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第一部分　针对环境保护的工业水回用1

1　工业可持续水管理3

1.1　可持续性的概念3

1.2　水资源4

1.2.1　概述4

1.2.2　水循环5

1.2.2.1　全球水循环5

1.2.2.2　城市水循环7

1.2.2.3　工业水循环9

1.3　工业可持续水应用10

1.3.1　概述10

1.3.2　水回用路线12

1.3.3　增加措施13

1.3.3.1　管路末端处理13

1.3.3.2　好的家务管理措施13

1.3.3.3　针对回用的分散式水处理13

1.3.3.4　工艺优化14

1.3.3.5　系统改进14

1.3.3.6　替代原料和辅助材料的应用15

1.3.4　清洁技术15

1.4　可持续工业水管理16

1.5　结论17

1.6　参考文献18

2　工业水再生、循环与回用21

2.1　综述21

2.2　水回用定义21

2.3　工业水回用22

2.3.1　历史背景22

2.3.2　工业水回用的基本原理23

2.3.3　水质因素23

2.3.4　工业水回用的处理要求24

2.4　废水处理技术25

2.4.1　初级处理26

2.4.2　二级处理26

2.4.3　三级与深度处理27

2.4.3.1　颗粒介质过滤27

2.4.3.2　膜工艺27

2.4.3.3　吸附27

2.4.3.4　去除营养物28

2.4.3.5　消毒28

2.4.4　贮存29

2.5　再生城市污水的工业应用：冷却塔补充水29

2.5.1　工业冷却水系统29

2.5.2　冷却塔中的水盐平衡30

2.5.3　冷却塔的水质问题31

2.5.3.1　结垢31

2.5.3.2　生物生长32

2.5.3.3　污垢32

2.5.3.4　金属腐蚀32

2.6　再生城市污水的工业应用：工业工艺用水32

2.7　总结与结论33

2.8　参考文献33

3　致力于可持续发展的工业环境保护36

3.1　概述36

3.2　可持续工业技术的综合概念36

3.3　清洁生产中的厌氧技术38

3.3.1　用于环境保护的厌氧技术38

3.3.2　例子39

3.3.2.1　纸浆与造纸生产39

3.3.2.2　电镀、化电与采矿业40

3.3.2.3　采用纺织品染料的工艺40

3.3.2.4　生物乙醇生产41

3.4　风险评价与公众接受性41

3.4.1　风险评价42

3.4.2　符合性监测42

3.5　参考文献43

第二部分　工业资源保护政策45

4　清洁生产：历史、概念、政策与手段、激励机制与实例47

4.1　概述47

4.2　实现可持续发展的方法与措施的说明48

4.2.1　国家环境政策规划1、2、3、4号49

4.2.2　我在1970～2000年期间的经验49

4.2.3　中小型企业（SME's）还是大型企业49

4.2.4　工业的关键角色50

4.2.5　国际组织的角色51

4.3 20世纪70、80年代手段与21世纪相应手段的对比51

4.4　面向可持续发展的改变过程52

4.4.1　现实的转变53

4.4.2　收益而不是支出：一个充满希望的战略53

4.4.3　政府和企业之间比法律和规范更好的关系54

4.5　成功协作的“游戏规则”54

4.5.1　政府和企业需要共同的视角54

4.5.2　可持续工业发展之路54

4.5.3　国际合作是根本需要55

4.5.4　需要更广泛的措施55

4.6　结束语55

4.7　参考文献56

5　有效保护与利用资源的国家政策58

5.1　概述58

5.2　减少工业资源使用强度的基本原理59

5.3　命令与控制手段60

5.3.1　德国强制购买法60

5.3.2　欧盟包装指令60

5.3.3　加拿大最小能量效率规范61

5.4　经济手段61

5.4.1　现有经济手段的实例64

5.4.1.1　在英国的经济敏感区域用经济手段实现可持续农业65

5.4.1.2　加利福尼亚的税收信用以及可再生能源的发展65

5.4.1.3　丹麦的风能65

5.4.1.4　欧盟统一农业政策的改革66

5.4.1.5　德国的水税66

5.4.1.6　法国的水收费体系66

5.4.1.7　荷兰降低农业中无机物排放的政策67

5.4.1.8　墨西哥糖业中水的合理利用67

5.5　其他手段68

5.5.1　柏林中小型企业的环境改善规划68

5.6　资源保护国家政策的评价69

