生活污水處理后用于地下水補充可行性分析
簡介：在干燥或半干燥地區(qū)，諸如大面積城市聚集區(qū)或密集型農(nóng)村地區(qū)非常需要水，回收利用民用、城市或工業(yè)污水是一種可行的方法。在一些國家的綠地灌溉、各種農(nóng)作物的生產(chǎn)及工業(yè)用途等方面的實踐證明對水進行回收再利用是解決水量減少的一種可行、可靠和經(jīng)濟的方法。必須仔細調(diào)查這些較傳統(tǒng)的污水回收方法的長期效果和可持續(xù)性，如了解農(nóng)村土壤中鹽份的增加。 美國西南各州和以色列有一些范圍小、目的性強的補充地下水的例子，這些項目已實施了二十五至四十年，人們收集了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。利用處理過的城市污水補充地下水被視為是一種有計劃的"間接再利用飲用水"的可行辦法，盡管經(jīng)過回收的地下水不會經(jīng)過蒸餾變?yōu)槊裼盟，但是這種地下水卻可用于其它一些對水質(zhì)量要求高的情況，如用于無限制的農(nóng)村灌溉，F(xiàn)在只在納米比亞溫河克的一個現(xiàn)代高級污水處理廠可以完成“直接及有計劃回收飲用水”。此工廠流程包括8個步驟，自1969年以來和另外一種技術(shù)同時使用。這是個特例，可能不會被視為一種其它國家也可以采用的范例。
關(guān)鍵字：水回收 民用污水 地下水補充
1. 簡介
在干燥或半干燥地區(qū)，諸如大面積城市聚集區(qū)或密集型農(nóng)村地區(qū)非常需要水，回收利用民用、城市或工業(yè)污水是一種可行的方法。在一些國家的綠地灌溉、各種農(nóng)作物的生產(chǎn)及工業(yè)用途等方面的實踐證明對水進行回收再利用是解決水量減少的一種可行、可靠和經(jīng)濟的方法。必須仔細調(diào)查這些較傳統(tǒng)的污水回收方法的長期效果和可持續(xù)性，如了解農(nóng)村土壤中鹽份的增加。 美國西南各州和以色列有一些范圍小、目的性強的補充地下水的例子，這些項目已實施了二十五至四十年，人們收集了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。利用處理過的城市污水補充地下水被視為是一種有計劃的"間接再利用飲用水"的可行辦法，盡管經(jīng)過回收的地下水不會經(jīng)過蒸餾變?yōu)槊裼盟，但是這種地下水卻可用于其它一些對水質(zhì)量要求高的情況，如用于無限制的農(nóng)村灌溉，F(xiàn)在只在納米比亞溫河克的一個現(xiàn)代高級污水處理廠可以完成“直接及有計劃回收飲用水”。此工廠流程包括8個步驟，自1969年以來和另外一種技術(shù)同時使用。這是個特例，可能不會被視為一種其它國家也可以采用的范例。
同時也需注意到由于處理過或未經(jīng)處理的污水排放到地面水中及保存時間短的下游水的抽取等原因，進行“無計劃、無目的直接污水回收法”可能會在全球得到采用。然而人們卻不明污水的來源。分析這些系統(tǒng)，我們可以得出一些對計劃性回收利用間接飲用水有價值的結(jié)論。“間接飲用水的回收利用”指表面儲存經(jīng)過處理的污水（湖中或水庫中的水）或通過補充儲存地下水。這兩種方式都是本文集中調(diào)查和討論的主題。
1.1 地下水的利用和超采
干燥地區(qū)的一個共同問題是盡管抽取量非常高，卻沒有充足的天然地下水進行補充。幾個國家的地下水位已經(jīng)下降了十米至好幾百多米。實際上地下水是在被"開采"。這些不可逆轉(zhuǎn)的變化是顯而易見的，或者說未來將會發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。鹽水可能會流入沿海蓄水層，更深層的含鹽蓄水層可能會堆積起來，使得這種重要的資源不可以得到重新使用。在某些地區(qū)如加州的歐蘭哲縣甚至在歐洲地區(qū)，急需改變這些后果。
