孫永利，鄭興燦，廖飛鳳，鞠宇平，尚巍
（國家城市給水排水工程技術(shù)研究中心，天津 300074）

　　摘　要：飲用水資源日益緊張的今天，水的再生利用就顯得更加重要。本文從再生水利用的經(jīng)濟(jì)性、小區(qū)污水再生利用的合理性以及工藝可行性等方面討論了小區(qū)污水再生利用的可行性；提出各種再生水利用模式及其水質(zhì)要求、再生利用的主要工藝及其要求；總結(jié)了利用過程中為防止交叉污染、危害公眾健康或影響非灌溉區(qū)環(huán)境而采取的防范措施。

　　作為一種重要的自然和經(jīng)濟(jì)資源，水已經(jīng)成為國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障，水資源的可持續(xù)利用已經(jīng)受到世界各國的關(guān)注。然而，隨著人口的增大、城市的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快以及可用水資源破壞程度的加大，城市水資源短缺與用水需求量增加的矛盾日益突出。中國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，同時(shí)還存在著水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，許多地區(qū)的水資源已經(jīng)成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。而城市污水的再生利用是緩解地區(qū)水資源日漸短缺與用水量不斷增長的矛盾、保護(hù)和改善城市水環(huán)境的重要措施。在不危機(jī)公眾健康的情況下，應(yīng)大力提倡城市污水的再生利用。

1 小區(qū)污水再生利用的可行性

1.1 與開發(fā)其它水資源相比，城市污水再生利用更具有可行性
　　☆與遠(yuǎn)距離調(diào)水相比，城市污水再生利用更經(jīng)濟(jì)，且更容易保證輸水水質(zhì)。遠(yuǎn)距離輸水系統(tǒng)的建設(shè)以及建成后的運(yùn)行都是耗資巨大的工程。同時(shí)如何保護(hù)和保持遠(yuǎn)距離輸水的水質(zhì)和水量也是當(dāng)前和今后很長時(shí)間都必須面對(duì)的問題。
　　☆與海水淡化相比，城市污水再生利用的成本更低。與海水相比，城市污水中的雜質(zhì)含量更低，一般經(jīng)深度處理即可去除。而海水中含有大量的溶解鹽和有機(jī)物，其雜質(zhì)含量在城市污水雜質(zhì)含量的35倍以上，需要采用復(fù)雜的預(yù)處理和反滲透等處理工藝，初期投資和運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)高于污水再生利用的費(fèi)用。
