第1章緒論



1.1城鎮污水的組成與排水體制001



1.1.1城鎮污水的組成001



1.1.2城鎮排水體制003



1.2城鎮污水綜合利用相關水質指標005



1.2.1城鎮污水的物理指標005



1.2.2城鎮污水的化學指標006



1.2.3城鎮污水的生物指標013



1.3水資源狀況與污水資源綜合利用014



1.3.1水資源狀況及其特征014



1.3.2水資源危機及解決對策018



1.3.3城鎮污水水質特征020



1.4城鎮污水資源綜合利用發展狀況及前景022



1.4.1城鎮污水資源綜合利用的意義022



1.4.2國外城鎮污水資源綜合利用發展狀況023



1.4.3國內城鎮污水資源綜合利用狀況027



1.5城鎮污水綜合利用存在的問題與對策030



1.5.1城鎮污水綜合利用主要問題030



1.5.2城鎮污水綜合利用的主要對策032



1.5.3我國城鎮排水繫統的改進措施033



參考文獻037







第2章城鎮污水污染物去除與資源回收利用



2.1城鎮污水有機污染物去除技術038



2.1.1有機污染物的生物處理原理038



2.1.2活性污泥法040



2.1.3生物膜法044



2.2城鎮污水脫氮處理技術047



2.2.1生物脫氮機理047



2.2.2生物脫氮處理工藝049



2.2.3生物脫氮處理工藝主要影響因素051



2.3城鎮污水除磷技術053



2.3.1化學除磷技術053



2.3.2生物除磷技術055



2.4城鎮污水懸浮物與濁度去除技術060



2.4.1混凝處理技術060



2.4.2過濾處理技術064



2.5城鎮污水消毒處理技術071



2.5.1消毒原理071



2.5.2化學氧化劑消毒072



2.5.3光電技術消毒077



2.5.4協同消毒078



2.6城鎮污水生物處理新技術079



2.6.1膜生物反應器(MBR)工藝079



2.6.2腐殖活性污泥技術082



2.6.3新型污泥減量技術085



2.7污水中的資源回收利用技術086



2.7.1金屬離子的回收087



2.7.2酸堿物質的回收093



2.7.3油類物質的回收097



2.7.4有機原料的回收099



2.7.5污水中磷的回收102



參考文獻107







第3章城鎮污水資源利用途徑與方式



3.1城鎮污水再生利用類型與水質要求108



3.1.1城鎮污水再生利用的主要類型108



3.1.2不同利用途徑的水質要求108



3.2城鎮污水資源利用方式116



3.2.1城鎮污水回用於工業用水117



3.2.2城鎮污水回用於農業用水121



3.2.3城鎮污水回用於景觀水體124



3.2.4城鎮污水用於地下水回灌125



3.2.5城鎮污水回用於建築中水126



3.2.6城鎮污水回用於生活雜用水127



3.3城鎮污水資源利用若干問題128



3.3.1城鎮污水資源利用的技術要求128



3.3.2城鎮污水回用於農業灌溉的問題131



3.3.3城鎮污水回用於工業用水的問題132



3.3.4城鎮污水回用於娛樂景觀用水的問題133



3.3.5城鎮污水回用於地下水回灌的問題133



3.3.6與城鎮供水繫統的關繫134



3.4污水再生回收利用繫統水質模型135



3.4.1部分回用繫統水質模式135



3.4.2全部回用繫統水質模式136



3.4.3污水再生回收利用繫統水質模型分析137



3.4.4污水再生回收利用繫統水質模型分析結果139



3.5城鎮污水資源利用項目的目標與規劃139



3.5.1城鎮污水資源利用的目標139



3.5.2城鎮污水資源利用項目的規劃方法141



3.5.3城鎮污水資源利用項目的規劃方案141



3.5.4城鎮污水資源利用項目的規劃範圍142



3.6城鎮污水資源利用市場信息調查與評估142



3.6.1城鎮污水資源利用市場信息調查142



