回用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和回用方式
摘 要：本文概述了不同回用方式所要求的回用水質(zhì)和處理技術(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)水回用的用途不同，可采取一系列的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的處理方法。一些農(nóng)業(yè)水回用中，公眾不應(yīng)接觸回用水，或者所灌溉的作物不是被人類直接食用，或者經(jīng)過深加工處理后才被人食用。對于這一類回用水，基本的二級處理，甚至更低級的處理就足夠了。生物塘處理系統(tǒng)不僅可以將污水中可生物降解的有機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定化，并進(jìn)行消毒，而且還使水處理系統(tǒng)中附帶具有季節(jié)性貯存水的作用，把供水與農(nóng)業(yè)需水配合得更緊密。任何情況下都應(yīng)控制工業(yè)廢水中有毒物質(zhì)，不準(zhǔn)工業(yè)排放物進(jìn)入準(zhǔn)備再生的污水收集系統(tǒng)和（或）要求工廠在排入集水系統(tǒng)之前去除有毒物質(zhì)。
經(jīng)適當(dāng)程度消毒后的二級出水（100-1000個糞性大腸菌群/100mL）廣泛適用于各種用途，包括限制接觸性回用（如某些灌溉方式和非接觸性景觀用水）、環(huán)境修復(fù)和許多工業(yè)應(yīng)用。有些形式的環(huán)境修復(fù)要求去除營養(yǎng)物質(zhì)，提高消毒水平；赜盟米鞴I(yè)冷卻水時，需去除硬度、氨和溶解性固體。當(dāng)用作給水補(bǔ)充之前要求有一系列的處理過程，要取決于原有供水對回用水的稀釋程度和是否形成處理而定，例如回用水流經(jīng)土壤后匯入原水源即可認(rèn)為是行成處理工序。目前，許多回用水工程正在運用膜處理技術(shù)生產(chǎn)回用水。其中一種為采用二級出水作為原水，經(jīng)過微濾（予處理）、反滲透、有時加上紫外線消毒。微濾膜和超濾膜也可并入生物處理工藝，取代傳統(tǒng)的二沉池。
1.簡介
目前存在許多水的再生和回用方法并在實踐中正常運作（美國 EPA，1992）,每一種使用方式都有不同的水質(zhì)要求，因此也要求不同的處理水平。表1總結(jié)了常用的回用水使用方式和所要求的相應(yīng)的處理水平，從最高水平到最低水平處理都有所涉及。本文將論述不同的使用方式和相應(yīng)的處理方法，還將討論一些新出現(xiàn)的處理技術(shù)。
2.非食用型作物和深加工型食用作物的農(nóng)業(yè)回用水
回用水可以灌溉人類并不直接消費的各種作物，如灌溉那些動物食用的作物（苜蓿、青草、高粱、玉米、大豆等各種飼料作物）和需要深加工才可食用的作物（如小麥、也許還有大米）。關(guān)系公共健康和環(huán)境的首要問題是這種回用方式是否會將有毒物質(zhì)和致病菌帶到我們的食物供應(yīng)中來。主要有兩種機(jī)制來控制有毒物質(zhì)，其中包括不允許工業(yè)廢水（很大可能含有毒物質(zhì)）排入要回用的污水收集系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)中。為避免工業(yè)污水，我們可以從工廠稀少的服務(wù)區(qū)收集污水或要求工廠首先去除廢水中有毒物質(zhì)，然后再排入市政排水管網(wǎng)。廢水中有毒物質(zhì)的去除方法有許多種。在一些實際應(yīng)用中，基本的二級處理就可予以足夠的保護(hù)。事實上，初級處理可能已經(jīng)足夠了，而二級處理則對有毒物質(zhì)又加了一道關(guān)卡。二級處理中允許回用水貯存起來以滿足不同季節(jié)變化的農(nóng)灌需水量。致病菌的傳播是通過防止一般公眾與污水直接接觸以及適度的殺菌消毒來解決的。