　　☆與無限制的開采地下水相比，城市污水的再生利用更容易保護(hù)可用的水資源。地下水的過度開采能導(dǎo)致水位的大幅度下降，形成大面積的漏斗區(qū)，從而使許多水井枯竭、草木枯萎，嚴(yán)重破壞地面生態(tài)環(huán)境，尤其是沿海地區(qū)可能因海水的入侵而嚴(yán)重污染地下水資源。而在保證水質(zhì)的情況下，使用再生水進(jìn)行地下水回灌有助于提升地下水位，防止各類事故的發(fā)生。
1.2 與城市污水集中處理和再生利用相比，小區(qū)污水再生利用更加合理
　　☆與從遠(yuǎn)距離、集中處理的污水處理廠調(diào)水相比，污水就近收集和處理、所生產(chǎn)的再生水就地利用更容易節(jié)省管道等輸水設(shè)備的基建費(fèi)用。
　　☆遠(yuǎn)距離輸水時(shí)必須提供防滲漏和防止再次污染的措施，這樣就在一定程度上增大了運(yùn)行成本。
　　☆污水的就地處理，減少了集中處理廠的污水處理量，從而可以減小其處理規(guī)模。如果缺水城市普及小區(qū)污水再生利用項(xiàng)目，則可以使集中處理廠的處理規(guī)模減小20~30%。
　　☆營養(yǎng)物含量較低的小區(qū)污水就地處理可以緩解對(duì)城市污水的稀釋，增大污水處理廠有機(jī)物含量，從而增大處理廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)合理性。
1.3 小區(qū)污水再生利用的工藝可行性
　　小區(qū)污水處理工藝一般可由預(yù)處理工段、生物處理工段、絮凝工段、過濾工段和消毒工段組成，其中最主要的是絮凝工段、過濾工段和消毒工段。目前，國外許多污水處理設(shè)備的生產(chǎn)商已經(jīng)研制出大量的污水再生處理集成化設(shè)備，而且多數(shù)已經(jīng)達(dá)到了加利福尼亞州水再生利用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的消毒三級(jí)再生水的要求，即：
　　(a) 經(jīng)絮凝處理和土壤或?yàn)V料床過濾，滿足以下要求：
　　– 單層、雙層或混合濾料重力或壓濾系統(tǒng)的最大濾速不超過5GPM/ft²，或移動(dòng)罩自動(dòng)反沖洗濾池的最大濾速不超過2GPM/ft²；
　　– 濁度不得超過以下要求：日均值2 NTU、24小時(shí)內(nèi)測定值>5NTU的情況不能超過5%、任意時(shí)刻的測定值不能超過10NTU；
　　(b) 經(jīng)過微濾、納濾或反滲透處理，出水濁度不超過以下要求：24小時(shí)內(nèi)測定值>0.2NTU的情況不能超過5%、任意時(shí)刻的測定值不能超過0.5NTU；
　　(c) 消毒工藝應(yīng)達(dá)到：
　　– 使用氯氣消毒時(shí)，CT（消毒劑接觸時(shí)間與消毒結(jié)束時(shí)消毒劑殘存量的乘積）值為450mg•min/L，旱季高峰流量時(shí)的接觸時(shí)間不小于90min；
　　– 消毒工藝和濾池過濾結(jié)合時(shí)，滅菌能力應(yīng)達(dá)到99.999%。
　　達(dá)到以上處理要求的集成化污水再生處理設(shè)備可廣泛應(yīng)用于小區(qū)污水的處理和再利用。