5.7　支持采用面向输入政策的措施70

5.8　参考文献71

6　链环境管理战略75

6.1　概述75

6.2　供应链管理76

6.2.1　发展76

6.2.2　供应链管理的定义77

6.2.3　价值链78

6.2.4　伙伴关系79

6.3　生命周期评价80

6.4　环境关怀战略与生命周期分析的类型82

6.5　生命周期分析实施类型的要求83

6.6　供应链结构与要求84

6.7　案例研究85

6.7.1　屠宰副产品链85

6.7.2　咖啡分配链86

6.7.3　将生命周期分析的类型与供应链合作结构相联接86

6.8　闭式工业循环链式管理的前景87

6.9　参考文献88

7　工业生态系统的生态现代化92

7.1　概述92

7.2　作为工业转型概念之一的工业生态学93

7.2.1　工业生态学的产生93

7.2.2　生态工业园94

7.2.3　工业生态学需要社会理论95

7.3　工业转型中的代理与机构96

7.3.1　作为社会理论的生态学现代化96

7.3.2　机制改革的（三位一体的）网络方式97

7.3.3　公司环境战略的阶段99

7.4　生态工业园的构造100

7.4.1　总论100

7.4.2　生态工业园：足够的遵从与“免费效应”101

7.4.2.1 案例：越南的工业地产102

7.4.3　生态工业园：工业共生102

案例：卡伦堡的工业共生103

7.4.4　生态工业园：环境创新的难点105

案例：Cape Charles（查尔斯角）模型与PALME（帕尔默）标签106

7.5　结论与展望106

7.6　参考文献107

第三部分　工业中支持水与资源闭路循环的工具—A规范措施111

8　水循环利用的国际性指导方针113

8.1　绪论113

8.2　保护人类健康和保护环境114

8.2.1 定量微生物风险评价（QMRA）114

8.2.2　特异性风险（AR）115

8.3　污水回用规范和标准的实例115

8.3.1　世界卫生组织115

8.3.2　美国116

8.3.3　澳大利亚117

8.4　制订各国可因地制宜调整的国际标准框架118

8.4.1　根据用途确定再生水水质119

8.5　讨论122

8.5.1　权衡风险和经济承受能力122

8.5.2　国际合作的好处122

8.5.3　项目确定性的好处122

8.6　结论123

8.7　参考文献123

9　生态管理和审计方案—迈向可持续发展的重要一步125

9.1　前言125

9.2 EMAS的目标126

9.3 EMAS和EPER（欧洲污染物排放登记）126

9.4 EMAS：一种步进的方式127

9.4.1　环境管理体系127

9.4.1.1　第一步：环境政策127

9.4.1.2　第二步：规划环境表现、法律依据、工作目标和目的127

9.4.1.3　第三步：执行、操作、培训、权能、控制、检查和矫正行为129

9.4.1.4　第四步：交流和环境声明132

9.5　审计133

9.6　结论133

9.7　参考文献133

10　废油回用的最好可用技术（BAT）135

10.1　最好可用技术（BAT）135

10.2　佛兰德斯（Flanders）的废油处理136

10.3　处理及预处理工艺的描述137

10.3.1　工业废油的闭路循环137

10.3.2　无需蒸馏，用化学方法二次提炼出基油137

10.3.3　利用蒸馏法二次提炼出基油137

10.3.4　作为高炉的还原剂或燃料137

10.3.5　通过热裂解生产燃料138

10.3.6　在炼油厂中使用：同原油混合138

10.3.7　在炼油厂中使用：掺入真空塔的残留物质138

10.3.8　在焚化危险废物时作为一种辅助燃料138

10.3.9　作为水泥窑的燃料138

10.3.10　作为空间加热器的燃料（＜10MW）138

10.3.11　混入船用燃料138

10.4　处理系统的技术、经济和环境评估139

10.4.1　处理系统的技术有效性139

10.4.2　环境表现评价139

10.4.3　系统的经济可行性140

10.4.4 BAT的选择140

10.5　参考文献140

第三部分　帮助工业用水零排放和资源循环的工具—B系统分析143

11　水夹点分析：工业生产过程中尽量减少用水量和废水量145

11.1　前言145

11.2　理论框架146

11.2.1 基本概念（Baetens and Tainsh 2000）146

11.2.2　水夹点理论147

