城市污水中水回用可行性研究与工程设计

城市污水中水回用可行性研究与
工程设计
摘要
蓬莱市的地下水资源及地表水资源相当匮乏，主要以大气降水作为补给来源。

根据建设节约型社会的总体要求以及蓬莱市远景规划的要求，提高淡水重复利用率以及污水再生利用率是缓解水资源不足的有效途径。

因此经二级处理后的污水回用可以成为一种稳定的再生水源，应用于许多方面，比较现实易行，具有普遍意义。

本设计首先对蓬莱市中水回用进行了可行性分析，分别从必要性、技术可行性、经济可行性、环境可行性等方面进行了论述。

设计的主要内容是对该城市经二级处理的污水部分进行深度处理，并回用于城市工业、农业、景观、杂用等方面。

由于考虑到使用部门对水质的要求有所不同，所以本设计采用分类处理的工艺、按需供给。

对于一般景观、杂用等方面只采用过滤和消毒处理工艺；而对于电厂循环冷却水这样的高要求水质，则采用生化处理与过滤消毒相结合的处理工艺。

并且根据水质、水量进行了相关设计计算及图纸绘制，并进行经济技术分析，最后完成该中水回用的工程设计。

本课题对城市污水中水回用的可行性进行研究与工程设计，提出合理的设计方案。

该中水回用设计的实施将有利于减少城市对自然水体的开采量，为该市区开辟第二水源，使市区的风景游览区、港池及水源保护区呈现良好状态，为经济发展和对外开放创造良好条件。

关键词：中水回用可行性处理工艺循环冷却水
目录
1.文献综述 (1)
2.设计背景 (7)
2.1城市概况 (7)
2.2设计规范与标准 (9)
2.3编制范围 (9)
3.蓬莱市污水处理厂中水回用可行性研究 (10)
3.1中水回用市场分析 (10)
3.2可行性研究 (10)
3.3设计水量水质及用水标准 (13)
3.4工程治理目标 (13)
4.工艺方案选择 (14)
4.1工艺方案的选择原则 (14)
4.2中水处理工艺方案的比选 (14)
4.3工艺流程 (17)
4.4流程说明 (17)
5.主要建、构筑物尺寸及设计参数 (19)
5.1调节池 (19)
5.2前滤池 (19)
5.3曝气生物滤池 (24)
5.4机械搅拌澄清池 (29)
5.5后滤池 (35)
5.6加氯加药间 (35)
5.7清水池 (36)
5.8提升泵房 (37)
6.污水处理厂总体布置 (38)
6.1平面布置 (38)
6.2高程布置 (38)
6.3土建工程 (40)
7.节能及环境保护 (42)
7.1节能 (42)
7.2环境保护 (42)
8.工程估算及经济评价 (43)
8.1投资估算 (43)
8.2技术经济分析 (44)
9.结论及建议 (46)
致谢词................................................................................ 错误！未定义书签。

参考文献 (47)
附录 (49)
附录1―英文文献A N INTEGRATED WASTEWATER TREATMENT AND REUSE
CONCEPT FOR THE O LYMPIC P ARK 2008，B EIJING‖ (49)
附录2中文翻译 (61)
附录3图纸 (65)
1.文献综述
地球上可以利用的水资源约占地球上总水量的0.6%，而且分布不均。

加上经济和人口的增长以及水源的污染，近年世界上许多国家发生了水荒。

我国人均水资源占有量仅2400 m3，只有世界人均占有量的1/4[1]，属世界12个贫水国家之一。

全国已有近80%的城市缺水，北方尤为严重，全国每年缺水总量达1200亿m3，每年因此而影响工农业产值2000亿元以上[2]，严重影响了人民生活，限制了工农业生产和城市的发展。

