再生水在居民小區的應用研究
| 論文類型 | 基礎研究 | 發表日期 | 2003-10-01 |
| 來源 | 全國城市污水再生利用經驗交流和技術研討會——國家城市給水排水工程技術研究中心 | ||
| 作者 | 劉文亞,尚巍,張曉峰,佟巍,孫永利,廖飛 | ||
| 摘要 | 劉文亞1，尚巍2，張曉峰1，佟巍3，孫永利2，廖飛鳳2 （1. 天津中水有限責任公司，天津 300381； 2. 國家城市給水排水工程技術研究中心，天津 300074；3. 華東理工大學，上海 200237） 天津市有著豐富的污水資源。目前，天津市日排放污水120～150萬m3，據預測，2005年全市可提供再 ... | ||
劉文亞1，尚巍2，張曉峰1，佟巍3，孫永利2，廖飛鳳2
（1. 天津中水有限責任公司，天津 300381；
2. 國家城市給水排水工程技術研究中心，天津 300074；3. 華東理工大學，上海 200237）
天津市有著豐富的污水資源。目前，天津市日排放污水120～150萬m3，據預測，2005年全市可提供再生水水源149萬m3/d，2010年為169萬m3/d，2015年將達到199萬m3/d。進行污水資源化利用，將是我們緩解水緊缺的有效途徑。在這種情況下，國家計委、天津市政府確定在天津市紀莊子建設污水再生利用示范工程，生產的再生水部分用于附近小區的景觀環境、綠化、沖廁和清洗街道。
本文主要通過再生水在居民小區中的應用，研究再生水使用過程中對室內和室外環境的影響。
1 示范工程簡介
本工程采用紀莊子污水處理廠二級出水作為水源，處理規模為50000m3/d。其中膜法處理系統，工程規模為20000m3/d，生產高水質再生水供居住區生活雜用水，景觀用水及綠化用水；另一系統為傳統工藝，工程規模為30000m3/d，其再生水質低于膜法系統生產的再生水，但可以滿足工業用水水源標準的要求。
考慮到本工程生產的再生水在國內首次大規模入戶，因此供應居民小區的再生水的水質要求十分嚴格，其水質指標見表1。為了達到水質要求，保證供水的安全可靠，選用了先進的連續微濾膜(CMF)過濾和臭氧氧化聯合處理工藝，圖1為整個膜工藝流程圖。二級出水首先經過混凝沉淀，然后進入CMF過濾裝置，CMF出水經過臭氧氧化和加氯消毒后經送水泵房輸送到居民區。整個工藝中最具特點的，也是最重要的兩個工序是CMF工序和臭氧氧化工序。CMF用來去除水中的懸浮物質、COD和微生物，去除率可分別達到60%、20%和90%以上；臭氧工序是一道安全屏障，在消毒的同時去除色度、嗅味，降低水的渾濁度，去除水中的酚、鐵、錳等物質，使水中溶解氧增加，改善出水水質。
表1 供居住區再生水水質指標
項目
指標
項目
指標
濁度，NTU
≤5
Cl-，mg/L
≤300
SS，mg/L
≤5
Fe，mg/L
≤0.2
色度，度
≤15
Mn，mg/L
≤0.1
pH
6.5～9.0
游離余氯
0.2
嗅味
無異味
陰離子合成洗滌劑
≤0.5
BOD5，mg/L
≤10
TP，mg/L
≤1.0
CODcr，mg/L
≤50
揮發酚，mg/L
≤0.1
NH3-N，mg/L
≤10
石油類，mg/L
≤1.0
總硬度(CaCO3計)，mg/L
≤300
細菌總數，個/mL
≤100
TDS，mg/L
≤1000
總大腸菌群，個/L
≤3
污染指數SDI
<3
再生水來自于污水，盡管經過了許多道處理工序，其中大部分的微生物、有機物和雜質已經被去除，但是在使用過程中它的氣味和微生物依然是人們所關心的兩大問題。因此，我們確定了四項監測項目：氨、硫化氫、細菌總數和總大腸菌群，其中氨和硫化氫的嗅覺閾值較低，故選擇這兩項指標作為指示；而大氣中微生物的種類較多，大多數研究者在評價空氣質量時常選用細菌總數、大腸桿菌、肺炎桿菌、產堿桿菌和病毒作為指示，但是后三種微生物檢測起來較為繁瑣，無法快速得到實驗結果，因此選擇細菌總數和總大腸桿菌作為指示菌，來考察再生水的應用。
