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再生水是指污水经过适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。和海水淡化、跨流域调水相比，再生水具有明显的优势。从经济角度看，再生水的处理成本低；从环保角度看，污水再生利用有助于改善生态环境，实现水生态的良性循环。再生水是城市的第二水源，将再生水深度处理后回灌到地下，不但可以防止海水入侵、地面沉降，而且可以补给地下水资源，缓解水资源紧缺的矛盾，是贯彻可持续发展的重要措施。城市污水再生补给地下水，是水资源可持续发展的重要措施和具体体现，对我国经济、社会的发展和环境保护具有重要的战略意义。
本论文以武汉市汤逊湖污水处理厂二级出水为研究对象进行中试，以处理达到回灌标准为研究目的，观察污水深度处理工艺和一体化装置对污水的处理效果，检验其回灌补给地下水的可行性，为野外工程实例的顺利开展提供理论指导和实验依据。在中试实验研究基础上，选用与污水处理厂二级出水一级B标准较接近的某人工湿地出水为进水，通过工程实例--日处理100吨再生水的示范工程的设计、建设、运行调试、效果和成本分析，研究确定运行过程中的最佳运行参数，包括絮凝剂投加量、反冲洗和排泥方式的优化，了解和掌握该工艺的实际运行情况，检验其是否可以稳定连续提供安全的再生水。为其应用推广提供参考依据。
论文得出的主要结论如下：
1、对比城市污水处理厂二级出水水质与回灌用水水质要求和标准，再生水深度处理主要需要去除二级出水残余的溶解性有机物、营养型无机盐氮磷、细菌和病毒，分析各污染物去除方法的效率、稳定性、成本等因素，确定了拟采用的工艺单元。参考再生水回用规范和其他地区地下水回灌深度处理措施，综合考虑组合工艺对整体流程的适应性、去除效率、投资与成本、运行控制的难度等因素，采用二级出水→混凝沉淀→过滤→吸附→消毒→再生水利用的工艺。
2、为提高处理效率、减少副反应对地下水的潜在危害、降低成本，需对本工艺各环节单元进行优化，本研究采用了课题组其他成员已开发或选择的WFE改性膨润土絮凝剂、纤维球过滤材料、MWB活性炭吸附剂、改性斜发沸石吸附(离子交换)剂和臭氧消毒剂，确保不会给地下水增加新的污染因子。
3、以城市污水处理厂二级出水作为再生水水源，采用一体化连续运行装置中试确定最佳运行参数，检验此工艺的可行性。实验结果表明本工艺能有效地去除二级出水中影响回灌的溶解性有机物、营养型无机盐氮磷、细菌和病毒等，对二级出水中的CODCr和CODMn去除率达到50％以上，总磷去除率90％以上，氨氮去除率80％以上，总磷、浊度等经处理后远低于国标要求的限值。出水水质指标均满足《城市污水再生利用地下水回灌水质GB/T19772-2005》的要求。为野外工程试验的顺利展开提供理论基础和参数依据。
4、结合中试实验确定的参数，设计出一套占地面积较小，效率较高的工艺布置方案。通过工程实例--日处理100吨再生水的示范工程的运行调试、效果和成本分析，了解和掌握该工艺的实际运行情况。本深度处理工程对二级出水有较好的处理能力。污水中的浊度、pH、硫酸盐、氯化物、阴离子表面活性剂、COD、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、总磷、氰化物、硫化物和粪大肠菌群等各水质指标均可以达到甚至远低于地面回灌标准限值。经过初步经济分析所得单位制水价格较低，仅为1.274元/m3水，拥有良好的发展前景。通过实际工程对工艺的不断调试和完善，其技术和工艺流程基本可行，为后期的工业化设计和实施奠定了可靠的基础。
5、本深度处理技术效果优秀、操作简便、成本低廉。其再生水除了回灌地下水外，还可以在其他回用用途方面进行研究，以拓展其回用范围。