城市再生水回用途徑安全性淺析

郭宇杰，郭祎閣，王學超，葉 飛，周振民

（華北水利水電學院，河南鄭州 450045）

隨著人口的增長與社會經(jīng)濟的發(fā)展，用水量和污水排放量日益增加，水資源短缺和環(huán)境污染形勢日趨嚴重，已成為制約我國社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，是我國當前急需解決的重大問題之一．開發(fā)非常規(guī)水源是解決以上問題的重要途徑．2011年中央一號文件和全國水利工作會議均把城市污水作為重要的非常規(guī)水資源之一．城市污水處理回用已經(jīng)成為緩解水資源緊缺和生態(tài)環(huán)境惡化的一個重要且行之有效的手段［1］．城市污水中污染物成分和現(xiàn)有的污水處理技術，以及用水方對水質的要求，成為決定再生水安全性的關鍵因素．

1 再生水回用途徑分類

再生水是指對集納雨水、工業(yè)排水、生活排水進行適當處理，達到規(guī)定水質標準，可以被再次利用的水［2］．根據(jù)《再生水水質標準》（SL 368—2006）可知，再生水回用途徑包括地下水回灌，工業(yè)用水，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)用水，城市非飲用水和景觀環(huán)境用水［2］．不同地區(qū)應依據(jù)當?shù)厮Y源情況、經(jīng)濟結構、地理狀況以及能夠承受的處理成本等，選擇一種或多種回用途徑．下面依據(jù)我國不同途徑回用量大?。?］依次分析．

1．1 地下水回灌

中國北方許多城市存在水資源短缺、地下水過度開采、地下水水位下降等問題．由于地下水的天然補給非常緩慢，因此可利用城市再生水補給地下水．利用土壤層作為天然的水處理單元，可以深度凈化再生水;利用土壤含水層作為天然儲水單元，還可以為解決城市用水高峰期的供需矛盾提供支持．

1．2 農(nóng)業(yè)灌溉

在一些干旱和半干旱地區(qū)和經(jīng)濟發(fā)達的國家或地區(qū)，已有較成熟的再生水技術用于農(nóng)業(yè)灌溉．美國有45個州開展了污水回用于農(nóng)業(yè)的工作，回用水量占再生水回用總量的60%［4］．

1．3 工業(yè)用水

工業(yè)冷卻水在工業(yè)用水中所占比重較大，對水質的要求與城市污水排放標準接近，在再生水回用中用水量較大、較穩(wěn)定．再生水用作鍋爐補給水水源時，達到控制指標后尚不能直接補給鍋爐，應根據(jù)鍋爐工況，對水源水再進行軟化、除鹽等處理，直至滿足相應工況的鍋爐水質標準．

1．4 城市非飲用水

城市非飲用水用于沖廁、道路清掃、消防、城市綠化、車輛沖洗、建筑施工等．在各種回用方向中，城市非飲用水與人體接觸概率最大．其中城市綠化是目前城市非飲用水的主要用途之一．

1．5 景觀環(huán)境用水

再生水回用于景觀水體是污水再生利用的主要方式之一，既可解決缺水城市對娛樂性水環(huán)境的需要，也是完成水生態(tài)循環(huán)自然修復的最佳途徑．國外再生水回用于景觀水體非常普遍，而國內(nèi)再生水景觀利用還處于起步階段．

2 再生水回用途徑敏感污染物分析

2．1 地下水回灌

2001年，美國加州行政管理法規(guī)第22條款中要求，進行人工地下水回灌的水必須經(jīng)過多級處理，在重新抽取出來以前，必須在地下停留6個月以上，并應同地下水保持1∶1的稀釋．水的注入點離地下水位至少3 m，抽水點離注入點水平距離至少150 m，抽取的水中回灌水不能超過50%［5］．從上述描述可以看出，該要求針對通過土地處理系統(tǒng)的回用水，而不是補充地下水的再生水．灌入地下的水與地下含水層的水是嚴格分開的．

2．2 農(nóng)業(yè)灌溉

與淡水相比，經(jīng)過處理后的再生水仍然含有一定量的有害物質，利用再生水進行灌溉可能會導致土壤、作物、地表與地下水污染甚至影響人體健康．鹽分，過量的氮、磷，重金屬，病原微生物和環(huán)境激素類物質均可能造成上述影響．多環(huán)芳烴（PAHs）是最早發(fā)現(xiàn)且數(shù)量最多的致癌物質，目前已被多數(shù)研究證實存在于城市污水和污灌區(qū)土壤中［6］．國外的研究人員曾研究發(fā)現(xiàn)10 a污水灌溉條件下土壤中重金屬的累積量增加［7］．

2．3 工業(yè)用水

結合目前污水處理廠二級出水的一般水質和再生水的處理工藝，同地表水體相比，再生水具有BOD5，NH+4，Cl－含量高，結垢傾向大等特點．而電廠機組安全運行的重要環(huán)節(jié)之一是循環(huán)水系統(tǒng)防腐防垢［8］．再生水對循環(huán)系統(tǒng)可能造成的危害主要是結垢、腐蝕和微生物滋生．再生水回用作循環(huán)冷卻水的關鍵指標是氨氮、Cl－、溶解性總固體等指標．