2 小區(qū)污水再生利用的應(yīng)用模式及水質(zhì)要求

2.1 再生水作為限制性娛樂用水
　　限制性娛樂用水指僅用于垂釣、劃船或其它人類不會(huì)直接接觸的、與水相關(guān)的娛樂活動(dòng)的水，而且這些水體中生長的水生植物是不可食用的。這些蓄水設(shè)施對(duì)水處理程度的要求與具體的用水途徑有關(guān)：人類接觸的可能性越大，需要的處理程度就越高。從環(huán)境美學(xué)的角度考慮，為防止這些水體中藻類過度繁殖和惡臭等問題的出現(xiàn)，一般要求去除水中的營養(yǎng)物。另外，從保護(hù)公眾健康的角度考慮，應(yīng)限制水體中病原體微生物和重金屬的含量。
2.2 再生水作為非限制性娛樂用水
　　非限制性娛樂用水指人體可接觸的娛樂活動(dòng)用水，包括但不限于娛樂性湖泊、公共水塘以及魚池等，但不包括消毒循環(huán)利用的游泳池用水。由于這些水體允許人類全身接觸，而且其中生長的水生動(dòng)植物是可供食用的，因此必須嚴(yán)格控制水中病原體微生物和重金屬的含量，同時(shí)應(yīng)提出美學(xué)要求，且不能對(duì)人的眼睛和皮膚具有刺激性。
2.3 再生水作為景觀灌溉用水
　　一般不推薦以噴灌的形式使用再生水灌溉居民區(qū)草坪，而可以采用地下灌溉或漫灌的形式。一般情況下，漫灌應(yīng)在夜間進(jìn)行，并盡量避免公眾接觸，而地下灌溉形式卻可以選在任何時(shí)刻。再生水中含有的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)有利于植物的生長，因此可適當(dāng)放寬這些物質(zhì)在水中的含量要求。由于小區(qū)景觀是人類休息娛樂的主要場所，因此必須對(duì)所使用的再生水中的微生物含量做出嚴(yán)格的限制，以防草坪等植物表面孳生的致病菌對(duì)人體產(chǎn)生危害。
2.4 再生水作為裝飾性噴泉用水
　　裝飾性噴泉以再生水作供水源時(shí)必須留有適當(dāng)?shù)木彌_區(qū)，以防止其濺射對(duì)人體造成傷害。另外，氣溶膠是再生水用作裝飾性噴泉的水源時(shí)必須解決的問題。再生水中的許多致病菌可以在氣溶膠中生活和繁殖，并通過呼吸或接觸食品等方式進(jìn)入人體，對(duì)公眾的健康造成影響。氣溶膠中致病菌的成活和傳播與許多因素有關(guān)，在有利于致病菌生長的環(huán)境中，這些微生物可以傳播到幾百米以外的地區(qū)。因此，從公眾健康的角度考慮，致病微生物的含量是裝飾性噴泉用再生水的一個(gè)重要水質(zhì)指標(biāo)。另外，從環(huán)境美學(xué)角度考慮，色度也是一個(gè)重要的限制因素。
2.5 小區(qū)居民樓沖廁用水
　　目前，許多新建小區(qū)居民樓已經(jīng)安裝了雙路供水系統(tǒng)，將再生水用于沖洗廁所，且已取得了一定的效果。再生水進(jìn)入居民家庭后應(yīng)注意交叉連接、錯(cuò)接、防回流和空氣隔斷等的控制問題，以確保再生水不會(huì)污染飲用水源。同時(shí)，由于居民住宅的衛(wèi)生間一般處于半封閉狀態(tài)，因此必須考慮再生水使用過程中散逸的惡臭在室內(nèi)累積后對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量的影響。