11.2.2.1 使用过程中水的特性147

11.2.2.2　确定水重复使用的可能性148

11.3　水夹点运用的实例研究154

11.3.1　不使用再生技术的最低用水量目标155

11.3.2　使用再生技术的最低用水量目标157

11.4　水夹点的实际操作158

11.5　参考文献160

12　纸浆和造纸工业中提高水再生利用的关键参数法162

12.1　造纸系统中的水循环162

12.2　主要特性的确定163

12.2.1　水和原料循环的形态163

12.2.2 K1和K2的基本定义（K值的直接确定）165

12.2.2.1 K1的定义165

12.2.2.2 K2的定义165

12.2.2.3 K1/K2的定义166

12.2.2.4　K1和K2的图解表示法166

12.2.3　复杂系统参数K的确定167

12.2.3.1　研究系统参数K的计算167

12.3　定义的证明168

12.3.1 K1和K2的分析表达式（K值的间接定义）168

12.3.2　工艺参数对K值的影响170

12.3.3　基于K值的工厂用水线路最优化的一般标准170

12.4　参数K的运用171

12.4.1　机械制纸生产厂中水循环的最优化171

12.4.2 K1和K2目标值分级以比较工厂173

12.4.3　将K值集成到现有最优化方法中174

12.5　结论和展望176

12.6　参考文献176

13　工业水资源管理的系统方法179

13.1　绪论179

13.2　水重复使用的挑战179

13.3　水资源管理的系统方法182

13.3.1　梯级方法182

13.3.1.1　工厂审计183

13.3.1.2　概念设计和评价183

13.3.1.3　小规模试验184

13.3.1.4　实施184

13.3.1.5　结论184

13.3.2　水夹点184

13.4　造纸工业案例研究185

13.4.1　工厂审计186

13.4.1.1　分析方案186

13.4.1.2　经过三级处理的市政出水187

13.4.2　概念设计与评价187

13.4.2.1 清洁白水的重复使用189

13.4.2.2　市政出水重复使用190

13.4.2.3　结垢趋势190

13.4.2.4　腐蚀性190

13.4.2.5　微生物结垢的可能191

13.4.2.6　水质的一致性191

13.5　结论191

13.6　参考文献192

14　一种用于饮用水生产和分配的环境影响评价专用软件工具193

14.1　绪论193

14.2 LCA（生命周期评价方法）194

14.2.1　定义194

14.2.2 LCA方法的步骤194

14.2.3 LCA方法论195

14.3 LCAQUA195

14.3.1 LCA方法论195

14.3.2 LCAqua的功能196

14.3.3　程序软件介绍196

14.3.4 LCAqua软件应用198

14.4　参考文献199

15　通过放射本能分析量化技术的可持续性201

15.1　绪论：可持续性和技术201

15.2　放射本能203

15.3　放射本能和可持续性：原理204

15.4　放射本能和可持续性：应用206

15.4.1　酒精生产206

15.4.2　废气处理208

15.5　前景209

15.6　参考文献210

第三部分　辅助解决工业水资源循环的工具—C工艺出水水质特征213

16　物理化学性质测试的分析技术215

16.1　前言215

16.2　分析数据的基础215

16.2.1　浓度值215

16.2.2　数据质量216

16.2.3　标准曲线217

16.2.4　取样217

16.2.5　立法框架218

16.3　光谱法218

16.3.1　分子光谱法219

16.3.2　原子光谱法220

16.3.3　质量光谱法221

16.4　色谱法222

16.4.1　薄层色谱法（TLC）222

16.4.2　气相色谱法（GC）222

16.4.3　液相色谱法（LC）224

16.4.4　体积排斥色谱法（SEC）224

16.4.5　离子交换色谱法（IC）225

16.5　电化学分析法226

16.5.1 pH电极和氧化还原电位电极226

16.5.2　电导率227

16.5.3　极谱法／伏安法227

16.6　特殊的水质分析法229

16.6.1　溶解性有机碳（DOC）229

16.6.2　可吸附卤代有机物（AOX）229

16.6.3　可同化有机碳（AOC）230