用于農(nóng)業(yè)性回用的水可通過許多種處理方法，包括初級處理、二級（生物）處理和傳統(tǒng)的消毒工藝。生物塘處理系統(tǒng)廣泛用于可生物降解有機(jī)物的穩(wěn)定化，因此當(dāng)回用水季節(jié)性貯存時不產(chǎn)生過多令人厭惡的問題（氣味、病菌等），同時，生物塘還有自然的消毒作用。如圖1所示的污水處理系統(tǒng)，包括一個厭氧或好氧塘，進(jìn)行污水的基本處理，然后是兼性塘，對污水進(jìn)行更深一步的處理和消毒，同時還可用作季節(jié)性貯水。已經(jīng)預(yù)處理和消毒的再生水則可根據(jù)作物的需水量進(jìn)行農(nóng)灌使用。這樣的一個系統(tǒng)允許回用市政污水中的水和其的營養(yǎng)物質(zhì)，但要控制有毒物質(zhì)的量，并進(jìn)行消毒處理。從水管理的整體和長遠(yuǎn)角度來看，水回用灌溉農(nóng)作物時，土壤的進(jìn)一步處理去除了污染物，減少了環(huán)境中污染物質(zhì)的排放量，因此也減少了污染物質(zhì)向地表水和地下水的排放量。而凈用水量卻下降了，因為先前用作農(nóng)業(yè)的水現(xiàn)在可以轉(zhuǎn)向城市供水或以地表水或地下水的方式保留在環(huán)境中。
3.環(huán)境修復(fù)
環(huán)境修復(fù)指污水處理后以合格的水質(zhì)向環(huán)境排放以保持水環(huán)境的流量，維持環(huán)境的功能。所要求的處理則根據(jù)修復(fù)環(huán)境對污染物的同化容量而定。一般至少要求傳統(tǒng)的二級（生物）處理和一定程度的消毒。有些環(huán)境修復(fù)則要求更高級的處理方式，如去除營養(yǎng)物質(zhì)等。一些傳統(tǒng)的處理系統(tǒng)可用于這些情況。而目前新興的一種處理工藝是二級處理（傳統(tǒng)二級處理或生物塘二級處理）后加濕地處理。濕地不僅提供處理（提高了水質(zhì)），也改善了環(huán)境？梢詫竦卦O(shè)計成野生生物棲息地或者設(shè)計成市區(qū)開放性的綠地。
圖2和圖3分別列舉了兩個濕地處理系統(tǒng)，接收傳統(tǒng)的二級出水。圖2為位于邁阿密附近的佛羅里達(dá)州Wakodhatchee濕地處理系統(tǒng)，接收Palm Beach縣污水處理廠的二級出水。作為二級出水的三級處理，它的水力負(fù)荷從0.5cm-5cm/d(水力停留時間為10-40d)。濕地處理系統(tǒng)包括多個種有水生植物的淺水區(qū)，水生植物可以處理污水。在淺水區(qū)中穿插幾個深水區(qū)，深水區(qū)中的重新布水的層流間斷性地流過濕地，固體可收集后定期排除（維護(hù)）。重要的是，在深水區(qū)設(shè)野生生物棲息島，建造通道使公眾能夠無需接觸濕地便可觀賞野生動物和植物。
Palm Beach縣屬于潮濕的亞熱帶氣候。而恰恰相反，Tres Rios 濕地位于阿利桑那州Phoenix城附近，屬于沙漠地區(qū)。但Tres Rios濕地處理系統(tǒng)和Wakodhatchee濕地處理系統(tǒng)有許多相似之處，如圖3所示，他們都有淺水水生植物生長區(qū)、深水區(qū)和棲息島。綠色濕地對于Phoenix城的沙漠景觀是一個很受歡迎的補(bǔ)充，同時也改善了水質(zhì)，為野生生物提供了棲息地。
4.限制接觸性回用
限制接觸性回用包括城市水回用，這種回用方式應(yīng)控制公眾接觸回用水以保護(hù)公眾健康。對于農(nóng)業(yè)性回用，主要風(fēng)險的是這類回用可能將有毒物質(zhì)引入環(huán)境中和傳播疾病，有毒物質(zhì)可以采用降低回用水中有毒物濃度來控制，可采用多種方法，如控制排放源和污水處理。而疾病傳播的控制則可采用一定的消毒措施，同時防止公眾直接接觸回用水。恰當(dāng)?shù)南拗平佑|性回用還包括灌溉和景觀水面。
限制接觸性回用一般至少采用二級處理，衛(wèi)生指標(biāo)為100-1000個糞性大腸菌群/100mL。二級處理可以控制原水（工業(yè)廢水或生活污水）中有毒物質(zhì)的量，也能減少水回用時配水系統(tǒng)中的麻煩問題。不完全消毒的回用水僅能保證系統(tǒng)操作者偶爾接觸回用水時的安全，因操作者能采取常規(guī)的、適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。然而不能保證普通公眾廣泛接觸回用水時的安全。為保護(hù)公眾的安全，不允許他們與回用水經(jīng)常接觸。例如，使用回用水澆灌時，將澆灌時間限制在公眾不在現(xiàn)場的時候，或者采用公眾與回用水隔絕的灌溉方式（滴灌）。又例如，當(dāng)回用水用于限制公眾與之接觸的景觀水面時，不允許在湖中釣魚和（或）游泳。
