生态化用水的科学含义是通过再生循环的生态学理念实现水的多级循环回用，是实现清洁生产的典型模式。本文针对废纸造纸用水封闭循环中溶解及胶体物质（DCS）积累的危害、水质表征参数的不规范和现有用水循环网络设计的缺陷，以生态化用水为目标展开了系统的科学问题研究。研究了废纸造纸循环水中DCS的组成、特性、稳定性、生物可降解性和混凝可处理性等基本科学问题；研究了水质表征参数、组合及满足安全回用的浓度范围；进行了废纸造纸生态化用水网络的优化设计。上述研究对关键污染物DCS的有效监控和去除具有重要的理论意义，为循环水质监控及安全回用提供了科学依据，为生态化用水的科学管理提供了技术支持。主要结果如下：（1）生态化用水中DCS的研究结果溶解物质（DS）是DCS的主要组成成分，含量占到80%以上，贡献的电荷占到90%以上，是循环水电导率的主要贡献者。大于0.45µm的胶体物质（CS）是影响浊度的主要成分。循环水中无机物质在DS中占13%-15%，在CS中占10%-12%，在SS中占3%-4%。DCS中积累较多的无机离子依次为Na+、Cl-和SO42-。DCS中有机物多为长链脂肪酸及芳香族化合物，主要有十六酸甲酯、芘、1-甲基芘等。DCS、DS和CS随循环水回用次数的增加分别符合y　=　266x　+　864.55（R2=0.9844），y　=　195.91x　+　817.73（R2=0.9837）和y　=　70.091x　+　46.818（R2=0.8124）线性增长规律。无机离子随着水循环次数的增加均符合指数增长规律，其中Cl-符合y=2.7334e0.1105x（R2=0.9220），Ca2+、Mg2+符合y=2.4746e0.0924x（R2=0.9523），Al3+符合y=0.0751e0.3734x（R2=0.9487），　SO42-符合y=10.294e0.03816x（R2=0.9723）。从富集因子的比较来看，溶解性木素和胶体物质是封闭循环系统中最容易积累的污染物，分别代表了阴离子垃圾和胶粘物。无机离子中Al3+的富集因子最大，达到其余几种离子的10~20倍。DCS在pH=5~9的范围内，能保持一个相对稳定的状态。在pH＞10的强碱环境下纸浆碎片中的树脂大量析出，DCS及DS的含量增加明显。pH＜5的酸性环境下木素逐渐沉积，UV280显著下降，而小于0.22µm的DS则无明显变化。温度从20℃到60℃增加的过程中，胶体物质携带负电荷的能力和溶解物质的溶解度逐渐降低，某些胶粘物粘性逐渐增加，最终导致他们的空间结构发生变化而失稳沉积，从而促进了细小纤维的留着，提高了留着率。而纸浆粘度升高则造成网部滤水困难，降低了滤水性能。营养物质的加入使DCS中化学需氧量（COD）的好氧去除率提高了15.3%。木素是造纸循环水COD的主要贡献者，其好氧生物降解需要共代谢基质，因此在工程应用上应配以添加合理的营养物质。DCS的厌氧生物可降解性好于好氧，5d培养实验结果表明第1d的COD和木素去除率均超过了55%，之后出现了一个停滞期，这是因为DCS中难以被生物降解的长链脂肪酸和木素聚合物属于互养型底物，其厌氧降解过程会因乙酸和氢气的积累而受到抑制，因此在工程应用上应考虑驯化调节厌氧微生物的适应性，以强化它们的持续有效分解。30d培养实验结果表明DCS厌氧生物可降解性较好，DCS和DS水质样品的COD和木素去除率均超过了70%，DS中木素去除率更是高达92.5%。聚合氯化铝（PAC）与阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）两者能协同去除DCS。PAC中的Al3+能够压缩CS粒子的双电层，使粒子间的距离减小而造成CS失稳，　CPAM主要通过桥联和补丁作用导致CS失稳。PAC中的Al3+与DS可发生中和反应造成DS脱稳形成絮体，再通过CPAM的桥联和补丁作用发生沉积。（2）生态化用水限制性水质参数的研究结果通过综合评价筛选出DS、CS、DCS的紫外吸光度（UVDCS）、电导率、总COD（CODTOT）、阳离子需求量和CS的COD（CODCS）共7个限制性水质参数。其中CS和UVDCS、DS和电导率、DS和阳离子需求量、UVDCS和CODTOT以及电导率和阳离子需求量之间高度相关，相关系数均超过了0.85。根据回归方程，用UVDCS和电导率分别预测CS和DS，结果误差大部分在20%以内。通过相关性分析和综合评价，最终确定了两组最优限制性水质参数组合：CODTOT　、CS、DS和CODTOT、UVDCS、电导率。其中，CODTOT　、CS、DS是直接反映循环水中有害物质含量大小的组合，　CODTOT、UVDCS、电导率则是可用于循环水水质状态在线监控的组合。当循环水质参数浓度超过一定数值时，滤水速率出现急速下降，留着率也下降到50%以下，据此得出了限制性水质参数的安全浓度范围：CODTOT≤3531　mg•L-1；CS≤0.825　g•L-1；DS≤4.2　g•L-1；UVDCS≤0.962；电导率≤4.12　mS•cm-1。（3）生态化用水网络优化结果通过水夹点分析和数学规划法，建立了适用于造纸工业的水夹点分析图和用水网络超结构及非线性规划（NLP）模型。两种方法分别选用DCS单一杂质、DCS和悬浮物（SS）多杂质为关键污染物，优化了包含7个生产单元和4个再生单元的用水网络，均实现了新鲜水用量由289t•h-1减至4.56t•h-1，废水经再生处理后可以全部回用，水重复利用从62.3%提高至99.4%。不同的是数学规划法的再生处理水量较水夹点法少20.9　t•h-1。数学规划在多杂质复杂系统的用水网络优化中的求解更具全局性。