3.6.2城鎮污水資源利用市場評估144



3.7城鎮污水資源利用工程的設計原則144



3.7.1城鎮污水資源利用工程設計的特點144



3.7.2城鎮污水資源利用工程設計的組織147



3.7.3城鎮污水資源利用工程項目的合同147



3.8城鎮污水資源利用工程項目的經濟分析149



3.8.1經濟分析的目的149



3.8.2經濟分析的方法150



3.8.3經濟評價的敏感性分析154



參考文獻154







第4章城鎮污水污泥特性與土地處置利用



4.1城鎮污水污泥的來源與分類157



4.1.1城鎮污水污泥的來源157



4.1.2城鎮污水污泥的分類158



4.2我國城鎮污水污泥的特性160



4.2.1污泥中的化學成分160



4.2.2污泥的微生物學特性164



4.2.3污泥中的有毒有機物166



4.3城鎮污水污泥的土地處置利用167



4.3.1農田利用167



4.3.2林地利用168



4.3.3園林綠化利用169



4.3.4土地改良169



4.3.5污泥土地利用應注意的問題170



4.3.6污泥土地資源化利用準則173



4.4國內外城鎮污水污泥處理處置與資源化利用狀況及趨勢175



4.4.1我國城鎮污水污泥處理處置狀況175



4.4.2國外城鎮污水污泥處理處置狀況176



4.4.3我國城鎮污水污泥處理處置中存在的問題177



4.4.4我國城鎮污水污泥處理處置與資源化利用對策181



參考文獻182







第5章城鎮污水污泥資源化利用技術



5.1城鎮污水污泥的堆肥184



5.1.1堆肥的基本原理185



5.1.2污泥堆肥工藝及其控制187



5.2城鎮污水污泥在建材方面的利用207



5.2.1燒結建材208



5.2.2污泥制水泥210



5.2.3污泥制生化纖維板213



5.2.4污泥制陶粒215



5.3污泥兩相厭氧消化制沼氣218



5.3.1兩相厭氧消化工藝基本原理218



5.3.2兩相厭氧消化工藝處理混合污泥的效能219



5.3.3預處理對低有機質污泥厭氧消化性能的改善221



5.4污泥氣化法223



5.4.1基本原理與工藝流程223



5.4.2應用實例223



5.5污泥的其他方面資源化利用途徑224



5.5.1污泥制動物飼料224



5.5.2污泥制吸附劑225



5.5.3污泥作黏結劑225



5.5.4污泥替代部分紙漿用於造紙226



參考文獻226







第6章城鎮污水熱能的回收利用



6.1城鎮污水的熱能資源228



6.1.1城鎮污水的熱能特征229



6.1.2城鎮污水處理廠水溫變化特性分析230



6.1.3城鎮污水熱能資源利用的意義235



6.1.4城鎮污水熱能資源利用發展狀況236



6.2熱泵原理與特性237



6.2.1熱泵工作原理237



6.2.2熱泵的基本運行239



6.2.3不同熱源的熱泵種類244



6.2.4熱泵的特性245



6.3城鎮污水熱能資源利用繫統原理及方式250



6.3.1熱回收熱泵繫統250



6.3.2污水熱源泵的組成及工作原理251



6.3.3城鎮污水熱能資源利用繫統工作原理252



6.3.4城鎮污水熱能資源利用基本方式253



6.3.5城鎮污水熱能資源利用熱力學分析255



6.3.6其他水源熱能資源回收利用繫統256



6.3.7熱泵集中供熱(冷)繫統257



6.3.8城鎮污水的熱能在融雪方面利用258



6.4城鎮原生污水熱能資源利用技術分析259



6.4.1城鎮原生污水熱能回收利用方式分類及特點259



6.4.2城鎮原生污水熱能資源利用方式分析及比較264



6.4.3城鎮原生污水熱能資源利用繫統污水水質控制265



參考文獻267







第7章城鎮污水熱能利用繫統運行效能與利用潛力



7.1城鎮污水熱能利用繫統評價指標的計算與分析268



7.1.1節能性評價指標的計算與分析268



