小区污水再生利用研究

孙永利，郑兴灿，廖飞凤，鞠宇平，尚巍
（国家城市给水排水工程技术研究中心，天津 300074）

　　摘　要：饮用水资源日益紧张的今天，水的再生利用就显得更加重要。本文从再生水利用的经济性、小区污水再生利用的合理性以及工艺可行性等方面讨论了小区污水再生利用的可行性；提出各种再生水利用模式及其水质要求、再生利用的主要工艺及其要求；总结了利用过程中为防止交叉污染、危害公众健康或影响非灌溉区环境而采取的防范措施。

　　作为一种重要的自然和经济资源，水已经成为国家经济和社会可持续发展的重要保障，水资源的可持续利用已经受到世界各国的关注。然而，随着人口的增大、城市的发展、城市化进程的加快以及可用水资源破坏程度的加大，城市水资源短缺与用水需求量增加的矛盾日益突出。中国是一个严重缺水的国家，同时还存在着水资源浪费的现象，许多地区的水资源已经成为当地经济发展的瓶颈。而城市污水的再生利用是缓解地区水资源日渐短缺与用水量不断增长的矛盾、保护和改善城市水环境的重要措施。在不危机公众健康的情况下，应大力提倡城市污水的再生利用。

1 小区污水再生利用的可行性

1.1 与开发其它水资源相比，城市污水再生利用更具有可行性
　　☆与远距离调水相比，城市污水再生利用更经济，且更容易保证输水水质。远距离输水系统的建设以及建成后的运行都是耗资巨大的工程。同时如何保护和保持远距离输水的水质和水量也是当前和今后很长时间都必须面对的问题。
　　☆与海水淡化相比，城市污水再生利用的成本更低。与海水相比，城市污水中的杂质含量更低，一般经深度处理即可去除。而海水中含有大量的溶解盐和有机物，其杂质含量在城市污水杂质含量的35倍以上，需要采用复杂的预处理和反渗透等处理工艺，初期投资和运行费用远高于污水再生利用的费用。
　　☆与无限制的开采地下水相比，城市污水的再生利用更容易保护可用的水资源。地下水的过度开采能导致水位的大幅度下降，形成大面积的漏斗区，从而使许多水井枯竭、草木枯萎，严重破坏地面生态环境，尤其是沿海地区可能因海水的入侵而严重污染地下水资源。而在保证水质的情况下，使用再生水进行地下水回灌有助于提升地下水位，防止各类事故的发生。
1.2 与城市污水集中处理和再生利用相比，小区污水再生利用更加合理
　　☆与从远距离、集中处理的污水处理厂调水相比，污水就近收集和处理、所生产的再生水就地利用更容易节省管道等输水设备的基建费用。
　　☆远距离输水时必须提供防渗漏和防止再次污染的措施，这样就在一定程度上增大了运行成本。
　　☆污水的就地处理，减少了集中处理厂的污水处理量，从而可以减小其处理规模。如果缺水城市普及小区污水再生利用项目，则可以使集中处理厂的处理规模减小20~30%。
　　☆营养物含量较低的小区污水就地处理可以缓解对城市污水的稀释，增大污水处理厂有机物含量，从而增大处理厂运行的经济合理性。
1.3 小区污水再生利用的工艺可行性
　　小区污水处理工艺一般可由预处理工段、生物处理工段、絮凝工段、过滤工段和消毒工段组成，其中最主要的是絮凝工段、过滤工段和消毒工段。目前，国外许多污水处理设备的生产商已经研制出大量的污水再生处理集成化设备，而且多数已经达到了加利福尼亚州水再生利用标准中规定的消毒三级再生水的要求，即：
　　(a) 经絮凝处理和土壤或滤料床过滤，满足以下要求：
　　– 单层、双层或混合滤料重力或压滤系统的最大滤速不超过5GPM/ft²，或移动罩自动反冲洗滤池的最大滤速不超过2GPM/ft²；
　　– 浊度不得超过以下要求：日均值2 NTU、24小时内测定值>5NTU的情况不能超过5%、任意时刻的测定值不能超过10NTU；
　　(b) 经过微滤、纳滤或反渗透处理，出水浊度不超过以下要求：24小时内测定值>0.2NTU的情况不能超过5%、任意时刻的测定值不能超过0.5NTU；
　　(c) 消毒工艺应达到：
　　– 使用氯气消毒时，CT（消毒剂接触时间与消毒结束时消毒剂残存量的乘积）值为450mg•min/L，旱季高峰流量时的接触时间不小于90min；
　　– 消毒工艺和滤池过滤结合时，灭菌能力应达到99.999%。
　　达到以上处理要求的集成化污水再生处理设备可广泛应用于小区污水的处理和再利用。

