21世纪，水的问题，是人类面临的最大问题，这个观点已成为当今世界广泛的共识。21世纪的中国，面临着科技飞速发展、经济快速增长、人口向城市集聚与城市水资源短缺、饮用水供不应求、水污染日益加剧的突出矛盾。在此背景下，研究城市污水资源化，城市再生水利用的理论与方法对于促进污水回用事业发展，探究水环境恢复的原理与方略，解决城市水危机具有重要和深远的意义。 城市再生水是城市水资源重要的补充，可以用于农业灌溉、景观娱乐、工业、市政杂用和地下水回注，有着广阔的应用前景。但能否成为现实，为公众所接受，关键是看其水质是否安全、可靠，是否满足用户要求。因此再生水水质标准及其指标参数的选取和取值问题、再生水水质标准模式等问题历来为人们所关注，一定程度成为城市污水再生利用的理论支撑。本文从水污染物的物理性质、化学性质和微生物特征三个方面，研究再生水中的各种污染物成份，提出了它们在不同的标准中可能涉及到的各类指标，如感官指标，卫生学指标和毒理学指标；研究了再生水回用于农业灌溉、景观娱乐、工业和地下回注的特点及其水质标准制定的国内外现状，初步探讨了相应标准的指标参数及其取值，并根据对农业灌溉标准的分析，找出了隐含在标准中的规律性，提出了再生水水质标准的新模式。该模式是一个动态分级的标准，它将再生水根据粪便大肠杆菌参数的取值和对处理工艺的限制按层次划分，这样不同的地区可以统一使用，也可以在不同阶段分别使用，具有更大的灵活性。该标准以大肠杆菌作为分级依据，取值从2.2个/L到10000个/L之间共五个数量级。 城市再生水出厂后到达用户时的水质是否稳定，有无二次污染是供、用水双方都关心的问题。因此再生水水质监测技术的提高与发展，是污水再生利用的理论与方法的重要组成部分。本研究在“软件就是仪器”的思想理念指导下，构建了再生水水质远程在线监测系统。该系统利用LabVIEW软件开发了一个再生水水质指标监测的虚拟仪器。此虚拟仪器可以同时或分别对水温、PH、COD、BOD、TSS等进行监测。该系统将信息采集、数据传输和处理一体化，能够在一台计算机上完成各项水质指标的测试。该系统在哈尔滨工业大学管网状态模拟实验室进行了再生水水质模拟监测实验，测定了水样中COD随时间的变化情况，检测结果与设计思想吻合，能够达到再升水水质在线监测的目的。系统连续监测，反映了水质的真实性，且数据自动采集、存储，可节省人力物力。该系统除可对程序中设计的COD等参数进行监测外，只需变换传感器的类型就可进行其它有机、无机和微生物指标的监测，因此系统具有应用的普遍性。 哈尔滨是东北地区典型的政治、经济、文化中心城市，地处松花江畔却为水所困。本课题以该城市作为参照系，研究了城市水资源承载力问题；再生水的规模预测问题；再生水生产工艺优化问题；并将城市的污水收集系统、污水处理及再生水生产系统、再生水管网系统视为一个整体系统，建立起整体系统费用的数学模型。城市再生水系统费用的数学模型由街区管网建设费用方程、市政污水管网建设费用方程、污水提升泵站建设费用方程、再生水厂费用方程、街区再生水管网建设费用方程、市政再生水管网建设费用方程、再生水加压泵站的费用方程、污水提升年运行费用方程、再生水加压泵站运行费用方程共九部分组成。用MatLAB语言对数学模型优化求解，选取我国北方地区40个城市和城区的基础数据：人口、污水量及面积，求解出当一个污水厂的处理水量为8-10(104m3/d)、再生水的产量为3.2-4(104m3/d)时，城市污水处理及污水再生系统投资最经济，再生水的成本最低，从而可实现城市再生水系统的优化配置，促进污水资源化进程。 污水再生过程是一个复杂的工程系统，由若干个单元技术所组成。污水处理技术从传统常规工艺到现代新概念、新理论指导下研发的新技术已取得重大的进展。本研究不涉及技术本身的原理和实践，而是通过单元技术的合理组合，选出了具有最优效能的污水再生工艺流程。组合的四种再生水生产工艺流程是： Ⅰ-普通活性污泥法+混凝、沉淀、过滤Ⅱ-A/A/O工艺+混凝、沉淀、过滤Ⅲ-前置反硝化脱氮工艺+混凝、沉淀、过滤Ⅳ-厌氧-好氧活性污泥法除磷+生物膜过滤经过基建投资估算、经营费用核算，流程Ⅰ至流程Ⅳ都是技术可行的方案，都可以用于污水再生工程的设计。但是从工程的投入与产出比较，流程Ⅳ即二级处理过程应用生物除磷，深度净化过程中采用生物膜过滤硝化脱氮的方案，显著地提高了再生水水质，基建投资与经营费用也较经济合理，可作为再生水厂的首选方案。 城市污水再生利用，是基于可持续发展理论的思想体系和发展观。因此是技术问题也是重要的管理问题。本研究考证了国内外水资源管理立法和制度建设的大量资料并作了对比分析，结合哈尔滨市的实际情况，研究了城市水资源管理体系中的节水体系、水价体系和污水再生利用的对策与方式；研究了哈尔滨市的节水方略和水价构成及征收机制；提出了解决哈尔滨市污水再生利用问题的八点建议。