国内外再生水补给水源的实际应用与进展

,(,100022):、,,。,、、。,,。:;;;:X703.1:B:1000-4602(2007)06-0010-05PracticalApplicationandDevelopmentofSurfaceandUndergroundWaterSourcesRechargedwithReclaimedWaterGUOJin,WANGShu2ying(SchoolofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,China)Abstract:Thetypesofwatersourcesrechargedwithreclaimedwaterincludeunplannedindirectsupplemen,tplannedindirectsupplementandplanneddirectsupplemen.tTheplannedsupplementwithreclaimedwater,whichisindirectlyextractedasthedomesticwater,isthemostfeasibleandeffectiveap2proachtoresolvewatercrisis.Typicalforeignengineeringexamplesofsurfaceandundergroundwaterre2chargedwithreclaimedwaterwereintroducedandanalyzed.Besides,therunningtime,outpu,tsupple2mentproportionandtreatmenttechnologyoftheengineeringsweresummarized.Thepracticeprovesthatthewatersourcesrechargedwithreclaimedwaterhaveawideapplicationprospectandarefeasiblewhat2everinhealthoracceptabilityaspects.Keywords:reclaimedwater;watersourcesupplemen;tsurfacewater;undergroundwater:/8630(Z0005186040421)将城市污水作为一种持续而稳定的水资源加以利用,是缓解水资源短缺甚至解决水危机的重要途径,对于减轻环境污染和改善生态环境也是非常有益的。美国和日本是世界上最早进行污水再生回用的国家之一,20世纪70年代初美国开始大规模地兴建污水处理厂并开始将污水再生回用。俄罗斯、以色列、南非和纳米比亚的污水再生回用也很普遍[1],南非和纳米比亚等国甚至建起了饮用水再生制造厂,南非的约翰内斯堡每天有9.4@104m3的饮用水来自再生水工厂。此外,希腊、摩洛哥、约旦、塞浦路斯、埃及、突尼斯等水资源较为短缺的国家,在污水再生回用方面也取得了良好效果。近年来,我国的城市缺水问题尤为突出,污水治理率与重复利用率低已成为我国缺水的核心问题。因此,污水#10#23620073CHINAWATER&WASTEWATERVo.l23No.6Mar.2007再生回用事业的发展仍然任重而道远。笔者介绍了目前国内外再生水补给水源的补给方式、实际应用和进展状况,对再生水补给水源的可行性和存在问题进行了探讨,以期为我国污水再生回用提供技术参考。1污水再生回用是对污水自然循环过程的人工强化,也是解决水危机最有效的途径之一。再生水又称为中水,是指污水二级处理出水再经深度处理后达到一定的水质指标以满足某种用水要求,从而达到回用目的的水。再生水的用途主要分为农业灌溉、景观和环境用水、工业用水、城市杂用水、补充水源水和饮用水回用等,按使用方式的不同,再生水又可分为直接利用和间接利用两种方式[2]。其中直接再生利用是指城市污水经处理达到相应标准后,直接用管渠输送给用户,即实现再生水的短循环;间接再生利用主要是指对地表水源和地下水源的增扩,实现污水资源化和再生水的长循环,该种方式对水质的要求较高。不同的再生水用途及其主要约束条件见表1。1Tab.1Usageofreclaimedwateranditsrestrictivefactors项目农业灌溉景观和环境用水工业用水城市杂用补充水源饮用水回用主要用途农田灌溉,造林育苗娱乐性景观环境用水,观赏性景观环境用水,湿地环境用水冷却用水、锅炉用水、洗涤用水、工艺用水、产品用水城市绿化、冲厕、道路清扫、建筑施工、车辆冲洗、消防补充地表水,补充地下水渗入自来水,直接饮用约束条件盐与重金属对土壤与作物的影响;残留在作物表面的病菌;管理不善对地表水、地下水造成污染;公众接受程度对作物销售情况的影响美学问题和N、P引起的富营养化;人体直接接触感染致病菌和气溶胶传播致病菌;管理不善对地表水、地下水造成污染;公众接受程度产生结垢、腐蚀、生物繁殖与污垢;冷却水中有机物与致病菌的气溶胶传播,以及各种工艺用水的致病菌传播等公众健康问题;工艺对水质的特殊要求气溶胶传播致病菌;产生结垢、腐蚀、生物繁殖与污垢;可能同上水管交叉;公众接受程度痕量有机物及其毒性效应;总溶解固体、金属盐与致病菌;处理、操作不善,原水体将受到污染痕量有机物及其毒性对公共健康的潜在危害;美学问题与公众接受程度;关注由致病菌引起的公共健康问题整体而言,用于农田灌溉的再生水需控制其重金属含量和盐分对土壤的影响。此外,由于灌溉水不直接接触作物,故对水中的细菌、病毒含量要求不高。为避免对地下水的影响,城市污水灌溉只能在适宜污灌区和一般控制污灌区进行。对于景观娱乐、环境用水和市政杂用等可能接触人体的回用,在控制再生水美学指标(浊度、色度、嗅味)的同时,需要重点控制再生水的细菌学指标。为避免水体的富营养化问题,娱乐、环境用水还需控制再生水中的氮、磷含量。