1 0 8 万立方米 占全球水资源总量的6 左 右 但我国的人均水资源量只有2 3 0 0 立方米 仅为世界平均水平的1 4 居世界1 0 9 位 是全球人均水资源匮乏的国家之一 同时却又是世界上用水量最多的国家 目前 全国 6 4 0 个城市中 缺水城市已达3 0 0 多个 其中严重缺水城市有1 1 4 个 日缺水量达到 1 6 1 0 7 立方米 每年因缺水而造成的直接损失达2 0 0 0 亿元 1 1 预计到2 0 3 0 年 我国的 第一章引言 人口将达到1 6 亿 人均水资源量将降到1 7 0 0 立方米 淡水资源短缺的形势将更加严峻 资源性短缺和水环境污染造成的水资源危机已经成为制约我国社会经济发展的重要因 素 1 1 2 城市水资源污染现状 近几年 政府加大了水污染治理力度 城市污水处理厂建设步伐逐年加快 污水处 理率逐步提高 工业废水基本上达到了国家环保部门提出的 一控双达标 治理目标 但从总体上看 我国的水污染状况并没有得到明显好转 水环境的污染负荷没有明显减 弱 近岸海域 江河 湖泊等仍然达不到环境质量标准 一些地方甚至更加恶化 并有 进一步加剧之势 根据2 0 0 8 年中国环境状况公报 对全国河流 湖泊 水库的淡水水质状况进行了 全面评价 主要结果如下 2 1 河流 长江 黄河 珠江 松花江 淮河 海河和辽河这七大水系水质总体与上年持平 2 0 0 条河流的4 0 9 个断面中 i i 类 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 5 0 2 4 2 和2 0 8 其中 珠江 长江水质总体良好 松花江为轻度污染 黄河 淮河 辽河为中度污染 海河为重度污染 2 0 0 8 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 七大水系水质的地表水国控监测断面中 各类水质的断面比例详见表1 1 表1 1 七大水系的各类水质断面比例 为了能更清晰的看出七大水系的各类水质所占的比例大小 在此将其做成柱状图 其比例大小如图1 1 所示 2 长安大学硕士学位论文 比例 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 i i i i 类口 类 v 类 劣v 类 长江珠江黄河淮河辽河松花江海河 水系名称 图1 1 七大水系水质类别比例 在监测营养状态的2 6 个湖泊 水库 中 重度 营养化的5 个 占1 9 2 轻度富营养化的6 个 占2 3 0 表1 2 重点湖泊 水库 水质类别 注 三湖是指太湖 滇池和巢湖 营养状念指数 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 a 太滇巢自达镜蟛浃嘲羽秘西寐犬玄疆缝 湖池灞洋舞泊斯泽网庭阳海谶明武湖嘲 淀潮濯膀溺灏湖溱穗潮 湖 湖 图1 2 重点湖泊 水库 营养状态指数 主要湖泊富营养化问题依然突出 2 0 0 8 年太湖和滇池外海均属中度富营养状态 巢 3 予岛渤 磁卺拳摩门棱承摩篆锈求瘁 桧诧潮 傍山求麾 纷疆口永摩 予桥求库 犬伙房承痒 第一章引言 湖西半湖处于中度富营养状态 东半湖处于轻度富营养状态 环湖河流水质总体为重度 污染 3 国家重点水利工程 三峡库区水质为优 库区6 个国家重点监控断面中 长江晒网坝断面为i 类水质 其余断面均为i i 类水质 南水北调东线工程沿线水质总体为轻度污染 1 0 个监测断面中 i i i i i 类 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 0 o 4 0 0 和1 0 o 与上年相比 