1.2 地下水污染
由于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和一般的城市活動，上部的蓄水層面臨受到相當(dāng)大的污染的危害。五十多年前就已經(jīng)發(fā)生了蓄水層受到污染的情況。我們必須認識到大部分"初期的地下水"面臨的質(zhì)量問題比較嚴峻，它們可能已經(jīng)不適合無限制地飲用，或者必須經(jīng)過特殊、高級的處理方可飲用。此種有計劃地運用適當(dāng)質(zhì)量的水資源來補充地表水的方法可以有效改善這種局面，特別是在離城市較近些的地區(qū)。
1.3 現(xiàn)有經(jīng)驗和知識
世界上某些地區(qū)采用多多少少經(jīng)過處理的城市污水來補充地下水的歷史已經(jīng)有好幾十年，盡管還沒有達到上百年。許多大城市如柏林、鳳凰城，有很多將未經(jīng)處理的污水包括工業(yè)廢物進行再利用的范例，現(xiàn)在大家認識到城市（和民用）污水至少需要生物凈化過程。同時人們早已認識到通過物理-化學(xué)特別是生物的機制，地下（包括滲流區(qū)和滲透的蓄水層）具有驚人的凈化效果。凈化的前提和效率可能有所不同，但是最驚人的優(yōu)勢在于蓄水層保持水份時間較長，延伸的距離較長。水份保持時間從幾個月到幾年內(nèi)，盡管還沒有達到幾十年。
在設(shè)計良好的系統(tǒng)內(nèi)的微生物和化學(xué)水質(zhì)中可以看到凈化效果是非常可靠的。儲備和處理地下水的一個主要優(yōu)勢就是從前污水來源不明，這種"身份的喪失"有利于公眾接受這種再利用的方法。
依據(jù)無數(shù)無計劃和有計劃的回收利用水資源方面的經(jīng)驗，在儲存和補充地下水的過程中得出的整體結(jié)論就是需基本包括自然凈化效果。無此凈化效果，則需要進行技術(shù)處理，此費用將會很高。 2. 反對將污水再利用成為補充的地下水的論據(jù)。
2．支持將污水再利用補充地下水的論據(jù)
2.1 污水是一種資源
在干燥地區(qū)或無規(guī)律降雨和河流的地區(qū)，城市污水是一種可靠的水資源。這要求具備一個可靠的供水的系統(tǒng)、污水收集系統(tǒng)和一個適當(dāng)高效的污水處理廠（如去除生物碳和氮）。必須具備上述這些基本設(shè)施，而且必須具備其它防范措施（見后文）。此水量幾乎要與飲用水的要求相適應(yīng)。由于灌溉、冷卻等原因引起的損失可能導(dǎo)致水量有所不同。然而通過綜合下水道系統(tǒng)中的表面流量可以得以平衡。另一個優(yōu)勢是因為城市中對水要求較高的地區(qū)附近隨處可得污水。事實上，由于運輸費用高，對季節(jié)的要求較苛刻，城市地區(qū)的污水回收后再利用到農(nóng)業(yè)上的方法可能并不經(jīng)濟實惠。
2 .2城市污水的質(zhì)量問題
對于收集后的城市污水，人們有許多疑慮，人們擔(dān)心這些污水中含有家庭、工業(yè)、排泄和其它來源排放的各種污染物。盡管經(jīng)過傳統(tǒng)的機械和生物處理，這些污染物并沒有完全被去除。
主要污染物有：
● 病原菌
● 病毒
● 寄生蟲
● 持久有機污染物（POPs）
● 溶解鹽（TDS）
● 營養(yǎng)物（N, P）