将再生水进行水源补给,使之间接或直接作为居民生活用水甚至用作饮用水,从长远来看是解决水危机最有效的方法之一。将再生水用作饮用水是人类面临的一项新的挑战和任务,不仅需要先进的技术和设备,而且还需公众具有较高的接受程度。因此,对于再生水的整体水质要求较高,在严格控制致病菌含量的同时,需关注痕量有机物的存在和毒性以及由此引发的一系列毒理学问题。为避免突发性的污染状况,个别情况下再生水水质甚至需高出饮用水标准。2再生水除直接补充生产和生活杂用外,还可实现污水资源化和再生水的长循环进行地表水和地下水等水资源的补给,是实现水资源可持续利用更为有效和长远的办法,并且有利于生态系统、自净能力遭到破坏的水资源的修复。再生水进行水源补给存在有计划地间接补给、无计划地间接补给和有计划地直接补给三种方式,具体方式如图1所示。1Fig.1Typesofwatersourcesrechargedwithreclaimedwater#11#:236211有计划地间接补给水源是维护水资源可持续使用的有效方法,其特点是将城市污水经深度处理后排入自然环境,用户再从自然环境取水。该方式主要包括对地表水源的增扩和地下水源的修复。为防止水源污染,回用水水质必须满足一定的水质要求,控制参数包括微生物学质量、总无机物量、重金属、难降解有机物等。当再生水用于地表水源增扩时,污水深度处理厂的出水水质应根据排入受纳水体的环境功能要求、水体上下游用途、水体稀释和自净能力以及污水特点,选择相应的深度处理技术,使出水水质符合国家或地方有关标准。当排入封闭或半封闭水体(包括湖泊、水库、江河入海口)时,为防止富营养化发生应注意控制出水中TN和TP的浓度,严格控制再生水的补给量和操作方式,充分考虑原水体的自净能力,以免操作方式不当造成对水体的再污染。当再生水用于地下水回灌时,其水质要求因回灌地区水文地质条件、回灌方式、回用用途的不同而有所变化。当回用水对饮用水含水层进行回灌时,要求污水经二级处理、过滤、消毒和进一步的深度处理,水质控制指标:pH值为6.5~8.5,浊度2NTU,无大肠杆菌检出,余氯1mg/L;此外水质指标还需满足饮用水水质的各项标准。1976年美国加利福尼亚州公布了关于污水回灌地下水的第一个水质标准草案,建议回灌污水经二级处理后必须再经过滤、消毒和活性炭吸附等深度处理,回用前须在地下停留6个月以上,注入点与地下水位的距离至少保持3m,抽水点与注入点间的水平距离至少为150m,回灌水注入比例[50%。此外,抽水点TOC1mg/L,回灌点CODMn5.0mg/L,TOC3.0mg/L,NO-345mg/L,TN10mg/L,大肠杆菌浓度2.2CFU/100mL。深度处理技术的选择须综合考虑的因素有:回灌水水质、水量,含水层深度、水量和稀释程度,土壤类型,停留时间、回灌方式等。212许多国家和地方的再生水甚至污水随意地、无计划地补给水资源的现象广泛存在:上游城市A的污水经简单处理或未经处理直接排放到河流或湖泊中,进而用于下游城市B的生活用水和饮用水供给,从而造成水源水质的不断恶化。一些再生水无计划地间接补给水源的实例包括:欧洲的莱茵河和泰晤士河,美国的密西西比河,我国的长江流域,印度的湄公河,澳大利亚的墨累河。以泰晤士河为例,该河流域的水量补给从源头到海洋之间出现多次使用,平均约12%的公众水源来自于间接污水的再生利用;在干旱的夏季,局部地区甚至增加到70%。美国环保局1980年对1246个供水系统(服务人口25000人的城镇)中的8000万人口进行了调查,研究发现在水源地供水流量较低时,有2600万人的供水中含有5%~100%的处理后污水。在澳大利亚,污水无计划补给水源的现象主要发生在内陆地区,堪培拉污水排放到墨累河继而流至马兰比季河,使马兰比季河流域的居民直接提取该水源为饮用水,在径流量较低的干旱季节污水排放量占饮用水的比例相当高[3]。在我国的北方地区,一些河流常年没有补给水源,基本属于排污河。据国家环境保护总局的统计,我国每年污水排放量为410@108m3,其中80%的污水未经适当处理就排入江河湖海,全国有75%的湖泊明显受到污染。在调查评价的10@104km河段中,47%的河段受到不同程度的污染,其中10%的河段污染严重,已丧失使用价值。在北方的辽河、海河、淮河等流域,污水与地表水的比例高达(1B6)~(1B14)。此外,在污水再生回用过程中,如果操作不当同样会造成再生水的无计划补给现象:¹当地下水源的自净能力下降时,回灌的再生水未有足够的停留时间实现完全净化,随即又被抽取作为饮用水水源供给用户;º在回用水使用区域控制不严格的情况下,用于农田灌溉、景观绿化的一部分再生水在雨水冲刷等地表径流的作用下流入清洁的饮用水水源或地下水源。这些实际中存在的再生水或污水的/间接饮用0现象,使得许多本来清洁的水源在使用中存在很大的安全隐患,然而却未能引起公众足够的重视,由此引发的饮用水/健康安全0问题是许多缺水型国家遇到的共同问题。213有计划地进行水源的直接补给是指污水经多级处理后直接与城市给水处理厂的进水管线连接,与源水以一定的比例进行混合,再经给水各级单元处理后直接供给生活用水。这种方式对回用水的水质要求一般均高于饮用水标准,仅在世界上极少数极度缺水国家得到使用。由于受检测技术的制约,污水中许多物质还未能被识别,因此污水回用直接补#12#236给水源仍存在一定的争议。此外,公众的接受程度不高也使其很难得到推广应用。该方式需进一步对污水来源进行全面分析和认识,制定翔实而有效的深度处理技术,并将污水进行多级深度处理后,根据实际情况确定回用水与源水的混合比例。214我国的污水处理水平与国外发达国家还有一定的差距,真正做到污水处理达标排放、造福下游城市的污水处理厂为数不多,采用再生水进行有计划水源补给的实例更是几乎没有。再生水进行地下水的补给也仍处于试验研究阶段,尚无应用实例。国外将再生水用于地表水源增