16.7　在线检测231

16.8　参考文献232

17　在生产链中利用模型防止食物污染235

17.1　绪论235

17.2　预测模型237

17.2.1　污染237

17.2.2　食物成分的转化238

17.2.3　运行费用239

17.3　在食品工业中的应用239

17.4　结论和机会242

17.5　参考文献243

第四部分　工业规模闭路水循环技术—A环境生物技术前景245

18　水与资源循环管理中生物技术的前景247

18.1　前言247

18.2　水的再利用在水闭路循环中的意义248

18.3 回用水的技术挑战和进步250

18.4　为闭路水循环而改进的各种生物技术252

18.4.1　改进的流化床生物技术：高大型生物反应器和膜生物反应器252

18.4.2　改进的复合膜生物反应器254

18.4.3　改进的生物膜技术254

18.4.3.1 固定床生物膜反应器254

18.4.3.2　流化床工艺255

18.4.3.3　移动床处理工艺256

18.4.3.4　气升式技术256

18.5　适用于工业废水处理的改进型生物反应器设计257

18.6　结论258

18.7　参考文献258

19　用于废水深度处理的生物工艺262

19.1　简介262

19.2　氮化物的新型生物转化过程263

19.2.1　新概念和／或新操作流程的设计263

19.2.1.1　不完全硝化264

19.2.1.2　高频通风工艺266

19.2.2　基于新发现的生物转化途径的工艺268

19.2.2.1　厌氧氨氧化（ANAMMOX）268

19.2.2.2 Sharon与Anammox组合工艺269

19.2.2.3　同时硝化和反硝化269

19.3　有机磷化物的新生物转化过程270

19.3.1　微生物种群的新鉴定技术270

19.3.2　反硝化除磷270

19.3.3　改进工艺控制的模型271

19.4　硫化物的新生物转化工艺272

19.4.1　研究微生物群落特征的新技术272

19.4.2　自养反硝化273

19.4.3　硫酸盐还原与氨氧化（SURAMOX）273

19.5　参考文献275

20　抗生物降解物质及杀虫剂类物质的生物降解281

20.1　简介281

20.1.1　适用于水循环与资源转化的环境生物技术281

20.1.2　电子受体多样性282

20.2　厌氧生物降解的微生物学282

20.2.1　介绍282

20.2.2　产甲烷环境中的底物降解283

20.2.3　生物降解含苯环化合物284

20.2.3.1 BTEX284

20.2.3.2　多环芳烃286

20.2.3.3　硝化苯和多氯苯287

20.2.4　表面活性剂287

20.2.5　氯烷的生物降解291

20.2.6　厌氧生物降解的局限性292

20.2.6.1　毒性292

20.2.6.2　抗性293

20.3　厌氧生物反应器技术293

20.3.1　简介293

20.3.2 EGSB反应器中含甲醛废水的厌氧处理295

20.3.3　邻苯二酸生产废水的二阶段厌氧处理296

20.3.4　厌氧反应器中的生物强化298

20.4　新进展299

20.4.1　基因工程微生物（GEM）的使用299

20.4.2　生物传感器299

20.5　参考文献302

第四部分　实现工业闭路循环的技术—B满足回用标准的先进技术313

21　物理-化学废水处理方法315

21.1　简介315

21.2　物理-化学单元操作315

21.3　去除颗粒物的单元操作317

21.3.1　絮凝／凝集在颗粒物去除中的作用318

21.3.1.1　凝聚／絮凝原理318

21.3.2　单元操作319

21.3.2.1　沉淀319

21.3.2.2　磁分离改进沉淀（SiroflocTM）320

21.3.2.3　微砂改进沉淀（ActifloTM）320

21.3.2.4　浮选320

21.3.2.5　微滤323

21.3.2.6　粗糙介质过滤323

21.3.2.7　快速砂滤324

21.3.3　单元操作效率324

21.4　去除溶解性污染物的单元操作325

21.4.1　沉淀325

21.4.2　活性炭吸附325

21.4.3　离子交换326

21.5　参考文献327

22　工业废水回用中的高级氧化技术330

22.1　简介330

22.2　臭氧、过氧化氢331

22.3　光氧化332