在这种形势下，人们不得不在天然水资源(地下水、地面水)之外，通过多种途径开发新的水资源。

相比之下，污水回用可以成为一种稳定的再生水源，应用于许多方面，比较现实易行，具有普遍意义。

其中隐蔽回用也叫间接回用，在大区域规划中是可以考虑采用的。

据统计，美国155个城市水源中每30m3的水中就有1m3是上游的污水，40%的美国人口所用的水是上游用过1次以上的污水[3]。

我国从污染河段中取水的自来水厂也不在少数。

对小范围而言，常用的是直接回用，即将污(废)水加以适当处理后直接利用。

例如工厂中冷却水的循环利用、航天飞行中将生活污水经处理后再作生活饮用等都可算作污水直接回用。

而本论文主要是城市污水的直接回用。

污水直接回用必须满足三个基本要求：(1)水质合格；(2)水量足够；
(3)经济合算[8]。

一般说来，城市污水回用对象主要包括：
1、污水用于农业灌溉
这是一个古老而且永不过时的方向。

大约从19世纪60年代起，世界许多地方，如德、英、俄等国就将城市污水用于大面积草地灌溉。

我国自60年代以来，许多地方积极推行污灌，积累了正反两方面丰富经验。

污水回用往往将农业灌溉推为首选对象，其理由主要有两点：(1)农业灌溉需要的水量很大，污水回用于农业有广阔天地。

全球淡水总量中大约有70~80%
用于农业；不到20%用于工业，6%用于生活[1]。

(2)人为开发水资源，污水灌溉对农业和污水处理都有好处。

仅就对农业而言，能够很方便地将水与肥同时供应到农田。

总的来看，当前污水回用于农业，有三个问题需要用心解决：(1)水质应以利用生活污水为主，而且根据土地与作物要求，先对污水进行必要处理，防止危害环境以及长期灌溉后，土壤板结，作物中残毒积累等。

(2)长年利用对非灌溉季节的污水出路要事先妥善安排。

(3)管理污水灌溉涉及许多科学技术，应因地制宜，不断总结经验。

此外，目前城市污水的收集、处理与排放属市政当局投资管理，而污灌后受益归农民。

如何处理好供需双方的责权利也是一大关键。

2、污水再用于工业
每个城市，从用水量和排水量看，工业都是大户。

美国工业用水量约为生活用水的7倍。

我国太原市历年工业用水量占到全市总用水量的74～81%，工业排水量占全市总排水量60～73%。

面对清水日缺、水价渐涨的现实，工业除了尽力将本厂废水循环利用、循序再用，以提高水的重复利用率之外，对城市污水再用于工业也日渐重视。

据统计，美国357个城市污水回用总量中的40.5%是回用于工业的；伯利恒钢厂几十年来一直利用城市污水作为工业用水。

原苏联有36个工厂利用处理后的城市污水，每天回用量达55.5万m3。

我国太原北郊污水厂将其出水回用作太钢补充冷却水已有多年。

工业用水根据用途的不同，对水质的要求差异很大，水质要求越高，水处理的费用也越大。

理想的回用对象应该是用水量较大且对处理要求不高的部门。

符合这种条件的对象包括：(1)间接冷却用水，其对水质的要求，如碱度、硬度、氯化物以及锰含量等，城市污水的二级处理出水均能满足。

其对水量的要求很大，考虑循环使用之外，补充用水量就占工业总取水量
的30%以上。

所以应作为再用于工业的首选对象。

(2)工艺低质用水，工艺用水包括洗涤、冲灰、除尘、直冷、产品用水等，其用水量占到工业总用水量的37～50%(太原)。

其中许多用途如冲灰、除尘等要求水质较低，完全可以用回用水代替。

污水再用于城市生活
3
²
城市生活用水量比工业用水量小得多。

太原历年城市生活用水只占城市总用水量的19~26%。

其中有1/3以上用于公共建筑、绿化和浇洒，其余为居民生活用水。

世界上将城市污水经处理后直接用作生活饮用水源是有先例的。

如南非的温得霍克市和美国堪萨斯州的查纽特等。

而且由于处理得当，都未发生卫生问题[3]。

现今再生污水可再用于城市生活的对象只限于以下两方面：(1)市政用水，即浇洒、绿化、景观、消防、补充河湖等用水。

(2)杂用水，即冲洗汽车、建筑施工以及公共建筑和居民住宅的冲洗厕所用水等。

这类用水从水质上讲，要求不高，容易满足；而从水量上讲，只占全市总用水量的7~10%。

与灌溉用水和工业用水相比，水量少得多。

对于建筑中水回用应适当发展。

建筑中水最初是从日本发展起来的，至1985年已建60处。

其中独立建设的为57处，占总数95%，小区型的只有3处 [6]。

我国从70年代以来建筑中水发展很快，截至1996年，仅北京市就建起了85处建筑中水设施[7]，用来冲厕、洗车、绿化等都安全可靠，既减少了排水量，又节约了自来水，受到了社会重视。