2 小区污水再生利用的应用模式及水质要求

2.1 再生水作为限制性娱乐用水
　　限制性娱乐用水指仅用于垂钓、划船或其它人类不会直接接触的、与水相关的娱乐活动的水，而且这些水体中生长的水生植物是不可食用的。这些蓄水设施对水处理程度的要求与具体的用水途径有关：人类接触的可能性越大，需要的处理程度就越高。从环境美学的角度考虑，为防止这些水体中藻类过度繁殖和恶臭等问题的出现，一般要求去除水中的营养物。另外，从保护公众健康的角度考虑，应限制水体中病原体微生物和重金属的含量。
2.2 再生水作为非限制性娱乐用水
　　非限制性娱乐用水指人体可接触的娱乐活动用水，包括但不限于娱乐性湖泊、公共水塘以及鱼池等，但不包括消毒循环利用的游泳池用水。由于这些水体允许人类全身接触，而且其中生长的水生动植物是可供食用的，因此必须严格控制水中病原体微生物和重金属的含量，同时应提出美学要求，且不能对人的眼睛和皮肤具有刺激性。
2.3 再生水作为景观灌溉用水
　　一般不推荐以喷灌的形式使用再生水灌溉居民区草坪，而可以采用地下灌溉或漫灌的形式。一般情况下，漫灌应在夜间进行，并尽量避免公众接触，而地下灌溉形式却可以选在任何时刻。再生水中含有的氮、磷等营养物质有利于植物的生长，因此可适当放宽这些物质在水中的含量要求。由于小区景观是人类休息娱乐的主要场所，因此必须对所使用的再生水中的微生物含量做出严格的限制，以防草坪等植物表面孳生的致病菌对人体产生危害。
2.4 再生水作为装饰性喷泉用水
　　装饰性喷泉以再生水作供水源时必须留有适当的缓冲区，以防止其溅射对人体造成伤害。另外，气溶胶是再生水用作装饰性喷泉的水源时必须解决的问题。再生水中的许多致病菌可以在气溶胶中生活和繁殖，并通过呼吸或接触食品等方式进入人体，对公众的健康造成影响。气溶胶中致病菌的成活和传播与许多因素有关，在有利于致病菌生长的环境中，这些微生物可以传播到几百米以外的地区。因此，从公众健康的角度考虑，致病微生物的含量是装饰性喷泉用再生水的一个重要水质指标。另外，从环境美学角度考虑，色度也是一个重要的限制因素。
2.5 小区居民楼冲厕用水
　　目前，许多新建小区居民楼已经安装了双路供水系统，将再生水用于冲洗厕所，且已取得了一定的效果。再生水进入居民家庭后应注意交叉连接、错接、防回流和空气隔断等的控制问题，以确保再生水不会污染饮用水源。同时，由于居民住宅的卫生间一般处于半封闭状态，因此必须考虑再生水使用过程中散逸的恶臭在室内累积后对室内空气环境质量的影响。

3 污水再生利用工艺的要求

3.1 絮凝工艺的要求
　　絮凝的主要目的是提高过滤过程中微粒的去除率，因此一般建议生产再生水的所有工艺都应含有絮凝单元。应在絮凝单元进水口设浊度测定仪，并将其信号传输到絮凝剂投加设备的控制系统，以根据信号的变化自动调节絮凝剂的投加量。絮凝过程分两个阶段：快速搅拌和慢速搅拌。快速搅拌的时间一般不超过30s，絮凝剂在整个絮凝单元的停留时间一般为20~45min，具体取值由试验确定。所有的絮凝单元都必须具备以下保护性措施：备用的药品投加设备、充足的化学品储备和输送设施以及充足的化学品供给保障。
3.2 过滤工艺的要求
　　浊度是度量絮凝效果和确保消毒工艺正常运行的一个重要指标。而浊度值的降低则是通过过滤工艺实现的。一般情况下要求连续测定过滤出水浊度，且应将其信号传输到絮凝剂投加设备的控制系统，以确保过滤出水浊度达到设定条件时，能自动启动絮凝剂投加设备。一般情况下，过滤单元至少应含有三个相对独立的滤池，确保其中一个处于正常运行、一个备用、一个处于反冲洗状态。多个滤池处于工作状态时，每个都应设置单独的出水监测仪表，以减小系统故障时维护操作人员的工作量。经过反冲洗的滤池一般需进行必要的维护后才能联机运行。
3.3 消毒工艺的要求
　　考虑到氯气消毒剂与水反应后形成的一些有机氯化物对生物和人体具有致癌作用，以及氯气较强的挥发性和人体刺激性，一般不推荐使用液氯进行小区再生水的消毒，而采用UV消毒系统。消毒系统前应设浊度连续监测装置，以防止浊度过高的水进入消毒系统，对致病微生物产生屏蔽作用，从而影响消毒效果；定期测定UV灯罩的透射率和UV灯的输出强度，并及时清洗和更换；UV灯罩破损时应能够自动断电，以防发生触电事故；设多重报警系统，分别指示不同的故障情况。
3.4 紧急处理、处置系统或措施
　　任何一种处理工艺都不可能确保始终完全达到处理要求，因此必须设置一定的紧急处理、处置措施，用以处理后出水不能达到水质要求时进行蓄水或处置。对于小区再生水系统，如果出水不能达到再生水要求，一般可以直接排放到城市下水道中，而不必修筑庞大的紧急处置系统，也可以考虑将其应用于水质要求较低的场合。紧急处置系统的电源应与处理系统的电源相对独立。进入紧急处置状态后系统不能自动启动，而应通过手动的方式启动，以防止问题得到解决前，处理设备再次启动，将处理不完全的水输送到用户系统中。
3.5 水质监测及报警系统
　　再生水的水质不仅会对用水区域的环境造成影响，而且会影响周围的居民，因此必须具有长期监测出水水质的能力。同时要求处理后出水的水质始终达到再生水的用水要求，因此所有的监控设备都必须具有连续监控的能力，并应与自动报警系统相连，当设备故障或出水水质达不到设定值时能自动提出警告。一般情况下，每个重要处理单元的每台设备进出水都应根据水质要求设置自动监控仪表和自动报警系统，以减小设备故障时维修的工作量，并确保连续供水。报警系统必须设置相对独立的电源。