7.1.2經濟性評價指標的計算與分析269



7.1.3環保性評價指標的計算與分析270



7.2處理後污水熱能資源利用繫統運行效能分析270



7.2.1用於供暖時的運行效能分析271



7.2.2用於空調制冷時的運行狀況272



7.3原生污水熱能資源利用繫統運行效能分析273



7.3.1用於供暖時的運行效能分析274



7.3.2用於空調制冷時的運行效能分析275



7.4不同換熱形式的污水熱能資源利用繫統運行工藝分析277



7.4.1直接換熱式污水熱泵繫統運行工況分析277



7.4.2間接換熱式污水熱泵繫統運行工況分析278



7.4.3兩種換熱形式的運行效果280



7.5城鎮污水熱能資源利用節能潛力和經濟性的分析281



7.5.1計算和分析方法281



7.5.2節能潛力與經濟性284



7.6城鎮污水熱能資源利用對減少大氣污染的作用285



7.6.1計算和分析方法286



7.6.2減少大氣污染的作用287



參考文獻288







第8章城鎮污水深度處理及資源利用工程實例



8.1國內某城鎮污水深度處理及景觀利用工程實例289



8.1.1概況289



8.1.2污水處理流程及主要構築物290



8.1.3底部曝氣氧化溝繫統的特點與運行控制要點294



8.1.4底部曝氣氧化溝中試啟動試驗297



8.1.5污水深度處理工藝301



8.1.6污水處理廠運行效果302



8.2國內某城鎮污水處理廠升級改造工程實例307



8.2.1概況307



8.2.2改造前污水處理廠工藝流程308



8.2.3升級改造工程的相關試驗研究310



8.2.4污水生物處理升級改造工程措施與工藝311



8.2.5升級改造後運行效果313



8.2.6升級改造後改善受納水體作用317



8.3國內某城鎮污水處理廠剩餘污泥高溫好氧堆肥工程實例317



8.3.1概況317



8.3.2污泥好氧發酵堆肥工藝分析318



8.3.3污泥好氧發酵堆肥工藝運行分析321



8.3.4污泥好氧發酵堆肥工藝技術經濟分析324



8.4國內某城鎮污水熱能回收利用研究實例325



8.4.1試驗流程及條件325



8.4.2與其他供能方式的比較326



8.5國內某城鎮污水處理廠二級出水熱能利用實例328



8.5.1二級出水熱泵繫統328



8.5.2運行維護329



8.5.3基建投資和運行成本330



8.6國內某住宅建築污水熱能利用實例331



8.6.1地下環路式水源熱泵繫統331



8.6.2地下水式水源熱泵繫統332



8.6.3水環式水源熱泵繫統332



8.7日本城鎮污水熱能回收利用工程實例333



8.7.1利用城鎮污水的熱能供熱和制冷333



8.7.2直接利用城鎮污水的熱能融雪334



參考文獻337







索引

近年來隨著我國經濟的快速發展，人民生活水平的不斷提高，城鎮化和工業化進程的加速，水體污染嚴重和水資源短缺問題日顯突出，已成為我國經濟社會發展和城鎮化的制約因素。人們在認識到水污染治理和水資源保護重要性的同時，對城鎮污水資源綜合利用的意義和作用也達成了共識。經濟和社會的持續發展應與水環境的保護和水資源的合理開發利用同步，開展城鎮污水資源綜合利用既有利於水環境的保護，又有助於水資源的合理開發利用。



人們對城鎮污水資源綜合利用有一個認識過程。實際上，潛意識的城鎮污水資源利用一直在進行。對自然界的很多江河而言，往往依江河上下遊兩側會有多座城鎮坐落，此時流經下遊城鎮的河水中總是會含有上遊城鎮排入的城鎮污水，因此在河流終排入海洋或某一湖泊之前必然作為水資源被重復利用多次，而且這種問題不但涉及一個地區、一個國家甚至多個國家，且是一種普遍現像。河水的這種自然回用方式在人類文明的發展進程中始終存在，隻是不易引起人們的重視。隻有當河流污染導致水質變差，影響其使用功能時，人們纔會發現問題的嚴重性，纔會認識到水的自然淨化能力是有限的，需要通過外界的現代科學技術手段來維護水體自然回用，從而推動城鎮污水資源綜合利用技術的不斷進步。