目前，人們進行了大量有關再生水工藝和利用方式方面的研究，但是再生水用作沖廁、景觀水體時，應用現場對周圍環境影響的研究較少，本研究通過對再生水在使用過程中可能產生的氣體和氣溶膠進行了監測，從使用安全性和衛生性方面進行了論證。
2 再生水的應用研究
2.1再生水在人工湖泊中的應用研究
梅江小區內人工湖泊的水面面積為28500m2，水深1.8～2.0m[1]。自建成以來一直以再生水作為水源，初次注水量為48000m3，其后陸續換水和補充水體的蒸發，已經使用了近20000m3的再生水。為了研究再生水對周圍環境造成的影響，考察再生水的使用安全性，采用固定監測點連續監測和建立對照組的方式進行。
由于大氣污染物的擴散距離很遠，應按照監測目標和對象的不同，選擇不同尺度的空間范圍進行監測。本次研究只限定為再生水對小區內空氣環境的影響，因此，監測的空間范圍選擇為小區尺度，監測邊緣為小區的圍墻。在小區范圍內放射式布點和功能區劃分布點原則布設監測點，在公眾經常出入的陽光花房和小橋處設監測點，其余監測點均勻分布在人工湖周圍。采樣時根據當時的風向，下風向適當增加監測點。采集高度與人體的呼吸帶高度一致，為1.5m。監測時間段選擇在氣象條件比較惡劣的夏季(8月份)，同時選擇相近氣象條件、功能相近的小區布設監測點作為環境本底值。監測數據見表2。
表2 人工湖周圍環境質量監測數據
監測點
硫化氫（mg/m3）
氨（mg/m3）
細菌總數（cfu/m3）
總大腸菌群（cfu/m3）
1
0.0014
0.324
67
50
2
0.0040
0.256
500
444
3
未檢出
0.282
415
326
4
0.0046
0.278
347
245
5
0.0038
0.256
378
245
6
0.0034
0.338
333
166
臨近小區
未檢出
0.141
325
167
注：所列數據為時濃度平均值
參照表2中的數值，我們可以看出，在人工湖周圍監測到的數據中，硫化氫濃度較低，基本在嗅覺閾值以下；而氨的濃度基本在0.20～0.35mg/m3之間，也低于0.5～0.55mg/m3的嗅覺閾值；采集到的氣溶膠中，細菌含量和總大腸含量數值均在500cfu/m3以下。同鄰近小區監測到的數據相比，除氨的濃度稍高以外，其余數值基本接近。這說明在人工湖周圍，空氣質量并未受到再生水的影響，而且大面積的水域起到了凈化空氣的作用，在湖心休閑用的木橋處微生物濃度遠遠低于其他監測點的臨近小區的濃度?？梢哉f，只要污水經過適當處理，可用作景觀水體的水源以改善我國缺水地區的住宅小區居住環境，緩解了當地的水資源緊缺問題，而且是較為安全和可靠的，值得大力推廣。
2.2 再生水在水景中的應用研究
小區內除擁有人工湖外，還建有水景2處，1處為水簾式，采用再生水為水源；另外1處為常見的噴泉式，采用自來水為水源。2處水景每周末向小區居民開放。
眾所周知，水景內水流擾動較為劇烈，容易使得揮發性有機物揮發出來，產生氣味，也會產生細小的液體微粒，也就是氣溶膠，它的來源之一便是湍流和受到擾動的水體。倫敦的公共衛生中心實驗室Noble于1963年測定帶菌氣溶膠的粒徑一般為4～20μm，極易隨風傳播，空氣中的微生物附著在氣溶膠顆粒上，有時能夠存活很長時間[2]。本次研究中將采集氣溶膠顆粒，監測其細菌和大腸桿菌的含量。
我們將2處水景分別看作2個點源，布點時，以點源為頂點，以當時的風向為軸線，在下風向劃出扇形地區作為布點范圍，扇形的角度約為25º，同時在頂點的上風向布設環境監測點[3]。監測數據見表3。
表3 水景周圍環境監測數據
監測點
硫化氫（mg/m3）
氨（mg/m3）
細菌總數（cfu/m3）
總大腸菌群（cfu/m3）
1
0.0036
0.039
170
69
2
未檢出
0.0663
192
328
3
0.0028
0.0662
217
388
4
0.0004
0.046
206
796