3 污水再生利用工藝的要求

3.1 絮凝工藝的要求
　　絮凝的主要目的是提高過濾過程中微粒的去除率，因此一般建議生產(chǎn)再生水的所有工藝都應(yīng)含有絮凝單元。應(yīng)在絮凝單元進(jìn)水口設(shè)濁度測定儀，并將其信號(hào)傳輸?shù)叫跄齽┩都釉O(shè)備的控制系統(tǒng)，以根據(jù)信號(hào)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)絮凝劑的投加量。絮凝過程分兩個(gè)階段：快速攪拌和慢速攪拌。快速攪拌的時(shí)間一般不超過30s，絮凝劑在整個(gè)絮凝單元的停留時(shí)間一般為20~45min，具體取值由試驗(yàn)確定。所有的絮凝單元都必須具備以下保護(hù)性措施：備用的藥品投加設(shè)備、充足的化學(xué)品儲(chǔ)備和輸送設(shè)施以及充足的化學(xué)品供給保障。
3.2 過濾工藝的要求
　　濁度是度量絮凝效果和確保消毒工藝正常運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。而濁度值的降低則是通過過濾工藝實(shí)現(xiàn)的。一般情況下要求連續(xù)測定過濾出水濁度，且應(yīng)將其信號(hào)傳輸?shù)叫跄齽┩都釉O(shè)備的控制系統(tǒng)，以確保過濾出水濁度達(dá)到設(shè)定條件時(shí)，能自動(dòng)啟動(dòng)絮凝劑投加設(shè)備。一般情況下，過濾單元至少應(yīng)含有三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的濾池，確保其中一個(gè)處于正常運(yùn)行、一個(gè)備用、一個(gè)處于反沖洗狀態(tài)。多個(gè)濾池處于工作狀態(tài)時(shí)，每個(gè)都應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的出水監(jiān)測儀表，以減小系統(tǒng)故障時(shí)維護(hù)操作人員的工作量。經(jīng)過反沖洗的濾池一般需進(jìn)行必要的維護(hù)后才能聯(lián)機(jī)運(yùn)行。
3.3 消毒工藝的要求
　　考慮到氯氣消毒劑與水反應(yīng)后形成的一些有機(jī)氯化物對(duì)生物和人體具有致癌作用，以及氯氣較強(qiáng)的揮發(fā)性和人體刺激性，一般不推薦使用液氯進(jìn)行小區(qū)再生水的消毒，而采用UV消毒系統(tǒng)。消毒系統(tǒng)前應(yīng)設(shè)濁度連續(xù)監(jiān)測裝置，以防止?jié)岫冗^高的水進(jìn)入消毒系統(tǒng)，對(duì)致病微生物產(chǎn)生屏蔽作用，從而影響消毒效果；定期測定UV燈罩的透射率和UV燈的輸出強(qiáng)度，并及時(shí)清洗和更換；UV燈罩破損時(shí)應(yīng)能夠自動(dòng)斷電，以防發(fā)生觸電事故；設(shè)多重報(bào)警系統(tǒng)，分別指示不同的故障情況。
3.4 緊急處理、處置系統(tǒng)或措施
　　任何一種處理工藝都不可能確保始終完全達(dá)到處理要求，因此必須設(shè)置一定的緊急處理、處置措施，用以處理后出水不能達(dá)到水質(zhì)要求時(shí)進(jìn)行蓄水或處置。對(duì)于小區(qū)再生水系統(tǒng)，如果出水不能達(dá)到再生水要求，一般可以直接排放到城市下水道中，而不必修筑龐大的緊急處置系統(tǒng)，也可以考慮將其應(yīng)用于水質(zhì)要求較低的場合。緊急處置系統(tǒng)的電源應(yīng)與處理系統(tǒng)的電源相對(duì)獨(dú)立。進(jìn)入緊急處置狀態(tài)后系統(tǒng)不能自動(dòng)啟動(dòng)，而應(yīng)通過手動(dòng)的方式啟動(dòng)，以防止問題得到解決前，處理設(shè)備再次啟動(dòng)，將處理不完全的水輸送到用戶系統(tǒng)中。
3.5 水質(zhì)監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)
　　再生水的水質(zhì)不僅會(huì)對(duì)用水區(qū)域的環(huán)境造成影響，而且會(huì)影響周圍的居民，因此必須具有長期監(jiān)測出水水質(zhì)的能力。同時(shí)要求處理后出水的水質(zhì)始終達(dá)到再生水的用水要求，因此所有的監(jiān)控設(shè)備都必須具有連續(xù)監(jiān)控的能力，并應(yīng)與自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相連，當(dāng)設(shè)備故障或出水水質(zhì)達(dá)不到設(shè)定值時(shí)能自動(dòng)提出警告。一般情況下，每個(gè)重要處理單元的每臺(tái)設(shè)備進(jìn)出水都應(yīng)根據(jù)水質(zhì)要求設(shè)置自動(dòng)監(jiān)控儀表和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，以減小設(shè)備故障時(shí)維修的工作量，并確保連續(xù)供水。報(bào)警系統(tǒng)必須設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的電源。

