城市污水再生利用的理論與方法.pdf

1、21世紀(jì)，水的問題，是人類面臨的最大問題，這個觀點已成為當(dāng)今世界廣泛的共識。21世紀(jì)的中國，面臨著科技飛速發(fā)展、經(jīng)濟(jì)快速增長、人口向城市集聚與城市水資源短缺、飲用水供不應(yīng)求、水污染日益加劇的突出矛盾。在此背景下，研究城市污水資源化，城市再生水利用的理論與方法對于促進(jìn)污水回用事業(yè)發(fā)展，探究水環(huán)境恢復(fù)的原理與方略，解決城市水危機(jī)具有重要和深遠(yuǎn)的意義。 城市再生水是城市水資源重要的補(bǔ)充，可以用于農(nóng)業(yè)灌溉、景觀娛樂、工業(yè)、市政雜用和地

2、下水回注，有著廣闊的應(yīng)用前景。但能否成為現(xiàn)實，為公眾所接受，關(guān)鍵是看其水質(zhì)是否安全、可靠，是否滿足用戶要求。因此再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及其指標(biāo)參數(shù)的選取和取值問題、再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)模式等問題歷來為人們所關(guān)注，一定程度成為城市污水再生利用的理論支撐。本文從水污染物的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和微生物特征三個方面，研究再生水中的各種污染物成份，提出了它們在不同的標(biāo)準(zhǔn)中可能涉及到的各類指標(biāo)，如感官指標(biāo)，衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)和毒理學(xué)指標(biāo)；研究了再生水回用于農(nóng)業(yè)灌溉、景觀娛

3、樂、工業(yè)和地下回注的特點及其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制定的國內(nèi)外現(xiàn)狀，初步探討了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)參數(shù)及其取值，并根據(jù)對農(nóng)業(yè)灌溉標(biāo)準(zhǔn)的分析，找出了隱含在標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)律性，提出了再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的新模式。該模式是一個動態(tài)分級的標(biāo)準(zhǔn)，它將再生水根據(jù)糞便大腸桿菌參數(shù)的取值和對處理工藝的限制按層次劃分，這樣不同的地區(qū)可以統(tǒng)一使用，也可以在不同階段分別使用，具有更大的靈活性。該標(biāo)準(zhǔn)以大腸桿菌作為分級依據(jù)，取值從2.2個/L到10000個/L之間共五個數(shù)量級。

4、城市再生水出廠后到達(dá)用戶時的水質(zhì)是否穩(wěn)定，有無二次污染是供、用水雙方都關(guān)心的問題。因此再生水水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的提高與發(fā)展，是污水再生利用的理論與方法的重要組成部分。本研究在“軟件就是儀器”的思想理念指導(dǎo)下，構(gòu)建了再生水水質(zhì)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用LabVIEW軟件開發(fā)了一個再生水水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測的虛擬儀器。此虛擬儀器可以同時或分別對水溫、PH、COD、BOD、TSS等進(jìn)行監(jiān)測。該系統(tǒng)將信息采集、數(shù)據(jù)傳輸和處理一體化，能夠在一臺計算機(jī)上完成各

5、項水質(zhì)指標(biāo)的測試。該系統(tǒng)在哈爾濱工業(yè)大學(xué)管網(wǎng)狀態(tài)模擬實驗室進(jìn)行了再生水水質(zhì)模擬監(jiān)測實驗，測定了水樣中COD隨時間的變化情況，檢測結(jié)果與設(shè)計思想吻合，能夠達(dá)到再升水水質(zhì)在線監(jiān)測的目的。系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測，反映了水質(zhì)的真實性，且數(shù)據(jù)自動采集、存儲，可節(jié)省人力物力。該系統(tǒng)除可對程序中設(shè)計的COD等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測外，只需變換傳感器的類型就可進(jìn)行其它有機(jī)、無機(jī)和微生物指標(biāo)的監(jiān)測，因此系統(tǒng)具有應(yīng)用的普遍性。 哈爾濱是東北地區(qū)典型的政治、經(jīng)濟(jì)、文化

6、中心城市，地處松花江畔卻為水所困。本課題以該城市作為參照系，研究了城市水資源承載力問題；再生水的規(guī)模預(yù)測問題；再生水生產(chǎn)工藝優(yōu)化問題；并將城市的污水收集系統(tǒng)、污水處理及再生水生產(chǎn)系統(tǒng)、再生水管網(wǎng)系統(tǒng)視為一個整體系統(tǒng)，建立起整體系統(tǒng)費(fèi)用的數(shù)學(xué)模型。城市再生水系統(tǒng)費(fèi)用的數(shù)學(xué)模型由街區(qū)管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用方程、市政污水管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用方程、污水提升泵站建設(shè)費(fèi)用方程、再生水廠費(fèi)用方程、街區(qū)再生水管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用方程、市政再生水管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用方程、再生水加壓泵站的

7、費(fèi)用方程、污水提升年運(yùn)行費(fèi)用方程、再生水加壓泵站運(yùn)行費(fèi)用方程共九部分組成。用MatLAB語言對數(shù)學(xué)模型優(yōu)化求解，選取我國北方地區(qū)40個城市和城區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：人口、污水量及面積，求解出當(dāng)一個污水廠的處理水量為8-10(104m3/d)、再生水的產(chǎn)量為3.2-4(104m3/d)時，城市污水處理及污水再生系統(tǒng)投資最經(jīng)濟(jì)，再生水的成本最低，從而可實現(xiàn)城市再生水系統(tǒng)的優(yōu)化配置，促進(jìn)污水資源化進(jìn)程。 污水再生過程是一個復(fù)雜的工程系統(tǒng)，由

8、若干個單元技術(shù)所組成。污水處理技術(shù)從傳統(tǒng)常規(guī)工藝到現(xiàn)代新概念、新理論指導(dǎo)下研發(fā)的新技術(shù)已取得重大的進(jìn)展。本研究不涉及技術(shù)本身的原理和實踐，而是通過單元技術(shù)的合理組合，選出了具有最優(yōu)效能的污水再生工藝流程。組合的四種再生水生產(chǎn)工藝流程是： Ⅰ-普通活性污泥法+混凝、沉淀、過濾Ⅱ-A/A/O工藝+混凝、沉淀、過濾Ⅲ-前置反硝化脫氮工藝+混凝、沉淀、過濾Ⅳ-厭氧-好氧活性污泥法除磷+生物膜過濾經(jīng)過基建投資估算、經(jīng)營費(fèi)用核算，流程Ⅰ至

9、流程Ⅳ都是技術(shù)可行的方案，都可以用于污水再生工程的設(shè)計。但是從工程的投入與產(chǎn)出比較，流程Ⅳ即二級處理過程應(yīng)用生物除磷，深度凈化過程中采用生物膜過濾硝化脫氮的方案，顯著地提高了再生水水質(zhì)，基建投資與經(jīng)營費(fèi)用也較經(jīng)濟(jì)合理，可作為再生水廠的首選方案。 城市污水再生利用，是基于可持續(xù)發(fā)展理論的思想體系和發(fā)展觀。因此是技術(shù)問題也是重要的管理問題。本研究考證了國內(nèi)外水資源管理立法和制度建設(shè)的大量資料并作了對比分析，結(jié)合哈爾濱市的實際情況，