【摘要】：本論文為國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“城市污水生態(tài)回用及水環(huán)境質(zhì)量保障”和國(guó)家科技重大水專項(xiàng)課題“缺水城市雨污水再生處理和不同途徑用水的關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”的專題研究?jī)?nèi)容。論文針對(duì)全球城市化進(jìn)程引發(fā)的城市水資源短缺和水環(huán)境污染問題,從“污水是重要水源”出發(fā),以可持續(xù)城市水環(huán)境系統(tǒng)建設(shè)為最終目標(biāo),開展了城市污水再生利用系統(tǒng)的構(gòu)建理論與方法研究。論文從解決城市缺水和水環(huán)境污染的主要途徑入手,分析了城市污水再生利用在解決城市水問題中的優(yōu)越性和必要性;在總結(jié)城市污水再生利用技術(shù)和系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了城市污水再生利用系統(tǒng)構(gòu)建的基本思路,并在此基礎(chǔ)上建立了城市污水再生利用系統(tǒng)的基本框架;通過對(duì)集中式和分散式兩種系統(tǒng)模式的系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)管理和系統(tǒng)建設(shè)的分析,明確了兩種系統(tǒng)的不同作用分別體現(xiàn)為“量”和“面”兩個(gè)方面,提出了集中式-分散式優(yōu)化組合的系統(tǒng)模式;通過系統(tǒng)分析和模型建立,形成了以“潛力分析-水量平衡-物料平衡-模式優(yōu)選-技術(shù)選擇”為主線的城市污水再生利用系統(tǒng)構(gòu)建典型流程,提出了傳統(tǒng)城市水系統(tǒng)的改良和優(yōu)化方案,建立了基于費(fèi)用-效益分析方法的城市污水再生利用項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法;理論成果應(yīng)用于典型案例研究,形成了不同尺度、不同模式的系統(tǒng)構(gòu)建實(shí)踐體系。論文的主要工作及其成果包括以下方面: 1.針對(duì)全球城市化短缺和水環(huán)境惡化的普遍問題,分析了新水源開發(fā)、城市節(jié)水和非常規(guī)水資源利用等解決途徑的不同特征和實(shí)施效果,明確了城市污水再生利用在緩解城市缺水和改善水環(huán)境中的必要性和重要作用,提出了城市污水再生利用是構(gòu)建水的良好循環(huán)的關(guān)鍵途徑、解決城市缺水的主要途徑和改善城市水環(huán)境質(zhì)量的有效途徑。 2.在總結(jié)國(guó)內(nèi)外城市污水再生利用技術(shù)和系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了未來的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在新技術(shù)、新法規(guī)和新系統(tǒng)三個(gè)方面。突破城市污水“達(dá)標(biāo)排放”的建設(shè)理念,通過連續(xù)的水量、穩(wěn)定的水質(zhì)、低廉的成本和靈活的方式的分析,驗(yàn)證了“污水是城市重要淡水資源”的連續(xù)性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性的四大顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),提出了通過城市污水再生利用系統(tǒng)的構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)污水的再生、再利用和再循環(huán),真正達(dá)到污水作為城市新增“第二水源”緩解城市缺水的目的。 3.從城市終端用戶著手,全面梳理了城市污水回用的主要途徑,歸納為生態(tài)回用、農(nóng)業(yè)回用、工業(yè)回用、市政回用、室內(nèi)回用和其他回用6個(gè)方面。通過現(xiàn)有傳統(tǒng)城市供排水系統(tǒng)的起源、發(fā)展和主要構(gòu)成的分析,理清了該系統(tǒng)“單向直流、末端處理”的明顯特性,總結(jié)了系統(tǒng)在水資源浪費(fèi)、污染物排放、水體污染、水文循環(huán)、規(guī)劃理念、管理方式等方面的問題和弊端。 4.