4 污水再生利用過程中的防范措施

4.1 標(biāo)識(shí)的類型及安裝要求
　　為防止再生水的誤用，一般應(yīng)在使用再生水的系統(tǒng)中設(shè)置標(biāo)識(shí)。再生水的標(biāo)識(shí)有很多種，但總的來說可以將其劃分為兩大類：圖像標(biāo)識(shí)和文字標(biāo)識(shí)。在美國諸州，一般推薦使用紫色的本底表示再生水，文字則以白色或黑色表示。標(biāo)識(shí)帶一般寬3英寸，每兩個(gè)標(biāo)識(shí)帶之間的距離不超過10英尺。再生水系統(tǒng)中的閥門、水泵以及其它附屬設(shè)備也應(yīng)使用紫色進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并注明為再生水系統(tǒng)部件。
4.2 再生水管道及構(gòu)件的安裝要求
　　必須對(duì)地下再生水和飲用水管道或污水管道的間距做出明確的規(guī)定，如美國規(guī)定再生水管道和飲用水管道間的水平距離一般不小于10英尺，當(dāng)再生水和飲用水管道產(chǎn)生交叉時(shí)，兩者的垂直間距不得小于18英寸，且飲用水管道應(yīng)架設(shè)于再生水管道的上方。
　　為防止管道接頭破裂而造成泄漏，再生水系統(tǒng)中一般不使用軟管接頭。如果必須使用軟管時(shí)，則可以選用軟管快速接頭，但當(dāng)某區(qū)域同時(shí)存在飲用水和再生水快速接頭時(shí)，必須對(duì)兩者都做出適當(dāng)?shù)臉?biāo)識(shí)。
　　當(dāng)需要在用戶處安設(shè)計(jì)量儀表時(shí)，一般要求儀表前安設(shè)必要的過濾裝置，以防止顆粒物質(zhì)對(duì)儀表造成損壞。計(jì)量儀表和過濾裝置的維護(hù)工作由供水商完成。
4.3 防止再生水和其它供水系統(tǒng)的相互污染
　　再生水一般采用壓力管道輸送，必須確保用水高峰期用戶儀表處水壓大于最小水壓的要求，同時(shí)應(yīng)保持飲用水供水管道中的壓力大于再生水供水管道中的壓力，以防因滲漏而污染飲用水，例如美國明確規(guī)定兩者之間的壓力差不得小于10psi（磅/平方英寸）。
　　當(dāng)用水區(qū)同時(shí)采用飲用水和再生水供水時(shí)，必須考慮一定的防回流措施和空氣隔斷，以確保不會(huì)因再生水回流到飲用水系統(tǒng)中而對(duì)飲用水造成污染。同樣，某區(qū)域同時(shí)存在再生水和污水時(shí)，也必須具有防止污水污染再生水的措施。一般情況下，空氣隔斷為供水管道直徑的2倍。
4.4 防止通過徑流、濺射、地下滲漏等方式進(jìn)入批準(zhǔn)的用水區(qū)之外的場合
　　再生水用作景觀灌溉或裝飾性噴泉的水源時(shí)，不能濺射到用水區(qū)之外的環(huán)境中，且用水區(qū)坑洼存水的時(shí)間不得超過2小時(shí)，否則需對(duì)用水量做出適當(dāng)?shù)男抻啞?yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定用水區(qū)的供水速率，使其和滲透速率保持一致，以防止再生水徑流事件的發(fā)生。
　　雖然再生水可用于補(bǔ)足地下水資源，但必須考慮其是否會(huì)對(duì)地下水的水質(zhì)造成不利影響。同樣的，再生水用于限制性或非限制性景觀蓄水池時(shí)也必須考慮其滲漏是否會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)造成不利影響，是否需要添加一定的防水襯里。
4.5 防止蚊蠅的孳生
　　目前一般通過三種方式控制蚊蠅的孳生：
　　ü 控制水的物理特征。通過控制水體的特征，防止形成蚊蠅孳生的水生環(huán)境，以達(dá)到去除蚊蠅的目的是我們當(dāng)前和今后一段時(shí)間長期面臨的問題。
　　ü 通過生物鏈控制蚊蠅的數(shù)量。可以在水體中營造適合于食蚊魚等以蚊蠅幼蟲為食的水生生物生長的環(huán)境，以提高其單位面積的數(shù)量。一般情況下以幼蟲為食的水生生物對(duì)蚊蠅幼蟲的去除效率受以下因素影響：水生植物的密度、蚊蠅幼蟲的繁殖速度和水體中水生生物的其它食物源的量等。
　　ü 通過化學(xué)藥劑控制。化學(xué)藥劑僅適用于臨時(shí)性或緊急情況下的蚊蠅控制，而不能長期使用。這不僅是從其經(jīng)濟(jì)性方面考慮的，而且綜合考慮了化學(xué)藥劑的環(huán)境影響以及蚊蠅幼蟲對(duì)化學(xué)藥劑的生理抗性的問題。