22.4 Fenton反应，光-Fenton工艺334

22.5　光催化336

22.6　电子束辐射340

22.7　超声波分解340

22.8　生物和化学的组合工艺340

22.9　结论341

22.10　参考文献341

23　膜技术在水回用领域的工业经验344

23.1　简介344

23.2　膜345

23.3　膜工艺347

23.4　实例研究347

23.4.1　微电子废水的再生348

23.4.1.1　简介348

23.4.1.2　水的管理和处理348

23.4.1.3　再生阶段349

23.4.1.4　经济性350

23.4.2　废染料的回收和再利用351

23.4.2.1　简介351

23.4.2.2　水的管理与处理351

23.4.2.3　经济性351

23.4.3　液体清洁剂的回收和控制352

23.4.4　墨西哥纸浆废水的回用352

23.5　参考文献353

第四部分　实现工业闭路循环的技术—C资源回收与管理355

24　氮的回收和再利用357

24.1　简介357

24.1.1　本文的目的357

24.1.2　氮的化学分类及可用性357

24.1.3　氮的固定358

24.1.4 N—循环的人为影响358

24.2　废水359

24.2.1　市政废水359

24.2.1.1　废水特征359

24.2.1.2　废水处理厂的流程360

24.2.1.3　硝化361

24.2.1.4　反硝化361

24.2.1.5　其他去除技术361

24.2.2　从废水中进行氮循环的可能技术361

24.2.2.1　生物固体361

24.2.2.2　吸附362

24.2.2.3　吹脱362

24.2.2.4　化学沉淀362

24.2.2.5　其他方法363

24.3　尿的分离364

24.3.1　分离浓N-溶液364

24.3.1.1　简介364

24.3.1.2　历史364

24.3.2　系统机制364

24.3.2.1　无混合厕所364

24.3.2.2　直接用作肥料365

24.3.2.3　进入管道系统的控制释放365

24.3.2.4　尿加工过程365

24.3.3　废物设计365

24.4　结论366

24.5　参考文献367

25　磷循环前景371

25.1　简介371

25.2　磷的历史371

25.3　磷的生命循环372

25.3.1　传统的磷循环372

25.3.2　现代社会的线性产出372

25.4　闭路磷循环373

25.4.1　磷酸盐矿石：不可再生资源373

25.4.2　下水道污泥373

25.4.3　动物排泄物374

25.4.4　取代磷酸盐矿作为原料的边界条件374

25.5　磷酸盐循环案例研究375

25.5.1　废水处理375

25.5.2　动物排泄物的处理376

25.6　经济性评价377

25.7　展望378

25.8　结论378

25.9　参考文献378

26 固体废物的材料和营养物质回收和能源再利用的系统性观点380

26.1　简介380

26.2 ORWARE模型380

26.2.1　方法和模型的总体描述381

26.2.2 ORWARE中的生命周期评价382

26.3　研究中的系统边界条件383

26.4　对策描述385

26.5　系统分析385

26.5.1　环境影响386

26.5.1.1　全球变暖386

26.5.1.2　酸性气体387

26.5.1.3　富营养化388

26.5.2　能源389

初级能源载体的消耗389

26.5.3　经济性390

26.5.3.1　金融成本390

26.5.3.2　总成本（金融成本＋环境成本）391

26.6　结论391

26.7　参考文献392

第五部分　工业工艺中水的闭路循环实例395

27　纺织工业用水的最小化及水的回用397

27.1　纺织和服装工业397

27.1.1　欧洲的纺织和服装行业397

27.1.2　纺织精加工过程398

27.1.2.1　纤维准备398

27.1.2.2　染色398

27.1.2.3　印花399

27.1.2.4　特殊精加工399

27.1.3　环境影响399

27.1.4　未来的方针399

27.2　纺织用水和废水的特征400

27.2.1　供水400

27.2.2　废水401

27.2.2.1　染料403

27.2.2.2　金属404

27.2.2.3　难降解和危险有机物404

27.2.2.4　盐类404