自來水為水源
0.0022
0.0496
460
69
表3所列數據表明，對于再生水為水源的水景，在其下風向硫化氫的濃度均低于上風向的數值，氨的濃度在3#監測點為0.066mg/m3，比上風向測得的濃度高0.027mg/m3，在4#監測點衰減為0.046mg/m3，比上風向濃度僅高0.007mg/m3；氣溶膠中細菌數量在3#監測點處達到最高，為217cfu/m3，然后逐漸衰減；大腸桿菌數量在4#監測點達到最高，為796cfu/m3，然后衰減，在監測邊緣衰減為299cfu/m3。同自來水為水源的水景進行數值比較發現，除大腸桿菌數量較高外，其余指標均低于自來水為水源的水景環境濃度。
2.3 再生水在室內沖廁水中的應用研究
室內空氣污染物具有種類繁多、濃度低的特點。本研究是針對再生水在沖廁、雜用時可能產生的氣體污染物和微生物，監測項目仍然為以上四項。監測地點分別設在衛生間、有墩布池的廚房，并在客廳設監測點進行對照采樣，同時測定室外空氣濃度。衛生間監測點的采樣高度為0.75m，其余為人體呼吸帶高度，即1.5m。監測結果見表4。
表4 室內空氣質量監測數據
監測點
硫化氫（mg/m3）
氨（mg/m3）
細菌總數（個/m3）
總大腸菌群（個/m3）
再生水為水源
衛生間
未檢出
0.213
412
262
廚房
未檢出
0.432
455
286
客廳
未檢出
0.256
381
476
室外
未檢出
0.180
250
214
自來水為水源
衛生間
未檢出
0.628
690
333
廚房
未檢出
0.322
357
95
客廳
未檢出
0.013
1833
452
室外
未檢出
0.062
476
71
整個監測過程都是在門窗封閉的情況下進行。監測結果表明，無論使用再生水還是自來水，室內環境中的硫化氫含量均非常低；使用再生水清洗墩布時氨的濃度要略高于使用自來水的情況；氣溶膠的采樣結果表明，室內各房間的細菌和大腸桿菌數量都較為平均，使用再生水對衛生間和廚房的空氣環境并沒有明顯的變化。
四項監測結果表明，室內空氣質量要低于室外的空氣質量，而且氨的濃度超過了室內空氣質量標準中0.2mg/m3的規定[4]。一些調查表明，室內氨污染主要來自于結構施工中用到含氨的防凍劑的建筑物中。因此，要獲得良好的室內環境，不僅需要消除室內污染源，還要保持適宜的通風量，從而使人們的活動和休息處于比較舒適的室內環境中。
3 討論
1. 本次研究表明，污水經過膜過濾和臭氧氧化后得到的再生水，可以用作景觀環境用水、沖廁等市政雜用，其他相當的處理工藝生產的再生水，也可以用作此用或要求較低的用途；
2. 由于氣溶膠與健康風險關系的相關研究十分有限，所以很難評價它對健康的影響。在美國和以色列曾做過有關噴灌區域的氣溶膠調查，結果未發現氣溶膠和該地區腸道患病率之間有什么特定關系，因此，水景下風向大腸桿菌數量稍高，應該不會對環境造成很大的影響；
3. 我國出臺的空氣質量標準中，只有2003年3月頒布的《室內空氣質量標準》中規定了細菌數量不超過2500cfu/m3，對于其他惡臭化合物和指示性細菌和病毒未作明確規定，隨著人們生活水平的提高，對周圍環境質量的要求也不斷提高，建議加強這方面的研究，便于以后的標準修訂中給予明確的規定；
4. 建議住宅的建筑設計、建材和施工應以人為本，盡可能做到人們長期逗留的場所具有良好的朝向、采光和通風，使室內環境達到可能的最佳狀態。
參考文獻
[1] 張偉. “藍水假期”小區水環境規劃思路. 建設科技, 2002, 7: 21.
[2] 于璽華, 車鳳翔. 現代空氣微生物學及采檢鑒技術. 北京: 軍事醫學科學出版社, 1998.
[3] 奚旦立. 環境工程手冊—環境監測卷. 北京: 高等教育出版社, 1998.
[4] 《室內空氣質量標準》 GB/T 18883-2002.
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