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城市再生水回用途径安全性浅析
更新时间:2016-06-18 来源:华北水利水电学院学报 作者:郭宇杰,郭祎阁,王学超,叶飞,周振民

摘要: 由于数量和质量上的稳定性,城市再生水成为重要的非常规水源之一.合理的回用途径是决定再生水安全与否的重要因素之一.不同水质来源结合现有的处理技术,决定了回用途径的安全性.分析结果表明,目前的污染物处理技术可以使再生水水质满足工业用水和城市非饮用水及环境景观用水要求,但对于农业灌溉和地下水回灌,不建议开展工程应用.

  关键词: 城市污水; 再生水; 回用途径; 水质

  中图分类号: X52 文献标识码: A 文章编号: 1002-5634(2013) 02-0005-03

  Safety Analysis of the Way of City Reclaimed Water Reuse

  GUO Yu-jie,GUO Wei-ge,WANG Xue-chao,YE Fei,ZHOU Zhen-min

  Abstract: Due to the stability of the quantity and quality,the city reclaimed water has become one of the important unconventional water sources.The reasonable way of water reuse is one of the important factors that decide whether the recycled water is safe or not.Different water source combined with existing processing techniques determines the security of the reuse pathway.The analysis results show that the current treatment of pollutants can make reclaimed water quality to meet the water requirements of the industrial water,the urban non-potable water and the environmental landscape.But it is not recommended to carry out the engineering applications for agricultural irrigation and groundwater recharge.

  Key words: municipal sewage; reclaimed water; reuse way; water quality

  随着人口的增长与社会经济的发展,用水量和污水排放量日益增加,水资源短缺和环境污染形势日趋严重,已成为制约我国社会经济发展的瓶颈,是我国当前急需解决的重大问题之一.开发非常规水源是解决以上问题的重要途径.2011 年中央一号文件和全国水利工作会议均把城市污水作为重要的非常规水资源之一.城市污水处理回用已经成为缓解水资源紧缺和生态环境恶化的一个重要且行之有效的手段[1].城市污水中污染物成分和现有的污水处理技术,以及用水方对水质的要求,成为决定再生水安全性的关键因素.

  1 再生水回用途径分类

  再生水是指对集纳雨水、工业排水、生活排水进行适当处理,达到规定水质标准,可以被再次利用的水[2].根据《再生水水质标准》(SL 368—2006) 可知,再生水回用途径包括地下水回灌,工业用水,农业、林业、牧业用水,城市非饮用水和景观环境用水[2].不同地区应依据当地水资源情况、经济结构、地理状况以及能够承受的处理成本等,选择一种或多种回用途径.下面依据我国不同途径回用量大小[3]依次分析.

  1.1 地下水回灌

  中国北方许多城市存在水资源短缺、地下水过度开采、地下水水位下降等问题.由于地下水的天然补给非常缓慢,因此可利用城市再生水补给地下水.利用土壤层作为天然的水处理单元,可以深度净化再生水; 利用土壤含水层作为天然储水单元,还可以为解决城市用水高峰期的供需矛盾提供支持.

  1.2 农业灌溉

  在一些干旱和半干旱地区和经济发达的国家或地区,已有较成熟的再生水技术用于农业灌溉.美国有45 个州开展了污水回用于农业的工作,回用水量占再生水回用总量的60%[4].

 1.3 工业用水

  工业冷却水在工业用水中所占比重较大,对水质的要求与城市污水排放标准接近,在再生水回用中用水量较大、较稳定.再生水用作锅炉补给水水源时,达到控制指标后尚不能直接补给锅炉,应根据锅炉工况,对水源水再进行软化、除盐等处理,直至满足相应工况的锅炉水质标准.

  1.4 城市非饮用水

  城市非饮用水用于冲厕、道路清扫、消防、城市绿化、车辆冲洗、建筑施工等.在各种回用方向中,城市非饮用水与人体接触概率最大.其中城市绿化是目前城市非饮用水的主要用途之一.