27.3　纺织废水的最小化、处理及回用404

27.3.1　污染防治技术405

27.3.1.1　原料的质量控制405

27.3.1.2　化学替代品405

27.3.1.3　工艺改进405

27.3.1.4　设备改进405

27.3.1.5　良好的运行实践405

27.3.2　化学品和水的再利用与循环——管路前端处理405

27.3.3　工艺水回用和循环——管路末端处理406

27.3.4　废水处理技术407

27.3.4.1　生物处理工艺408

27.3.4.2　物理／化学方法408

27.3.4.3　化学工艺408

27.3.4.4　吸附409

27.3.4.5　膜处理410

27.3.4.6　其他物理化学方法410

27.4　实例研究411

27.4.1　聚酯加工行业的物质流411

27.4.2　基于夹点分析的聚酯工厂水回用评价413

27.4.2.1　结果—喷射式染色415

27.4.2.2　结果—siluros418

27.4.2.3　结论418

27.4.3　集中处理与回用水厂的实例418

27.5　参考文献420

28　为造纸厂白液处理和水循环提供更多可能的新型中高温处理工艺—肾技术—概念425

28.1　简介425

28.2　现状426

28.2.1　厌氧处理的应用426

28.2.2　膜技术的应用428

28.3　结果与讨论428

28.3.1　经小规模处理厂验证的水处理厂设计428

28.3.1.1　小规模处理厂428

28.3.1.2 COD降低：生物＋曝气429

28.3.1.3　钙的沉降430

28.3.1.4 COD的削减：膜处理阶段431

28.3.2　造纸厂中试和工业规模处理厂的设计431

28.3.3　零废水造纸厂水处理装置的设计概念433

28.4　结论434

28.5　致谢435

28.6　参考文献435

29　采矿业与冶金行业利用生物法回收金属、硫和水438

29.1　简介438

29.2　硫酸盐还原菌439

29.2.1　生理学439

29.2.2　硫酸盐还原过程的电子供体选择440

29.3　用于去除金属的生物硫酸盐还原技术441

29.3.1 THIOPAQ？生物技术的设计441

29.3.2　资源回收442

29.4　在采矿和冶金行业的应用443

29.4.1　地表水的重金属去除（Budel-Zink Ⅰ）443

29.4.2　零排放的锌生产厂（Budel-Zink Ⅱ）443

29.4.2.1　工艺设计443

29.4.2.2　单元工艺444

29.4.2.3　工业规模运行445

29.4.3　酸性采矿废水中重金属的去除（Kennecott）446

29.4.4　其他应用447

29.5　致谢447

29.6　参考文献447

30 自然光催化：在处理水中农药方面的应用450

30.1　简介450

30.2　光催化基础451

30.3　试验体系：技术方面452

30.3.1　强化吸收光化学反应器452

30.3.2　非强化吸收光化学反应器454

30.3.3　太阳能光催化水处理厂455

30.4　农药的光催化处理456

30.4.1　阳光降解农药的实例456

30.4.2　进入光反应器中的累积能量458

30.4.3　稳定光照下的等价照射时间458

30.4.4　动力学和光催化设计流程460

30.5　案例研究：农药瓶的循环461

30.5.1　背景461

30.5.2　使用TiO2—过硫酸盐的降解实验462

30.5.3　光-Fenton实验464

30.5.4　处理因子465

30.5.5　光催化处理厂的初步设计465

30.6　结论468

30.7　参考文献469

31　温室园艺业中水的回用471

31.1　简介471

31.2　水的可用性472

31.3　温室园艺业473

31.4　无土栽培系统473

31.5　营养液的消毒474

31.5.1　实施消毒的量474

31.5.2　方法描述475

31.5.2.1　加热处理475

31.5.2.2　臭氧处理475

31.5.2.3　紫外线照射475

31.5.2.4　慢砂滤和膜过滤476

31.6　结论476

31.7　参考文献476

32　丹麦卡伦堡的工业共生——工业网络和清洁工业生产479

32.1　卡伦堡的工业共生479

32.2　实际情况481

32.3　反响483

32.4　经验483

32.5　参考文献484

参编人员名单485