但建筑中水设施建成后能持久应用的为数不多，北京市运转好的只占30%。

深圳市已决定不再发展。

现在看来，其原因主要可以归结为以下几方面：(1)一般回用水量小不能满足需要。

中水水源不外乎三类：①包括粪便水在内的生活污水；②不包括粪便水的杂排水；③单独的洗浴污水[10]。

(2)往往运行不正常，水质水量不稳定，用户难以放心依赖。

(3)一般经济上并不合算。

以北京为例[7]，建筑中水成本为1.4-1.5元/m3，比涉外宾馆的自来水费(1元/m3)加排
污费(0.12元/m3)总和还要高。

《建筑中水工程》一书中也说[6]:“从国内外的资料所介绍的情况可以看到，建设中水工程的每m3中水的基建投资费和中水成本与城市污水处理费用及城市给水费相比并不低，无疑要增加建筑投资。

”更一般的说，建筑中水工程的投资和成本与水量关系很大，规模越小，费用越高[4]。

按北京市统计[7]，只有水量≥750m3/d才经济可行。

可见，对于建筑中水，只能在有条件的地方适当发展[4]。

关于城市污水回用的经济性：当对城市污水采取分区集中回供时，与开发其它水资源相比，在经济上是有优势的。

(1)比远距离引水便宜。

将城市污水处理到可以回用作杂用水的程度，其基建投资只相当于从30km外引水；若处理到可回用作较高要求的工艺用水，其投资相当于从40~60km外引水[5]。

(2)比海水淡化经济。

城市污水中所含的杂质少于0.1%，而且可用深度处理方法加以去除；而海水则含有3.5%的溶解盐和大量有机物，其杂质含量为污水二级处理出水的35倍以上。

因此无论基建费或单位成本，海水淡化都超过污水回用[3]。

(3)污水回用既节约了水资源也消除了环境污染，其经济效益是双重的。

国内污水厂中水回用大体有五种处理模式：一是采用膜过滤—反渗透双膜处理工艺；二是采用水解酸化—生物曝气—深层过滤—消毒处理工艺；三是采用浮选—过滤处理工艺；四是采用高效过滤处理工艺；五是采用絮凝沉淀工艺。

国内城市污水经二级处理后再生回用于工业循环冷却系统的并不多。

华能北京热电厂设计容量为654/770ＭＷ，其工业用水和循环冷却系统补充水源为高碑店污水处理厂的二级处理出水，具体再生流程见下图。

经深度处理后的回用水质为BOD<5mg/l、SIO
<18.4mg/l、CL-<180mg/l、SS<10mg/l、
2
碱度<300mg/l，已达到循环冷却水的水质标准。

此外，河北邯郸热电厂、山西侯马热电厂利用石灰深度处理城市二级出水，也成功地回用到冷却系
统（见图1-1）。

图1-1石灰深度处理冷却系统
联合国早在1977年2月就向全世界发出警告“水不久将成为一个重要的全球性危机”。

如今，全世界面临水资源危机，产生的原因主要包括用水量急剧增加、水污染、水资源开发不合理、浪费严重等几个方面。

随着社会的迅速发展和文明的不断进步，特别是人口的急剧增加，人类对水的依赖程度越来越高，世界用水量急剧增加。

我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源量约为2200 m3，约为世界平均水平的四分之一。

而且，我国用水浪费严重，水资源利用效率较低。

目前，我国农业用水利用率仅为40%～50%，灌溉用水有效利用系数只有0.4左右。

工业方面，工业用水重复利用率低，仅为20%～40%，单位产品用水定额高。

城市生活用水方面，供水管网和卫生设备的漏水是形成浪费的主要原因，我国城市供水管网的漏水量约占全部供水量的10%左右。

此外，我国产业结构不合理，高耗水量行业发展集中，生产管理水平低，生产用水浪费严重；人们思想认识模糊，缺乏危机感，节水意识差，城市生活用水、家庭用水浪费现象普遍；缺少全局控制，违反生态规律发展，出现掠夺式开发、浪费式利用、混乱式管理；水的重复利用率低，相关法律、制度不健全，都是我国水资源危机出现的原因。