  1.5 景观环境用水

  再生水回用于景观水体是污水再生利用的主要方式之一,既可解决缺水城市对娱乐性水环境的需要,也是完成水生态循环自然修复的最佳途径.国外再生水回用于景观水体非常普遍,而国内再生水景观利用还处于起步阶段.

  2 再生水回用途径敏感污染物分析

  2.1 地下水回灌

  2001 年,美国加州行政管理法规第22 条款中要求,进行人工地下水回灌的水必须经过多级处理,在重新抽取出来以前,必须在地下停留6 个月以上,并应同地下水保持1∶ 1 的稀释.水的注入点离地下水位至少3 m,抽水点离注入点水平距离至少150 m,抽取的水中回灌水不能超过50%[5].从上述描述可以看出,该要求针对通过土地处理系统的回用水,而不是补充地下水的再生水.灌入地下的水与地下含水层的水是严格分开的.

  2.2 农业灌溉

  与淡水相比,经过处理后的再生水仍然含有一定量的有害物质,利用再生水进行灌溉可能会导致土壤、作物、地表与地下水污染甚至影响人体健康.盐分,过量的氮、磷,重金属,病原微生物和环境激素类物质均可能造成上述影响.多环芳烃(PAHs) 是最早发现且数量最多的致癌物质,目前已被多数研究证实存在于城市污水和污灌区土壤中[6].国外的研究人员曾研究发现10 a 污水灌溉条件下土壤中重金属的累积量增加[7].

  2.3 工业用水

  结合目前污水处理厂二级出水的一般水质和再生水的处理工艺,同地表水体相比,再生水具有BOD5,NH4+,Cl-含量高,结垢倾向大等特点.而电厂机组安全运行的重要环节之一是循环水系统防腐防垢[8].再生水对循环系统可能造成的危害主要是结垢、腐蚀和微生物滋生.再生水回用作循环冷却水的关键指标是氨氮、Cl-、溶解性总固体等指标.

  2.4 城市非饮用水

  城市绿化是城市非饮用水的主要用途之一,其关键指标为浊度、溶解性总固体、BOD5、氨氮、阴离子表面活性剂等.研究表明[9],再生水厂出水短期内可以满足灌溉城市绿地的要求,但仍存在一些危险因素.使用再生水灌溉城市绿地后,出现了土壤酸性增强、土壤中重金属元素富集等现象.

  2.5 景观环境用水

  城市环境与景观水体实质上属人工生态系统.再生水作为人工水体存在的主要问题是有机污染、富营养化和卫生问题.另外,由于城市污水中环境激素性质的持久性污染物和混入工业污水中重金属经过长期生物富集和积累,有可能对环境生态产生危害[10].因此,对采用再生水作为补充水源的景观水体而言,最重要的是根据污水处理厂出水水质,选择再生处理工艺消除污水中的N、TP、高浓度的盐分、重金属、环境激素类物质等.

  3 再生水中污染物处理

  3.1 氨氮的去除

  对于工业循环冷却水,采用BAF 曝气生物滤池和MBR 工艺脱氮,基本可以满足工业用水要求.对于城市绿化和农业灌溉用水,水体中氨氮本身即为一种营养源,经过污水处理厂的二级处理,基本上满足用水要求.而对于景观环境用水,由于水体的人工性,一般应当在BAF 曝气生物滤池和MBR 工艺后,增加人工湿地,降低发生富营养化的风险,以保障水体安全.但对于地下水回灌,生物脱氮尚不足以保障地下水安全.

  3.2 磷的去除

  生活用水中,洗涤剂中含有较多的磷,为满足城市景观用水或杂用水、工业用水等水质要求,往往需要深度除磷.目前,再生水厂常用的除磷方式有化学除磷和生物除磷.同样,对于地下水回灌,2种除磷方式的安全性缺乏研究,存在潜在危险.

  3.3 溶解性总固体和总硬度的去除

  溶解性总固体、总硬度的处理可以采用化学法、离子交换法、反渗透(RO) 法.3种方法各有优缺点,需根据水质情况,选择相应的工艺,尽量满足水质要求.对于锅炉用水,采用3种工艺的在线处理,满足盐度的要求.对于冷却循环水,选择旁线处理,即可满足用水水质要求.当原水中存在重金属时,不考虑用于农业灌溉和地下水回灌.