水质有所好转 主要污染指标为高锰酸盐指数 五日生化需氧量和氨氮 4 内陆渔业水域环境质量状况 江河重要渔业水域主要受到总磷 非离子氨 高锰酸盐指数和铜的污染 总磷污染 以黄河 长江及黑龙江流域部分渔业水域相对较重 非离子氨污染以黄河珠江流域部分 渔业水域相对较重 高锰酸盐指数污染以黑龙江 黄河流域部分渔业水域相对较重 铜 污染以黄河及长江流域部分渔业水域相对较重 与上年相比 非离子氨 挥发性酚污染 范围略有增加 总磷 高锰酸盐指数 石油类 铜 锌 铅 镉污染范围均有不同程度 下降 湖泊 水库重要渔业水域主要受到总氮 总磷和高锰酸盐指数的污染 5 废水和主要污染物排放 根据中国统计年鉴历年对我国的污水排放量进行统计与预测的数据 其中 1 9 9 2 2 0 0 8 年排放污水情况如表1 3 所示 单位 亿立方米 年份污水排放总量年增长率 工业废水排放总量年增长率 生活污水排放总量年增长率 表1 3 我国1 9 8 7 2 0 0 8 年污水排放情况表 4 注 此表中数据1 9 9 2 1 9 9 7 年来源于 潍坊市城市雨水和生活污水分类处理与中水回用实验研究 1 9 9 8 2 0 0 8 年数据来源于 全国环境统计公报 为了更加清晰的看出每年的污水排放情况 在此 将1 9 9 7 2 0 0 8 年的污水排放情况 做成柱状图 如图1 3 所示t 7 0 0 6 0 0 5 0 0 茎4 0 0 冀3 0 0 鬲 2 0 0 1 0 0 0 1 9 9 7 1 9 9 8l 孵9z u u u2 0 0 12 0 0 2 2 0 0 32 0 0 4 2 0 0 5z u u 6 2 0 0 7z 0 8 年份 图1 31 9 9 7 2 0 0 8 年的污水排放量示意图 从上表可以得出 我国从2 0 0 0 年以后的年平均污水排放增长率约为4 左右 从图 1 3 可以清楚的看出我国自1 9 9 9 年开始 城市生活污水的排放量占到污水排放量的5 0 以上 城市生活污水排放总量开始超过工业废水的排放总量 并且呈现逐年上升趋势 近十年的城市生活污水排放量年平均增长率为5 5 2 0 0 8 年城市生活污水排放量已经 占到污水排放总量的5 7 8 并有进一步加大的趋势 由此可以看出 城市生活污水的 处理已经成为我国今后污水处理的重点 1 1 3 对水资源重视程度 2 0 1 0 年我国西南云贵 四川 广西 重庆等地区遭遇严重的旱灾 人们在应对旱灾 时显得颇为不力 基本生活用水得不到保障 南方地区常年降雨量大 气候湿润 群众 5 第一章引言 靠天吃饭 的意识根深蒂固 对水资源的高效利用 循环使用没能得到足够的重视 政府部门也没有建设足够的水利设施和污水处理设施 使得大量的水资源遭到浪费 因 此 各地政府部门应该加大对水资源综合利用的研究力度 在开源节流的同时 更应注 重水资源的循环利用 1 2 解决城市水资源短缺的对策 一般城市解决水资源短缺的问题 常采取开源和节流两种主要措施 而根据国内外 的一些实践经验 开辟新水源的主要措施有以下几种 1 修建引水工程 2 开采地下水 3 海水的淡化 4 降水的收集及储存利用 5 城市中水的回用 1 2 1 修建引水工程 该方法已经成为北方及其沿海缺水城市解决水资源短缺的重要措施之一 如天津的 引滦工程 山西的引黄入晋工程以及大连的碧流河引水工程等 而西安市已建成的黑河引水工程 每年可向西安市输水4 亿多立方米 为城市居民 提供了可靠的引用水水源 同时也促进了西安市工农业生产的发展 但是 在带来方便 的同时 我们也应该看到该引水工程实际上是将西安周边城市的水源调入西安 具有耗 资巨大 耗时持久 同时对沿线的自然生态环境也造成了巨大的影响和破坏 