5.非限制接觸性回用
非限制接觸性回用水是經(jīng)過更高級的處理工藝產(chǎn)生的，公眾與之接觸（并非消耗）是安全的。盡管一個地區(qū)與另一個地區(qū)之間具體要求有變化，但加利福尼亞州在其“22條”中所確定的條款提供了一個一致的解決方案，已被廣泛接受。這些要求進(jìn)行高度的消毒，明顯地減少再生水中致病菌的存在機(jī)會。其基本的處理工藝為生物處理，用來減少可生物降解的有機(jī)物濃度和總懸浮固體（TSS），然后是過濾以減少顆粒物質(zhì)的濃度，最后為消毒。顆粒物質(zhì)的去除可以從幾個方面幫助消毒的進(jìn)行。首先，一些較大的致病菌，如賈第鞭毛蟲（Giardia）和隱性芽孢蟲（cryptosporidia）等，可以通過過濾直接去除；其次，顆粒物質(zhì)的去除使得下面的消毒處理更為有效，這是因為經(jīng)過生物處理和過濾后，水中殘留的致病菌是呈游離狀態(tài)的，當(dāng)然更容易在消毒工序中被殺死。氯消毒和紫外線（UV）消毒都是常用的方法。為了使回用水達(dá)到非限制接觸性應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，表2總結(jié)了一些處理要求。如表2所示，用顆粒介質(zhì)過濾法和膜過濾法的要求不同。
按照表2所列的處理要求生產(chǎn)的回用水，公眾可以直接接觸，可用作公眾可以接觸到的噴灑澆灌，可用于釣魚、劃船和游泳的娛樂性水體以及灌溉一些生食的食用作物。
6.工業(yè)性回用
不同的工業(yè)性回用方式要求不同的回用水質(zhì)。一般需要二級處理和適度消毒以盡量減少回用水中的污染物質(zhì)，保護(hù)工廠工人的健康；赜盟鳛楣S冷卻水應(yīng)用較為廣泛。它要求去除水中的會引起冷卻裝置結(jié)垢的硬度，還要求去除會引起裝置腐蝕和生物污垢的氨。圖4列出了這類回用水的處理工藝流程。二級出水（一般來自現(xiàn)有的污水處理廠）需經(jīng)過石灰軟水裝置和粒狀介質(zhì)過濾。如果作為回用水原水的二級出水未進(jìn)行硝化處理，硝化需合并入過濾工序中進(jìn)行。目前新興的一種應(yīng)用于工業(yè)性回用的處理方法是使用膜裝置進(jìn)行脫鹽處理。
特別是采用微濾或超濾預(yù)處理的二級出水再接反滲透的工藝流程在這一領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多，這種工藝流程的進(jìn)一步的討論將和補(bǔ)充給水的工藝流程結(jié)合在一起進(jìn)行。
7.補(bǔ)充給水和新興技術(shù)
補(bǔ)充給水就是故意將回用水加入飲用水供應(yīng)的回用方式；赜盟梢砸牍┙o飲用水的地表水（如水庫）或地下水源。和工業(yè)性回用的處理方法一樣，這種回用方式也可采用許多種處理方法。其所需要的處理程度則根據(jù)回用水和天然水體的混合程度以及在被提取用作公共給水供應(yīng)之前的處理能力而定。
如果通過地表漫流方式注入地下水的回用水所占比例相當(dāng)小，則僅需要經(jīng)過二級處理和適度消毒。土壤的滲濾作用可將回用水中大量的有機(jī)物和致病菌去除，然后再與地下水混合。這種情況下要考慮的主要的問題是可能引入氮，而氮可以在土壤中轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。天然地下水和回用水混合后在取水井抽取之前流經(jīng)地下蓄水層時也會進(jìn)行一些處理。