  3.4 消毒

  消毒是满足再生水标准所规定的细菌学指标,保证用水安全的重要环节,在控制水媒疾病的传播、保障人体健康方面起到了重要作用.常用的消毒剂有漂白粉、液氯、次氯酸钠、二氧化氯等,基本可以满足工业循环冷却水用水、景观环境用水、城市非饮用水和农业灌溉用水水质要求.

  3.5 环境激素类物质去除

  环境激素也称作内分泌干扰物质,其种类繁多,其中较为典型的是烷基酚聚环氧乙烷醚(NPE0) 和邻苯二甲酸酯类[11-12].它们既有类雌激素作用,又有抗雄激素作用.多国均发现污水处理厂出水中内分泌干扰物质的存在[13].内分泌干扰物质在我国污水处理厂及再生水中也不断被发现[14-15].目前,尚没有特别有效的处理工艺可以去除各种环境激素物质.同时,由于工农业生产及生活中,均向水体排放此类污染物,其在城市污水中广泛存在,基于其长期的生态效应,再生水不适于地下水回灌和农业灌溉.但对于工业循环冷却水和城市非饮用水基本没有影响.

 4 结语

  综上所述,根据不同来水水质和地域特点,再生水回用有着不同的途径.总体来说,针对不同回用途径,再生水处理工艺选择性关注污水处理厂出水中BOD5、TN、NH3-N、TP、悬浮物SS、Cl-、总溶解性无机盐TDS、重金属离子、持久性有机污染物POPs、环境激素类物质.结合水质特点和现有的污染物去除工艺,再生水回用于工业用水、城市非饮用水、景观环境用水是安全的; 原水中不存在重金属污染时,用于农业灌溉也可以保障作物质量; 但对于地下水回灌以补充地下水,以目前的环保技术,尚不足以开展此项工作.

  参考文献

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  [2] 水利部水利水电规划设计总院.SL 368—2006 再生水水质标准[S].北京: 中国水利水电出版社,2008.

  [3] 郭宇杰,王学超,周振民.我国城市污水处理回用调查研究[J].环境科学,2012,33(11) : 3881-3884.

  [4] 王会肖,蔡燕,王海龙,等.再生水农业利用现状及其研究进展[J].南水北调与水利科技,2009,7 (4) : 98-100,108.

  [5] 邢邦华,支秀珍,刘克明.城市污水处理厂再生水自然净化中诱变活性变化的观察[J].环境与健康杂志,1994,11(5) : 217-219.

  [6] 孙心利.城市污水再生水电站回用技术探讨[J].电力设备,2006,7(9) : 12-14.

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  [8] Randall R.Making the best use of recharge technology[C]∥城市污水处理厂出水地下回灌技术研讨会论文集.北京: 清华大学,2001.

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  [10] Mapandaa F,Mangwayanaa E N,Nyamangaraa J,et al.The effect of long-term irrigation using wastewater on heavy metal contents of soils under vegetables in Harare,Zimbabwe Agriculture[J].Ecosystems and Environment,2005,107: 151-165.

  [11] 曹相生,孟雪征,程树辉,等.再生水中内分泌干扰物质的存在及处理现状[J].环境污染与防治,2009,31(5) : 73-75,79.

  [12] Kavlock R J,Daston G P,DeRosa C,et al.Research needs for the risk assessment of health and environmental effects of endocrine disruptors: a report of the US EPA-sponsored workshop[J].Environmental Health Perspect,1996,104:715-740.

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  [14] 刘克明,周蕾,王春花,等.再生水有机提取物雌激素效应研究[J].环境与健康杂志,2005,22 (3) : 174-176.

  [15] 周海东,黄霞,王晓琳,等.两种工艺对污水再生水中微量有机物的去除效果[J].中国环境科学,2009,29(8) : 816-821.

  作者简介: 郭宇杰(1973-),女,河南睢县人,副教授,博士,主要从事水污染控制方面的研究.

版权、出处:华北水利水电学院学报

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