因此 从 长远来看 修建引水工程不一定是解决水资源短缺的根本出路 1 2 2 开采地下水 地下水具有水源水质好 开采费用相对较低等特点 因此 上世纪9 0 年代 在西 安市出现严重 水荒 的情况下 市区的企事业单位纷纷自掘深井 高峰时市区自备水 源发展到2 3 0 0 多眼 最高日开采量达4 2 万立方米 地下水的大量开采使市区承压水位 急剧降低 形成地质漏斗 而且地面建筑物和地下设施遭到不同程度的破坏 出现地面 沉降 地面裂缝等地质灾害 1 2 3 海水淡化 海水淡化是一种水资源的寻求途径 具有海水资源充足 但是由于研究时间还比较 6 长安大学硕士学位论文 短 技术手段比较复杂 新的技术和方法还有待进一步研究 现有的处理设备主要是膜 处理 其处理设施昂贵 造成淡化成本较高 而且受到区域的限制较大 其适用范围也 仅局限于沿海的城市 1 2 4 科学利用降水资源 雨水资源已被世界上很多国家所采用 以缓解城市水资源的危机 以色列由于严重 的干旱缺水 其雨水资源利用率已高达9 8 我国的雨水利用率还十分薄弱 如北京仅 占到4 0 左右 每年北京地区总降水量和入境水总计约有1 2 0 亿立方米 6 0 左右都被 输出 这部分水是可以用于回灌地下水的宝贵资源 可进行人工调储和开发地下水库等 措施 具有占地少 调储能力大 工程设施简单 周期短 基建投资省 效益快且显著 等特点 是现代城市水资源合理利用的有效途径之一 1 2 5 城市污水的资源化 中水回用 其从给水的意义上来说是一种分质的供水方式 是将城市的污水进行处理后以开放 式的其还原到地面水体 作为水资源再次进行间接利用 或以封闭式的将处理后的污水 用管道输送到用户直接利用 在污水再利用的同时 也可以降低自来水的用量 达到了 水资源的 优水优用 分质用水 的目的 1 2 6 各方法的比较 上述几种解决水资源短缺的对策各有优缺点 修建引水工程不能从根本上解决水资 源短缺的状况 将其从别处引来 必将会降低别处对水资源的利用 且会造成生态环境 的破坏 制水成本也高 开采地下水会引起各种地质的灾害 也不利于城市的可持续发展 海水的淡化受到海水水源的限制 只能在沿海的城市进行试用 不能在内陆和远离 海洋的城市得到应用 且现在海水淡化成本较高 其海水的杂质含量也比中水高很多 这些都限制了该技术的广泛应用 利用雨水从感觉上易被群众接受 但雨水的合理利用仍是一个需要研究的重大课 题 初期的雨水比城市污水处理厂的二级出水还要脏 而且雨水的收集和储存远比城市 污水困难多 而城市污水的资源化再利用 一定程度上将等量的水资源进行了多次重复利用 大 大的提高了水资源的利用率 相对的减少了对水资源的过度开采 有研究表明 将城市 的污水处理到可以再生利用作为生活杂用水的程度 其工程的基建投资相当于从3 0 k m 7 第一章引言 外进行引水工程所用的费用 因此 中水的回用的经济性和实用性是很明显的 所以开 展中水回用的研究具有很重要的意义 1 3中水及中水回用 1 3 1中水问题的提出 我们人类的生产和生活以及地球上一切生命体的活动都离不开水 水资源是我们赖 以生存不可缺少的重要物质 也是一种无可替代的重要自然资源 自1 9 世纪六十年代 世界上众多国家和地区相继出现 水资源危机 以来 人们对水资源的危机意识更加强 烈 个别缺水地区对水资源的需求更加渴望 根据有关专家预测 2 1 世纪 将会有地区 和国家将会为争夺水资源而战争 水资源的价格也将不断攀升 水资源危机将成为世界 各类资源危机之首 自改革开放以来 随着城市化进程的加快 城市工业的迅猛发展 城市住宅人口的 快速增长 人民生活水平的逐步提高以及近期世界各国经济的高速发展 各种用水需求 量亦随之不断增长 