在計劃和實施再利用/補充系統(tǒng)的過程中，必須認真對待這些問題。但是首先應(yīng)該以一種綜合的態(tài)度來看待這些不同的污染物。 必須盡可能地將來源明確的污染物與民用污水份開。比如：含鹽污水的工業(yè)排放或高負荷不可降解的有機污染物（殘留的生物污水處理）的排放。很難避免或分離那些來源（擴散性來源）不明確的污染物。因此，整體系統(tǒng)必須考慮所有的這些問題。
所有微生物污染物都來源于人體排泄物，在對將死的微生物中滲透性高和保留時間充分的滲透蓄水層進行地下水補充的過程中，這些人體排泄物可以得到非常有效地清除。在巖溶或巖石蓄水層中，這種自我凈化功能并不可靠。在補充較好的情況下，無需在補充前對污水進行消毒，然而在使用其它回收方法時卻要求進行有效的消毒。 家用水將提高溶解鹽的含量（50至300mg/l TDS之間），這將會損害隨后的飲用和非飲用水的使用。建議分析家庭中鹽的來源，如通過水份軟化劑的離子交換（入口點處理），及思考其它方法。
營養(yǎng)物（氮和磷）通常濃度比較高，在進行水份補充之前，需要采取防范措施。特別是去除后生物氮需要達到回收后的地下水中（如今后用于飲用）的氨氣和氮化物的標準。去除磷似乎目前還不是一個主要的問題。地下水可以去除磷，在飲用水中，不需要考慮磷的問題。
水資源補充再利用中，質(zhì)量控制的核心任務(wù)與持久的有機污染物（POP）有關(guān)。POP可以長期儲存在蓄水層中。也有一些天然有機物（NOM）來源于飲用水及生物處理后的產(chǎn)品（污水有機物EfOM）。然而，NOM 和EfOM的化學(xué)成分幾乎或完全相似，它們不會直接對身體有害。但是在氯化過程中將生成鹵化物（包括三鹵甲烷）。
POP危害人體健康的擔(dān)憂與污染飲用水大體相似，其中我們都可以發(fā)現(xiàn)許多達到最高限度的污染物（MCL）。我們需要知道更好的POP的指導(dǎo)值。這些背景知識會有些幫助。
2.3 需要高級處理和高費用
應(yīng)該將含有分開后的工業(yè)排放物（那些人們擔(dān)心的）以及去除生物氮后的城市二級污水視為一種可行的補充地下水的資源。不同地點的質(zhì)量可能有所不同，補充前要求采用高級的處理方法。而且在設(shè)計和選擇高級處理過程時，考慮回收后的地下水的限價是非常重要的。 當(dāng)前全球全面補充工程的范例表明高級處理污水的方法有許多，從無第三級處理、過濾、消毒到用于有機物和鹽控制的活性碳的氧化和膜處理等。無疑它們都可以去除所有的溶解化合物，但是費用卻很高。一些技術(shù)解決方法忽略了土壤和蓄水層（土壤-蓄水層處理，SAT）的自我凈化能力。這種忽視的態(tài)度是不對的，將帶來高昂的代價。
在已受到控制的蓄水層系統(tǒng)、天然地下水稀釋度較低或當(dāng)?shù)氐牡叵滤呀?jīng)受到污染的情況下，后期處理補充水是一種有用的解決辦法（聯(lián)合處理）。 總之，這種附加然而必要的處理過程是多種因素造成的（見上文），費用必須與其它資源管理如進口新鮮水的費用相聯(lián)系和協(xié)調(diào)。
2.4 回收后的地下水的質(zhì)量
補充的地下水質(zhì)要求與蓄水層是用于飲用或非飲用有關(guān)。飲用或非飲用這兩種用途在一些國家如美國和以色列都存在，因此需要認真準備。一旦選擇蓄水層將用于非飲用水，就不可改變。如果想改為用于飲用水，要花費很長時間才能重新達到飲用水的質(zhì)量要求。許多國家將地下水視為"唯一資源"，它們將水份散抽取、幾乎未經(jīng)任何處理就供應(yīng)水。
鑒于地下水經(jīng)人工回收可得到重新利用，"唯一資源是蓄水層"這一概念要求對水進行高級處理，如采用膜處理法，而非依賴天然達到凈化效果。發(fā)展中國家可能承擔(dān)不起這些費用。依據(jù)歐洲處理天然地下水的經(jīng)驗，如堤岸滲透法和將污染后地表水進行處理來達到人工補充的效果，因而我們建議采納這種較實用的方法，考慮到現(xiàn)有的農(nóng)村和城市地區(qū)的蓄水層質(zhì)量不同及回收水的具體要求不同，策略可包括：