2．4 城市非飲用水

城市綠化是城市非飲用水的主要用途之一，其關鍵指標為濁度、溶解性總固體、BOD5、氨氮、陰離子表面活性劑等．研究表明［9］，再生水廠出水短期內(nèi)可以滿足灌溉城市綠地的要求，但仍存在一些危險因素．使用再生水灌溉城市綠地后，出現(xiàn)了土壤酸性增強、土壤中重金屬元素富集等現(xiàn)象．

2．5 景觀環(huán)境用水

城市環(huán)境與景觀水體實質上屬人工生態(tài)系統(tǒng)．再生水作為人工水體存在的主要問題是有機污染、富營養(yǎng)化和衛(wèi)生問題．另外，由于城市污水中環(huán)境激素性質的持久性污染物和混入工業(yè)污水中重金屬經(jīng)過長期生物富集和積累，有可能對環(huán)境生態(tài)產(chǎn)生危害［10］．因此，對采用再生水作為補充水源的景觀水體而言，最重要的是根據(jù)污水處理廠出水水質，選擇再生處理工藝消除污水中的N、TP、高濃度的鹽分、重金屬、環(huán)境激素類物質等．

3 再生水中污染物處理

3．1 氨氮的去除

對于工業(yè)循環(huán)冷卻水，采用BAF曝氣生物濾池和MBR工藝脫氮，基本可以滿足工業(yè)用水要求．對于城市綠化和農(nóng)業(yè)灌溉用水，水體中氨氮本身即為一種營養(yǎng)源，經(jīng)過污水處理廠的二級處理，基本上滿足用水要求．而對于景觀環(huán)境用水，由于水體的人工性，一般應當在BAF曝氣生物濾池和MBR工藝后，增加人工濕地，降低發(fā)生富營養(yǎng)化的風險，以保障水體安全．但對于地下水回灌，生物脫氮尚不足以保障地下水安全．

3．2 磷的去除

生活用水中，洗滌劑中含有較多的磷，為滿足城市景觀用水或雜用水、工業(yè)用水等水質要求，往往需要深度除磷．目前，再生水廠常用的除磷方式有化學除磷和生物除磷．同樣，對于地下水回灌，2種除磷方式的安全性缺乏研究，存在潛在危險．

3．3 溶解性總固體和總硬度的去除

溶解性總固體、總硬度的處理可以采用化學法、離子交換法、反滲透（RO）法．3種方法各有優(yōu)缺點，需根據(jù)水質情況，選擇相應的工藝，盡量滿足水質要求．對于鍋爐用水，采用3種工藝的在線處理，滿足鹽度的要求．對于冷卻循環(huán)水，選擇旁線處理，即可滿足用水水質要求．當原水中存在重金屬時，不考慮用于農(nóng)業(yè)灌溉和地下水回灌．

3．4 消 毒

消毒是滿足再生水標準所規(guī)定的細菌學指標，保證用水安全的重要環(huán)節(jié)，在控制水媒疾病的傳播、保障人體健康方面起到了重要作用．常用的消毒劑有漂白粉、液氯、次氯酸鈉、二氧化氯等，基本可以滿足工業(yè)循環(huán)冷卻水用水、景觀環(huán)境用水、城市非飲用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水水質要求．

3．5 環(huán)境激素類物質去除

環(huán)境激素也稱作內(nèi)分泌干擾物質，其種類繁多，其中較為典型的是烷基酚聚環(huán)氧乙烷醚（NPE0）和鄰苯二甲酸酯類［11－12］．它們既有類雌激素作用，又有抗雄激素作用．多國均發(fā)現(xiàn)污水處理廠出水中內(nèi)分泌干擾物質的存在［13］．內(nèi)分泌干擾物質在我國污水處理廠及再生水中也不斷被發(fā)現(xiàn)［14－15］．

目前，尚沒有特別有效的處理工藝可以去除各種環(huán)境激素物質．同時，由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活中，均向水體排放此類污染物，其在城市污水中廣泛存在，基于其長期的生態(tài)效應，再生水不適于地下水回灌和農(nóng)業(yè)灌溉．但對于工業(yè)循環(huán)冷卻水和城市非飲用水基本沒有影響．

4 結語

綜上所述，根據(jù)不同來水水質和地域特點，再生水回用有著不同的途徑．總體來說，針對不同回用途徑，再生水處理工藝選擇性關注污水處理廠出水中BOD5、TN、NH3－ N、TP、懸浮物 SS、Cl－、總溶解性無機鹽TDS、重金屬離子、持久性有機污染物POPs、環(huán)境激素類物質．結合水質特點和現(xiàn)有的污染物去除工藝，再生水回用于工業(yè)用水、城市非飲用水、景觀環(huán)境用水是安全的;原水中不存在重金屬污染時，用于農(nóng)業(yè)灌溉也可以保障作物質量;但對于地下水回灌以補充地下水，以目前的環(huán)保技術，尚不足以開展此項工作．

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