但是地球上淡水资源总量却是十分有限 其中还有很大一部分位于 地球两极 可供人类使用的更是少之又少 而且对于这有限的淡水资源 现在还不断地 受到人类的肆意开采和严重污染 这使得城镇水资源供需矛盾越发突出 更加明显 因 此 造成世界上几乎每个国家都将会面临 水资源危机 1 3 j 由于城市 水资源危机 的困扰 世界许多国家和地区都在积极着手巩固和加强城 市居民的节水意识以及大力开展城市废水再生与回用工作方面的研究 所谓的城市污水 回用就是将城市居民生活污水 生产中使用过的水经污水处理厂处理后再重新利用 其 回用程度一般有以下两种 一种是将污水进行深度处理使其达到可以饮用的程度 而另 一种则是将污水处理达到符合回用的标准 但未达到非饮用的程度 中水一般都作为城 市给水 回用于农业 工业 市政工程以及生活杂用等方面 对于前一种处理程度 因 其处理设备投资高 工艺比较复杂 非特缺水地区一般不会采用 而大多数国家和地区 则是将污水处理到非饮用水的程度 能够达到工业冷却 绿化 景观等用水要求的程度 即可 由此引出了中水的概念 1 3 2 中水的概念 中水 一词起源于日本 起初被称为 中水道 自上世纪8 0 年代初在我国国内 开始叫起 至今也将近有3 0 年了 现已被业内人士以及缺水城市和地区的部分民众所 8 长安大学硕士学位论文 市污水 经污水处理厂处理后 达到去除有机物 重金属离子等目的 使污水水质达到 一定的水质标准 然后将水送到深度处理厂 经过混凝 沉淀 过滤 消毒传统工艺过 程或利用膜技术深度处理 达到可在一定范围内使用的非饮用水 我们称这样的水为中 水 4 在城市人们的生产生活用水中 有4 5 左右的水是与人们生活密切接触的 例如洗 浴 生活饮用等 这些方面对水质的要求都很高 以目前的处理技术 这部分水还不能 被中水所替代 除此之外 还有高达5 5 的水用在工业冷却 路面冲洗 城市环卫用水 和景观绿化等方面 其中部分用水对水质要求不是很高 若使用中水不仅在水质上完全 符合用水标准 而且经专家测算 以目前城镇供水的8 0 转化成为污水 如果能够将其 再生处理 那么其中的七成水又可安全再回用 这相当于增加城市供水量的4 5 左右 这在水资源日益紧缺的今天 可以节约大量的自来水 既有利于缓解城市的用水矛盾 又有益于减轻江河污染 保护生态 同时 又可以减少用户在水费上的开销 有着极好 的发展前景 3 5 1 1 4 研究中水回用的意义 水环境保护必须遵循合理开发 厉行节约 防治污染和水资源回用四者并重的原则 把水质和水量统一考虑 要用系统的观点来考虑水污染的防治 大力推行清洁生产 不 断开展中水回用工作 随着我国人口的不断增长以及工业 农业的发展 对水的需求量 也不断增加 同时严重的水污染问题使水资源短缺更进一步加剧 危害生态环境和人类 的生存 城市污水具有量大 集中 水质水量相对稳定 且污水资源位于城市内 易于 收集 而且不受季节 丰枯水期等因素影响 其回用水成本较低等特点 5 1 所以 在条 件许可的城市内可以大力开展中水回用 用以缓解城市严重的缺水问题和实现城市的可 持续发展 实现城市中水回用 具有很重要的现实意义 其意义首先在于 一方面 它能缓解 9 第一章引言 我国水资源短缺的现状 为生活用水 农业用水乃至工业用水等开辟了第二水源 能大 量节约有限的淡水资源 使水资源得到高效可持续利用 另一方面 中水回用也是抑制 污水排放的有效途径 能够大量减少污水的排放量 减轻对自然水体的污染程度与污染 范围 相应地降低了治理环境污染的投资 发挥了一定的社会效益 可见 污水实现资 源化不仅具备缓解城市水荒的能力 而且可以节约水资源 更有利于控制水体污染和改 善生态环境 具有明显的环境效益 经济效益和社会效益 