自然環(huán)境所提供的處理程度越低，和回用水混合的天然水比例越小，回用水所需要的處理程度就越高，就需要更高級別的處理方法去除有機(jī)物和致病菌。圖5列出 Upper Occoquan 污水管理部門（UOSA）使用的傳統(tǒng)處理工藝。UOSA廠從服務(wù)區(qū)域收集包括生活污水、商業(yè)污水和達(dá)標(biāo)排放的工業(yè)廢水在內(nèi)的原污水，處理后出水接近飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，排放至Occoquan水庫，這是美國弗吉尼亞州東北部的主要飲用水源。處理工藝為傳統(tǒng)的初級處理和帶硝化的二級處理、石灰再碳酸化處理、過濾、粒狀活性炭吸附，最后進(jìn)行消毒處理。在pH﹥11的情況下石灰澄清處理起到消毒、去除高分子有機(jī)物、阻攔重金屬的作用。粒狀活性炭更進(jìn)一步地去除溶解性有機(jī)物，尤其是上道工藝的生物處理中無法去除的非生物降解性有機(jī)物。加氯消毒為最后一個環(huán)節(jié)。
UOSA設(shè)施從1978年便開始運行，已經(jīng)顯示了滿足常規(guī)的具體排放標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)公眾健康的能力。其目前的能力為130,000m3/d，正在擴(kuò)建為210,000m3/d。進(jìn)入Occoquan水庫的水中回用水（UOSA廠出水）占的比例為雨季時不到10%，旱季時超過90%。
目前新興的一種處理流程為二級處理后接微濾(MF)、反滲透（RO）和紫外線消毒（UV）（AWWA,1996）。MF可很大范圍地去除顆粒物質(zhì)，放在RO處理工藝的前面是十分必要的。RO廣泛去除有機(jī)物和無機(jī)物，這兩級順序的膜處理工藝也起到了廣泛的消毒作用。UV消毒則是公眾免受致病菌侵襲的又一道保護(hù)屏障。如上所述，MF后接RO工藝也成為生產(chǎn)各種工業(yè)用水的新興技術(shù)。 另一新興的處理技術(shù)為膜生物反應(yīng)器，以置于反應(yīng)器外部或浸沒在反應(yīng)器內(nèi)部的生物膜 取代傳統(tǒng)的二沉池(Gunder, 2001; Stephenson, et al., 2000) 。膜上留有必要的生物量，用于處理污水，也能去除顆粒物質(zhì)，所以出水的顆粒物質(zhì)含量很低。生產(chǎn)的出水可用于許多回用目的，或經(jīng)活性炭吸附、RO和UV消毒可用于非直飲水的回用。
8.總結(jié)與結(jié)論
總之，不同回用方式所要求的水質(zhì)同相應(yīng)的處理技術(shù)之間的關(guān)系已經(jīng)列出，如表1所示。大范圍的水質(zhì)及其相應(yīng)的生產(chǎn)回用水所用的處理方法取決于不同的回用目標(biāo)。基本的二級處理，或更低程度的處理對農(nóng)業(yè)性回用來說就足夠了。這種農(nóng)業(yè)性回用，一般不允許公眾接觸回用水，而且所澆灌的作物是人類不直接食用的和（或）需要深加工的作物。由于生物塘處理工藝可以使進(jìn)入的污水中可生物降解有機(jī)物穩(wěn)定化，具有消毒的作用，生物塘還可將季節(jié)性貯水與處理系統(tǒng)結(jié)合，使供水量和農(nóng)灌需水量更為吻合，因而常被采用。在所有情況下都應(yīng)控制來自工業(yè)廢水中的有毒物質(zhì)量，不允許工業(yè)廢水排入要進(jìn)行回用的污水集水系統(tǒng)中和（或）要求工廠去除廢水中有毒物質(zhì)后再排入集水系統(tǒng)。
二級出水經(jīng)過適度消毒（100-1000個糞性大腸菌群/100mL）后適合于許多用途，包括限制接觸性回用（如某些方式的灌溉和非接觸性景觀水體）、某些方式的環(huán)境修復(fù)和許多工業(yè)性回用。一些環(huán)境修復(fù)要求去除營養(yǎng)物質(zhì)，加強(qiáng)消毒，當(dāng)用作工業(yè)冷卻水則要求先去除硬度、氨和溶解性固體。用作給水補(bǔ)充時，可有許多種需要的處理方法，取決于回用水和現(xiàn)有給水源的稀釋程度以及是否進(jìn)行了處理，如流經(jīng)土壤時進(jìn)行的處理。膜處理系統(tǒng)正在回用水應(yīng)用領(lǐng)域興起。其中一種新興的膜處理工藝流程為二級出水作為原水，由微濾（予處理）、反滲透、有時加紫外線消毒工藝組成。微濾膜和超濾膜也可并入生物處理工藝取代傳統(tǒng)的二沉池。
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