引入可持續(xù)水環(huán)境系統(tǒng)建設(shè)理念,從城市內(nèi)部、城市與水體、城市與流域三個(gè)不同空間尺度總結(jié)了城市水系統(tǒng)可持續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)和基本原則,明晰了城市污水再生利用系統(tǒng)構(gòu)建對(duì)擴(kuò)展城市水資源、減少城市水污染、豐富城市水系統(tǒng)的巨大促進(jìn)作用,提出污水再生利用是城市建設(shè)和水環(huán)境建設(shè)的重要內(nèi)容。形成了城市污水再生利用的系統(tǒng)框架,框架主要構(gòu)成包括城市水系統(tǒng)體系、再生利用模式體系、回用途徑體系、系統(tǒng)評(píng)價(jià)和約束體系四個(gè)方面。 5.從系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)管理和系統(tǒng)建設(shè)三個(gè)主要方面對(duì)城市污水再生利用的集中式系統(tǒng)和分散式系統(tǒng)進(jìn)行了綜合研究和評(píng)價(jià),明確了兩種模式在城市污水再生利用系統(tǒng)中的不同作用,分別體現(xiàn)為“量”和“面”兩個(gè)方面,即集中式系統(tǒng)的重點(diǎn)是提高污水再生率和回用規(guī)模,分散式系統(tǒng)的重點(diǎn)是擴(kuò)大再生利用覆蓋面;以此為基礎(chǔ),提出了“優(yōu)水優(yōu)用、水盡其用”、“點(diǎn)面結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”的集中式-分散式組合優(yōu)化系統(tǒng)的建設(shè)和管理方案。 6.以城市污水的處理規(guī)模、再生率和城市用水總量、再生水使用率為參數(shù)建立了城市污水再生利用的潛力模型;建立了系統(tǒng)的總體水量平衡和污染物物料平衡方法及模型;建立了系統(tǒng)模式選擇的技術(shù)經(jīng)濟(jì)方法和模型;提出了污水再生處理技術(shù)的選擇方法、過程和標(biāo)準(zhǔn);以此為基礎(chǔ),提出了城市污水再生利用系統(tǒng)構(gòu)建的典型流程。 7.提出了城市污水再生利用系統(tǒng)建設(shè)的最終目標(biāo)是“最小排放”和“最大利用”,圍繞此目標(biāo),研究了傳統(tǒng)城市水系統(tǒng)的優(yōu)化方案,提出了基于城市整體水系統(tǒng)的“水系集成規(guī)劃”模式和“以用戶為導(dǎo)向(End Use Need)”的多元化建設(shè)和管理模式。 8.分析了不同污水再生利用途徑的主要經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn),建立了以凈效益(NBV)為指標(biāo)的費(fèi)用-效益擴(kuò)展經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型;從直接效益和間接效益兩方面重點(diǎn)對(duì)城市污水再生利用的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了研究和建模,明確了效益的主要構(gòu)成包括:自然資源效益、人力資源效益、環(huán)境效益;利用簡(jiǎn)化方式對(duì)污水再生利用的環(huán)境效益進(jìn)行了量化模型的建立,為城市污水再生利用的效益分析提供了實(shí)用工具,避免了潛在效益的低估。 9.理論研究成果和模型應(yīng)用于城市污水再生利用的典型案例分析和評(píng)價(jià),實(shí)施了西安市城市污水再生利用、西安思源學(xué)院污水再生利用和西安綠地世紀(jì)城住宅小區(qū)污水再生利用的系統(tǒng)構(gòu)建,形成了不同尺度、不同系統(tǒng)模式的系統(tǒng)構(gòu)建實(shí)踐體系。 在我國(guó),城市污水再生利用事業(yè)正在快速發(fā)展,但污水再生利用系統(tǒng)的構(gòu)建研究還處于起步階段,尤其缺乏系統(tǒng)的理論框架和方法體系。建立符合我國(guó)國(guó)情的城市污水再生利用系統(tǒng)構(gòu)建理論和方法體系,具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本論文的研究成果為城市污水再生利用系統(tǒng)建設(shè)的決策、實(shí)施和管理提供了理論依據(jù)和參考,促進(jìn)城市污水資源化的順利推進(jìn)。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2628546