是使水资源得到节约利用和 增值的有效途径 也是实现环境保护的有效途径 中水利用可以为用户或企业工厂等节省水费 排污费的支出 以及铺设引水管线及 运行等设施的投入费用 相应的可降低产品的生产成本 而近距离引用中水是一套既经 济又方便可行的方案 同时又能提高水的利用率 所以应大力提倡使用中水 因此 在中水工艺技术不断发展的今天 研究开发适合更广范围使用的污水回用工 艺 设备 既可以解决废水的污染问题 又可以降低城市小区公用水的用水成本 可将 中水作为冲洗小区公路 厕所 浇花以及景观用水等 而对于当今社会水资源短缺 社会的高速发展而引起用水需求的不断增加以及水资源浪费严重的状况下 研究中水回 用具有更重要的现实意义p j 1 5国内外中水回用的发展概况及进展 1 5 1国外中水回用现状及进展 中水回用技术的研究与应用已有近百年的历史 现已成为世界不少国家解决水资源 不足的战略性措施 中水回用极大的满足了部分工农业和城市发展对水的需要 当前 各国都在开展实施中水回用技术 国外的一些国家由于开展中水回用研究较早 因此 他们的技术先进 各类法律法规也相对比较完善 人们的中水回用意识都比较强 以下 主要介绍一下美国 以色列 日本等一些发达国家的中水会用情况 6 l 引 1 美国是世界上最早采用污水再生利用的国家之一 早在1 9 5 0 年美国污水研究者 俱乐部就利用实物模型对污水的深度处理进行了实验研究 6 0 年代末将膜生物反应器用 于进行废水的处理 7 0 年代初开始进行大规模建设污水处理厂 随后开始了再生污水的 研究与应用 目前 美国有近3 5 0 余座城市实现了污水处理后再利用 6 j 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1 0 0 其范围涉及农 业 工业 地下水回灌和景观娱乐方面 其所占比例大致为 6 2 用于地下水回灌和景 观用水 3 1 5 用于工业冷却用水 5 用于农业灌溉 1 5 用于娱乐 渔业等 污水处 1 0 长安大学硕士学 处于干旱和半干旱地带 人均水资源占有量仅为4 7 6 m 3 因此 人们很早就开始利用中 水 早在2 0 世纪6 0 年代 以色列就根据国内的地区条件和社会经济结构 采取与实际 相符合的各种中水回用工艺 并将水资源循环使用作为一项基本国策 到1 9 8 7 年 全 国市政工程就有2 1 0 个 1 0 0 的生活污水和7 2 的城市污水回用 全部污水的9 0 进 行了收集排放 8 0 的经过处理 高达6 0 6 5 的处理后进行了回用 其污水回用比例 之高堪称世界第一 6 为保证中水回用工作的顺利开展 以色列以法律的形式为污水回 用工作给予强有力的保障 而且 以色列在中水回用技术的研究 尤其是在回用水水质 以及可能引起的生态性问题方面均处于世界先进水平 3 日本 由于国土面积比较小 人口众多 各种自然资源都比较稀缺 一直以来 都是一个具有很强忧忠意识的国家 水资源主要靠河流 流量具有时间变动性 水资源 严重短缺 除实行定量供水外 只能实行中水回用 早在1 9 6 2 年日本就开始回用的实践 促进了当时的工业复兴 到7 0 年代中水回用 已初现规模 9 0 年代初在全国范围内进行了废水再生利用的调查研究与工艺设计 对中 水回用进行全面调查和总结 并使其技术进一步推广应用 在1 9 9 1 年日本的 造水计 划 中明确将污水回用再生技术作为最主要的开发研究内容加以资助 开发了许多的污 水深度处理工艺 在脱氮 脱磷 膜分离 膜生物反应器等技术方面取得重大进展的同 时 对传统的活性污泥法 生物膜法进行了多种不同水体的工艺实验研究 建立了许多 水再生工厂 引 截止2 0 0 3 年 