4 污水再生利用过程中的防范措施

4.1 标识的类型及安装要求
　　为防止再生水的误用，一般应在使用再生水的系统中设置标识。再生水的标识有很多种，但总的来说可以将其划分为两大类：图像标识和文字标识。在美国诸州，一般推荐使用紫色的本底表示再生水，文字则以白色或黑色表示。标识带一般宽3英寸，每两个标识带之间的距离不超过10英尺。再生水系统中的阀门、水泵以及其它附属设备也应使用紫色进行标识，并注明为再生水系统部件。
4.2 再生水管道及构件的安装要求
　　必须对地下再生水和饮用水管道或污水管道的间距做出明确的规定，如美国规定再生水管道和饮用水管道间的水平距离一般不小于10英尺，当再生水和饮用水管道产生交叉时，两者的垂直间距不得小于18英寸，且饮用水管道应架设于再生水管道的上方。
　　为防止管道接头破裂而造成泄漏，再生水系统中一般不使用软管接头。如果必须使用软管时，则可以选用软管快速接头，但当某区域同时存在饮用水和再生水快速接头时，必须对两者都做出适当的标识。
　　当需要在用户处安设计量仪表时，一般要求仪表前安设必要的过滤装置，以防止颗粒物质对仪表造成损坏。计量仪表和过滤装置的维护工作由供水商完成。
4.3 防止再生水和其它供水系统的相互污染
　　再生水一般采用压力管道输送，必须确保用水高峰期用户仪表处水压大于最小水压的要求，同时应保持饮用水供水管道中的压力大于再生水供水管道中的压力，以防因渗漏而污染饮用水，例如美国明确规定两者之间的压力差不得小于10psi（磅/平方英寸）。
　　当用水区同时采用饮用水和再生水供水时，必须考虑一定的防回流措施和空气隔断，以确保不会因再生水回流到饮用水系统中而对饮用水造成污染。同样，某区域同时存在再生水和污水时，也必须具有防止污水污染再生水的措施。一般情况下，空气隔断为供水管道直径的2倍。
4.4 防止通过径流、溅射、地下渗漏等方式进入批准的用水区之外的场合
　　再生水用作景观灌溉或装饰性喷泉的水源时，不能溅射到用水区之外的环境中，且用水区坑洼存水的时间不得超过2小时，否则需对用水量做出适当的修订。应根据试验确定用水区的供水速率，使其和渗透速率保持一致，以防止再生水径流事件的发生。
　　虽然再生水可用于补足地下水资源，但必须考虑其是否会对地下水的水质造成不利影响。同样的，再生水用于限制性或非限制性景观蓄水池时也必须考虑其渗漏是否会对地下水水质造成不利影响，是否需要添加一定的防水衬里。
4.5 防止蚊蝇的孳生
　　目前一般通过三种方式控制蚊蝇的孳生：
　　ü 控制水的物理特征。通过控制水体的特征，防止形成蚊蝇孳生的水生环境，以达到去除蚊蝇的目的是我们当前和今后一段时间长期面临的问题。
　　ü 通过生物链控制蚊蝇的数量。可以在水体中营造适合于食蚊鱼等以蚊蝇幼虫为食的水生生物生长的环境，以提高其单位面积的数量。一般情况下以幼虫为食的水生生物对蚊蝇幼虫的去除效率受以下因素影响：水生植物的密度、蚊蝇幼虫的繁殖速度和水体中水生生物的其它食物源的量等。
　　ü 通过化学药剂控制。化学药剂仅适用于临时性或紧急情况下的蚊蝇控制，而不能长期使用。这不仅是从其经济性方面考虑的，而且综合考虑了化学药剂的环境影响以及蚊蝇幼虫对化学药剂的生理抗性的问题。