目前在談論城鎮污水資源綜合利用問題時，大多還隻是關注提升水質後的再生利用，對城鎮污水的資源開發也更多是滿足於將城鎮污水作為水資源的補充利用，卻忽視了城鎮污水相關的其他資源潛能的開發利用。這種城鎮污水資源的利用還不能說是真正意義上的城鎮污水資源綜合利用，隻能說是城鎮污水的再生利用，而真正意義上的城鎮污水資源綜合利用，應是隨著經濟發展與科學技術進步，在進一步擴大城鎮污水的再生利用範圍的基礎上，將污水處理過程中產生的污泥作為一種資源進行開發利用，並回收利用城鎮污水中所蘊藏的熱能。



這些問題如在過去講，人們會覺得很難去解決，認為得不償失，或不值得去做，但在城鎮污水二級處理已相當普及的今天，這些問題的解決不再困難。因為目前討論問題的起點已發生明顯變化，現在人們面對的不再是過去那種未經任何處理的城鎮污水，而是已經達到一級A或一級B的城鎮污水，這些處理達標的城鎮污水再經若干處理很容易成為符合各種用途要求的再生水，人們很難通過五官來區分再生水和天然水，同時城鎮污水的熱能回收利用也比以前更容易實施，因此將處理後的污水直接排放實在可惜。此外，為了防止產生二次污染，也必須妥善處置污水處理過程中產生的污泥，使得污泥的資源型潛能得以重視，特別是現代污水處理與環境設備技術的不斷進步，都為全面開展城鎮污水資源綜合利用創造了有利條件。



我們認為城鎮污水資源綜合利用的前提是去除污水中的各種污染物，現代污水資源綜合利用技術應是集污水再生回用、污泥利用及污水熱能利用為一體。城鎮污水資源綜合利用是變廢為寶的過程，當今的城鎮污水資源綜合利用技術，不能僅僅滿足於將城鎮污水隻作為水資源的補充利用，應將城鎮污水視為一個潛力巨大的、具有多種潛能的資源，在不斷深入研究和開發各種污水資源化技術基礎上，進一步從不同角度挖掘、開發城鎮污水資源化過程中蘊藏的各種潛能。



本書正是基於上述觀點和認識，為了適應形勢發展的需要，根據近年來國內外在城鎮污水資源綜合化利用領域所取得的科學技術進步成果，並結合我們近年來參加國家“十一五”和“十二五”水體污染控制與治理科技重大專項課題研究成果編著而成的。



本書在分析了城鎮污水水質特征的基礎上，針對我國城鎮污水資源綜合利用狀況和存在的問題及發展趨勢，基於城鎮污水資源綜合利用的前提是污染物去除、現代污水資源綜合利用技術應是集污水再生回用、污泥利用及污水熱能利用為一體的觀點，介紹了近年來廣泛采用的各種城鎮污水污染物去除技術及新技術，論述了城鎮污水再生利用類型與水質要求、城鎮污水資源利用途徑與方式、目標與規劃評價及工程的設計原則，同時還介紹了城鎮污水污泥特性、城鎮污水污泥的主要資源化利用途徑、技術方法及需考慮的工程技術問題，城鎮污水熱能回收利用繫統的原理、技術方式、工藝技術與主要影響因素分析，並進行了若干較為詳細的城鎮污水深度處理及資源利用工程實例分析。



本書在反映國內外該領域的科研與應用成果基礎上，理論聯繫實際，以使內容更加豐富，繫統性更強，既具有較強的理論性和技術性，又具有一定的實用性。我們希望通過該書的出版，為進一步豐富和完善城鎮污水資源綜合利用理論與技術體繫，推動我國城鎮污水資源綜合利用深入發展做出微薄貢獻。



借此本書出版之際，十分感謝國家“十一五”和“十二五”水體污染控制與治理科技重大專項課題的幫助，吉林省環保廳、吉林建築大學、長春水務集團、長春城鄉規劃設計研究院等單位的大力支持。正是由於得到了這些幫助和支持，纔使本書順利完成。在本書的編著過程中，由尹軍負責全書各章的編著、統稿和定稿，張居奎、劉志生、陳雷、韋新東等參與了本書部分內容的資料整理和編著工作。



由於作者水平和時間所限，本書在編著過程中的不妥和疏漏之處在所難免，敬請讀者予以批評指正。







編著者



2017年6月