全日本的再生污水回用处理设施已增加到2 1 6 座 回用水量达到 2 1 0 8 m 3 回用率增加到1 5 中水主要用于补充河道和建筑群的冲厕用水 以及消防 绿化 景观用水等 日本政府结合本国和各地区的实际情况 采用不同的处理方法 如 双管给水系统 即饮用水系统与再生水系统 日本政府为了鼓励中水回用 制定了相应 的奖惩措施 通过减免税收 扩大融资 提供补助金 加大惩罚力度等多种手段来大力 推广中水的回用 下表1 4 列出了日本各地典型的再生水利工程实例 第一章引言 表1 4日本再生水利用工程实例1 9 l 工程处理流程 东京港区某楼中水回用杂排水一格网一膜 r 0 膜 处理一活性炭吸附一氯消毒一冲厕 东京都江东地区工业回用二级处理出水一混凝沉淀一活性炭 j j n 氯一回用 江崎市工业回用二级处理出水一加氯杀菌一回用 一一 一一 杂排水一格栅一油水分离一曝气槽一沉淀槽 东京千代田区某楼中水回用 不 h n 二兰滤籍 釜嘉毒二茹磊饥忧旧 二级处理出水一好氧滤池 t 活性炭吸附一景观回用 川崎市再生水用于景观水体 i 巴西圣保罗市在利用城市中水灌溉公园 花园 冲刷卫生间 冲洗道路 汽车 以 及净化空气和美化环境等方面进行了大量研究和实践 此外 其他一些国家的污水回用事业也比较普遍 中水回用已经成为世界上不少国 家解决水资源不足的战略性对策 在国外已经具有丰富的经验 满足或部分满足了由于 水资源缺乏限制城市和工业发展的需要 收到了良好的经济效益和社会效益 表1 5 列 出一些国家再生水的利用情况 表1 5 部分国家再生水利用实例 1 5 2 国内中水回用现状及进展 与国外相比 我国的城市污水回用技术起步较晚 1 9 5 8 年我国才将中水回用列入国 家科研课题 到了2 0 世纪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 行了以城市污水回用为目的的污水深度处理试验 在专家们倡导和参与下 青岛于1 9 8 2 年就将中水作为市政和其他杂排水 以缓解淡水资源的危机 北京市也在1 9 8 4 年进行 了中水回用示范工程 并且在1 9 8 7 年出台政府第5 6 号文件明确规定 今后凡新建筑面 积超过2 x 1 0 4 m 2 以上的旅馆 饭店和公寓及建筑面积超过3 x 1 0 4 m 2 的机关 科研单位 大专院校 大型文化 体育等建筑以及新建生活小区都要建立中水回用设施 1 0 1 以推进 1 2 长安大学硕士学位论文 中水设施建设得到快速发展 到9 0 年代 国家相继完成了几个典型的中水回用工程 进入2 1 世纪以来 国内很多城市的污水处理厂再生水回用工程相继投入使用 中水回 用的范围迅速扩大 6 1 0 2 9 北京市规划建设的1 0 座中水处理厂 已建成水源六厂 酒仙桥 肖家河 方庄4 座 每日可提供中水2 5 5 万m 3 铺设中水管道约2 3 0 k i n 青岛 太原 深圳 西安等 城市也先后建成一系列中水回用系统工程 l 见表1 6 在北京 大连 天津 辽宁的 部分高校 已建立起一些中水回用系统 但全国其他省市有正规中水处理设施的高校并 不多 总的来说 由于资金缺乏 技术相对落后 中水回用在我国还处于起步阶段 污 水回用率偏低 表1 6 国内部分城市污水回用工程实例 目前 国民对中水的了解和认识还不太清楚 中水回用的观念还很低 需要通过宣 传教育加强节水意识 北方的中水回用工作相比南方要好些 这与客观的自然地理因素 经济条件有关 也和管理 意识等主观因素密切相关 发达国家在考虑使用回收水时 首先确定的是回收水再利用的途径 甚至这些项目都要在相关规则或者法律中规定 超 出这些范围的使用很难被批准 而我国对回收水再利用没有专门的规定 