●勿將主要工業(yè)廢水排入污水系統(tǒng)（鹽和持久有機物）
●利用成本低見效快的過程去除持久有機污染物（如活性碳），預(yù)先處理二級污水。
●認真管理地下水，回收利用補充和稀釋后的水，從而使之保持幾個月的時間。
●依據(jù)成功的經(jīng)驗、合理的評估和風(fēng)險預(yù)測，制定這些系統(tǒng)的標準。
2.5 補充地下水的具體實施原則
無論水質(zhì)如何，水文地質(zhì)的狀況對于成功地補充地下水具有決定性的作用。根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況，如缺乏滲透性，缺乏適醣的蓄水層的容積，蓄水層的使用權(quán)，土地的可用性，使用水的權(quán)利等等，補充地下水的方法可能未必可行。然而已經(jīng)證明在許多情況下，人工補充是可行的方法，特別是對水進行長期的管理。
關(guān)于技術(shù)解決辦法，下面是補充水的幾項原則：
●對于沙地或沙礫盆地的表面可進行表面清潔和粘附層的再生。這些系統(tǒng)類似古典的沙漏，需要一個較大的表面積。它們可以處理含有懸浮顆粒和可生物降解的物質(zhì)等水質(zhì)較低的情況。
●對于滲透性較差的表層土壤，可利用補充水的溝渠或豎井。設(shè)計這些系統(tǒng)時可考慮用于清潔，因此需要不大的空間和一般的水質(zhì)。
● 直接注水井適合較深的蓄水層和承壓蓄水層。這些井對鹽份堆積和井再生非常敏感，因此要求水質(zhì)必須相當(dāng)好，必須是多年的水井或可以延長再生周期（無懸浮物，可生物降解的物質(zhì)含量低）。
總之，建議設(shè)計和建造完整的補充系統(tǒng)之前，必須監(jiān)測地下水位和水質(zhì)，建造模型并全面調(diào)查水文地質(zhì)情況。
3. 結(jié)論
無論回收并儲存后的地下水是用于飲用或非飲用，將處理過的城市和民用污水進行人工補充地下水是一種常用的回收水的方法。設(shè)計和實施時需要全面的調(diào)查污水質(zhì)量、計算前期處理的成本-效果、采用適當(dāng)?shù)难a充方法、了解土壤蓄水層系統(tǒng)的凈化效果和流入抽取井的情況等等。特別是在城市地區(qū)，這種回收方法可以為民用、工業(yè)和農(nóng)業(yè)用途提供更多的水。然而應(yīng)該記住此種"水的回收"永遠不會是一個封閉的、可以避免溶解鹽或其它持久化合物增加的周期。
4. 參考書目
下面列出最近以水的回收利用為題的手冊和重要的報告。
美國國家研究委員會（1998）：關(guān)于飲用水的再利用--利用回收水提高水供應(yīng)的可行性。國家學(xué)院出版社，華盛頓。 Asano, T著：污水的回收和再利用（1998）水質(zhì)管理圖書館---第十冊，Technomic，蘭卡絲特/巴塞爾。
Rowe, D.R.: Abdel-Magid, L.M著：污水回收和再利用手冊（1995），CRC-Lewis出版社，波卡來頓。
Fox, Peter 等著：深入研究可持續(xù)性水回收的土壤蓄水層處理的方法（2001）。亞力桑那大學(xué)可持續(xù)性水供應(yīng)自然中心。美國亞力桑那州。
奧蘭多（1998）和圣安東尼（2000）AWWAWEF回收水的會議紀要。
2000年IWA世界水會議紀要（巴黎）。跟蹤調(diào)查水的回收再利用情況。
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