中水回用，是解决城市水资源危机的重要途径，也是协调城市水资源与水环境的根本出路，生活污水处理回用，既能减小对地下水的开采，又能给
我们带来一定的经济效益。

中水是指各种排水经处理后，达到规定的水质标准，可在生活、市政、环境等范围内杂用的非饮用水。

因为它的水质指标低于生活饮用水的水质标准，但又高于允许排放的污水的水质标准，处于二者之间，所以叫做“中水”。

由于“水危机”的困扰，许多国家和地区积极着手巩固和加强节水意识以及研究城市废水再生与回用工作。

城市污水回用就是将城市居民生活及生产中使用过的水经过处理后回用。

有两种不同程度的回用：一种是将污水处理到可饮用的程度，而另一种则是将污水处理到非饮用的程度。

对于前一种，因其投资较高、工艺复杂，非特缺水地区一般不常采用。

多数国家则是将污水处理到非饮用的程度，在此引出了中水概念。

中水也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(不含粪便污水)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[11]。

蓬莱市的地下水资源及地表淡水资源相当匮乏，主要以大气降水为主要补给来源，根据建设节约型社会的总体要求及蓬莱市远景规划的总体要求，提高淡水重复利用率及污水再生利用率，是缓解水资源不足的有效途径。

根据目前情况，本工程主要考虑污水经深度处理后回用于城市工业、农业、景观、杂用等方面。

此外，部分回用于电厂冷却水。

2.设计背景
2.1城市概况
2.1.1.社会政治经济概况
蓬莱市是一个以发展轻纺、机械工业为主的具有著名文物古迹的海滨风景旅游城市。

拥有国际盛名的蓬莱阁、八仙居、“盛唐海市”以及美妙无比的金沙滩。

1988年蓬莱被列为国家级胶东半岛风景区的一个重要组成部分，被批准为省级历史文化名城。

近几年来，蓬莱市委、市政府锐意改革，以旅游为龙头，带动经济的全面发展，通过内引外联积极吸引外资，发展全市经济。

现在全市共有合资、独资企业250多家。

随着经济的迅猛发展，蓬莱市的城市建设也日趋完善，正努力向现代化城市迈进。

2002年市区城市建设用地面积11.4平方公里(不含风景旅游度假区)，人口12.3万，其中城市人口9.4万。

蓬莱市1984年进行了城市总体规划，并得到了山东省人民政府的批准，但由于近十年来社会经济的迅速发展和旅游业的蓬勃兴起，1994年对城市总体规划进行了修订，城市的性质为：现代化的海滨风景旅游城市。

根据规划，2005年城区人口将达到15万人，其中城市人口12万人，2010年将达到25万人，其中城市人口20万人。

2.1.2.自然条件
（1）地理位置：蓬莱市地处胶东半岛中北部，东与烟台市区为临，西与龙口市毗邻，北临黄、渤海，南与栖霞市接壤。

位于东经120o35`至121o08`，北纬37o25`至37o50`，东西长约47.8公里，南北宽46.1公里，总土地面积为1201.8平方公里，海岸线全长86.3公里。

蓬莱市区位于抹直口湾海岸，城区海岸线长约12公里，“丹崖仙境”的蓬莱阁位于市区，庙岛群岛罗列海中，若贯珠然，地势险要，气势宏伟。

市区主要河流有两条：平山河河长15公里，流域面积787公里；龙山河河长21.1公里，流域面积134公里。

（2）气候特征：蓬莱市地处中纬度，北临黄、渤海，属温带东亚季风型海洋气候，四季变化分明。

历年平均气温11.9℃，一年中7月份气温最高，月平均气温24.6℃，极端最高气温38℃（1972年7月5日），一年中1。