也没有中水回 用的鼓励政策 加之水价偏低 没有制定处理后的中水价格 在某种程度上限制了中水 回用的发展 在1 9 9 6 年全国已有近1 8 0 多套中水处理设施 但因种种原因 当时设施运行率并 不高 如深圳市2 9 套中水设施 只有2 套得以勉强坚持运行 北京1 2 0 套中水设施 保 持运行的仅6 0 套 由此可见 我国建成的中水回用系统并没有有效的使用 与国外的 高普及率 高利用率的中水回用系统比较 还有很大的差距 第一章引言 1 6 研究的目的及内容 本文通过对我国中水回用技术的研究和分析 发现我国经过几十年的引进和探索 在中水回用技术方面已经基本上能够满足要求 而且经过对中水回用的成本与效益进行 分析 得出中水回用将会创造巨大的经济 社会 环境效益 长远来看效益远远大于成 本 但是在实际却发现真正得以应用的较少 虽然有些地方有相关的法规 但是在真正 实行过程中由于各种原因 建筑单位以及业主对中水回用设施的重视程度不高 有的甚 至是有而不用 任其闲置 造成设施的浪费 经过研究提出目前制约我国中水回用系统 发展存在的主要问题 并且针对存在的这些问题 提出一些相关的建议和看法 为中水 回用的顺利实施提供参考 具体内容包括以下几部分 1 引言部分 从选题的背景 解决城市水资源短缺常采取的对策分析 得出中水回 用作为解决城市缺水的最有效方法之一 具有很重要的现实意义 通过对国内外中水回 用现状的调查 进一步引出了本文要研究的内容及目的 2 中水回用技术及相关理论 阐述了城市中水回用系统中水源 水质 水量 中水 回用的处理方法以及回用和供应方式 最后在各种处理方法的综合应用基础上列出了几 种典型的中水回用处理工艺 3 发展中水回用的有利条件 本部分主要以西安市为例论述了发展中水回用的有利 条件 这些条件为中水回用的发展提供了良好的外界环境 4 西安市中水回用的必要性及成本分析 通过对西安市水资源概况的论述 得出西 安市水资源总量有限 且存在污染严重和时空的分布不均等特性 而发展中水回用可以 有效的缓解城市水资源的短缺 因此 应该大力研究和发展中水回用 5 西安市中水回用实例调查与分析 本部分通过对西安市世家星城住宅社区及高校 建立中水回用设施 将中水回用于路面喷洒 绿化或冲厕用水等所创造的经济效益 进 一步推算出西安市进行中水回用将会为政府节省的巨额水费 在中水回用十分有利的情 况下 西安市实际上中水回用并不理想 对其进行调查研究发现主要存在一些问题 6 结论与建议 本文结合国内及西安市中水回用中存在的问题 从设计规划 建设 管理 施工验收 运行监管以及公众参与等方面提出一些建议 并对中水回用事业做了 进一步的展望 1 4 长安大学硕士学位论文 第二章中水回用技术及相关理论 2 1中水水源的水质和水量 2 1 1中水水源 中水水源是指选作中水而未经处理的水 通常来自建筑内部的生活污水 生活废水 工业生产中排放的冷却水及其它各种工业废水 其数量成分和污染物质与居民的生活习 惯 建筑物用途等因素有关 民用建筑内部分类及特点可见表2 1 表2 1 建筑内部排水分类及特点i n i 其中水回用水源一般分为以下三种组合 1 优质杂排水 包括洗手洗脸用水 冷却水 锅炉污水 雨水等 但不含厨 厕 排水 2 杂排水 除优质杂排水 还含厨房排水 3 综合排水 杂排水和厕所排水的混合水 其中优质杂排水是中水回用水源的首选 其具有水量大 污染程度低 处理工艺简 单 投资运行成本低等特点 如果其水量不能满足回用水量的要求 也可以选用杂排水 进行处理回用 最后才考虑选用综合排水 1 2 3 0 l 2 1 2中水水量 中水水源的水量是保证中水设施能否正常运行的前提条件 一般没有准确统计资 料 很难根据原水排水量直接确定中水水源水量 目前在设计中 大多根据建筑中作为 中水水源的给水量的8 0 9 0 作为计算水量 建筑物的给水量随着使用类型的不同而有所差别 当没有准确资料时 可按人均用 水量标准计算 表2 2 列出不同类型建筑中不同用途的人均给水量及占总水量的百分率 可作为设计参数 1 5 第二章中水回用技术及相关理论 表2 2 不同类型建筑中不同用途的人均给水量及百分率1 1 3 l 注 本表摘自 建筑中水设计规范 c e c s 3 0 9 1 由于国内资料较少 为便于参考 下面列出国外公共建筑用水量比例 日本 见表 2 3 表2 3日本公共建筑用水量比例1 1 3 l 2 1 3回用水质要求 中水回用的水质必须满足以下条件 1 0 1 4 2 2 2 7 1 1 满足卫生达标的要求 要安全可靠 其指标主要有大肠菌群数 3 个 l 细 菌总数 0 2 m g l 悬浮物 1 0 m g l b o d 5 1 0 r a g l c o d 1 0 m g l 等 2 满足人们的感观要求 即无不愉快的感觉 以解除人们对使用中水的心理障碍 其衡量指标主要有浊度 1 0 度 色度 4 0 度 臭味 无不快感即可 等 3 满足设备构造的要求 即水质不易引起设备管道的严重腐蚀和结垢 其衡量指标 有p h 值 6 5 9 0 硬度 缆中 所以将小区的生活污水处理后回用 其中水水源水量是足够的 而且不 会因为处理的污水量多于中水用水量的中水而造成资源浪费 其可以将其暂时贮存在中 水回用池内 可以作为一个中水取水站 用于附近的路面喷洒清洗 公路两旁的园林绿 化用水以及洗车和景观用水 其水量平衡图如图5 2 所示 图5 2 水量平衡示意图 5 1 4 系统评价及经济分析 由前面的计算分析可得将中水进行回用其节水量至少 1 2 9 4 6 m 3 d 根据 陕西省 城市节水用水管理办法 中规定 西安市城市居民生活用水的水价为2 9 元 立方米 可 知一个这样的居民小区每日可节省的自来水费为 3 7 5 4 3 4 元 一年可以节约水费1 3 7 0 3 万元 在此 可将中水回用情况分为以下两种 第一种情况 中水回用于入户冲厕和小区绿化用水 根据已建有的中水处理站建设成本来估算 设计的中水处理站处理能力1 6 0 0 m 3 d 中水设施的占地面积约8 0 0 m 2 构筑物土建部分投资约1 5 0 万元 设备安装部分投资1 6 0 万元 造价合计估算约为3 1 0 万元 室外管网和室内管线增加造价 按建筑面积每平方米6 元来计 估计造价为5 7 6 万 4 1 第五章西安市中水回用实例调查与分析 运行成本费用按0 8 5 元 立方米水来计 冲厕水价按假设按2 元 立方米来收取 则一年可创利润为 8 5 4 m 3 d 3 6 5 d x 2 0 0 8 5 元 m 3 3 5 8 4 6 7 元 绿化用水时间按8 个月来计算 市场水价按4 元 m 3 来计算 则一年可以节省费用 4 4 0 6 m 3 d x 3 0 d x 8 x 4 0 0 8 5 元 m 3 3 3 3 0 9 4 元 则投资回收期估算为 1 5 0 1 6 0 5 7 6 3 5 8 4 6 7 3 3 3 0 9 4 1 0 0 0 0 8 8 6 6 9 2 1 2 8 鉴于中水回用设施是一项长期工程 我们以2 0 年为期限 则可得出其2 0 年的净利 为 2 0 3 5 8 4 6 7 3 3 3 0 9 4 1 0 0 0 0 1 5 0 1 6 0 5 7 6 1 3 8 3 1 2 2 8 8 6 4 9 7 1 2 2 万元 第二种情况 中水回用不入户冲厕 仅用于城市绿化用水 根据已建有的中水处理