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濟性、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要求、再生利用的主要工藝及其要求；總結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濟資源，水已經成為國家經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要保障，水資源的可持續(xù)利用已經受到世界各國的關注。然而，隨著人口的增大、城市的發(fā)展、城市化進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。中國是一個嚴重缺水的國家，同時還存在著水資源浪費的現象，許多地區(qū)的水資源已經成為當地經濟發(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、保護和改善城市水環(huán)境的重要措施。在不危機公眾健康的情況下，應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
　　☆與遠距離調水相比，城市污水再生利用更經濟，且更容易保證輸水水質。遠距離輸水系統(tǒng)的建設以及建成后的運行都是耗資巨大的工程。同時如何保護和保持遠距離輸水的水質和水量也是當前和今后很長時間都必須面對的問題。
　　☆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，城市污水中的雜質含量更低，一般經深度處理即可去除。而海水中含有大量的溶解鹽和有機物，其雜質含量在城市污水雜質含量的35倍以上，需要采用復雜的預處理和反滲透等處理工藝，初期投資和運行費用遠高于污水再生利用的費用。
　　☆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可用的水資源。地下水的過度開采能導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重污染地下水資源。而在保證水質的情況下，使用再生水進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
　　☆與從遠距離、集中處理的污水處理廠調水相比，污水就近收集和處理、所生產的再生水就地利用更容易節(jié)省管道等輸水設備的基建費用。
　　☆遠距離輸水時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城市污水的稀釋，增大污水處理廠有機物含量，從而增大處理廠運行的經濟合理性。
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備的生產商已經研制出大量的污水再生處理集成化設備，而且多數已經達到了加利福尼亞州水再生利用標準中規(guī)定的消毒三級再生水的要求，即：
　　(a) 經絮凝處理和土壤或濾料床過濾，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，或移動罩自動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小時內測定值>5NTU的情況不能超過5%、任意時刻的測定值不能超過10NTU；
　　(b) 經過微濾、納濾或反滲透處理，出水濁度不超過以下要求：24小時內測定值>0.2NTU的情況不能超過5%、任意時刻的測定值不能超過0.5NTU；
　　(c) 消毒工藝應達到：
　　– 使用氯氣消毒時，CT（消毒劑接觸時間與消毒結束時消毒劑殘存量的乘積）值為450mg•min/L，旱季高峰流量時的接觸時間不小于90min；
　　– 消毒工藝和濾池過濾結合時，滅菌能力應達到99.999%。
　　達到以上處理要求的集成化污水再生處理設備可廣泛應用于小區(qū)污水的處理和再利用。

2 小區(qū)污水再生利用的應用模式及水質要求

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直接接觸的、與水相關的娛樂活動的水，而且這些水體中生長的水生植物是不可食用的。這些蓄水設施對水處理程度的要求與具體的用水途徑有關：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，一般要求去除水中的營養(yǎng)物。另外，從保護公眾健康的角度考慮，應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植物是可供食用的，因此必須嚴格控制水中病原體微生物和重金屬的含量，同時應提出美學要求，且不能對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，漫灌應在夜間進行，并盡量避免公眾接觸，而地下灌溉形式卻可以選在任何時刻。再生水中含有的氮、磷等營養(yǎng)物質有利于植物的生長，因此可適當放寬這些物質在水中的含量要求。由于小區(qū)景觀是人類休息娛樂的主要場所，因此必須對所使用的再生水中的微生物含量做出嚴格的限制，以防草坪等植物表面孳生的致病菌對人體產生危害。
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必須留有適當的緩沖區(qū)，以防止其濺射對人體造成傷害。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入人體，對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，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重要水質指標。另外，從環(huán)境美學角度考慮，色度也是一個重要的限制因素。
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。再生水進入居民家庭后應注意交叉連接、錯接、防回流和空氣隔斷等的控制問題，以確保再生水不會污染飲用水源。同時，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累積后對室內空氣環(huán)境質量的影響。

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，因此一般建議生產再生水的所有工藝都應含有絮凝單元。應在絮凝單元進水口設濁度測定儀，并將其信號傳輸到絮凝劑投加設備的控制系統(tǒng)，以根據信號的變化自動調節(jié)絮凝劑的投加量。絮凝過程分兩個階段：快速攪拌和慢速攪拌。快速攪拌的時間一般不超過30s，絮凝劑在整個絮凝單元的停留時間一般為20~45min，具體取值由試驗確定。所有的絮凝單元都必須具備以下保護性措施：備用的藥品投加設備、充足的化學品儲備和輸送設施以及充足的化學品供給保障。
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行的一個重要指標。而濁度值的降低則是通過過濾工藝實現的。一般情況下要求連續(xù)測定過濾出水濁度，且應將其信號傳輸到絮凝劑投加設備的控制系統(tǒng)，以確保過濾出水濁度達到設定條件時，能自動啟動絮凝劑投加設備。一般情況下，過濾單元至少應含有三個相對獨立的濾池，確保其中一個處于正常運行、一個備用、一個處于反沖洗狀態(tài)。多個濾池處于工作狀態(tài)時，每個都應設置單獨的出水監(jiān)測儀表，以減小系統(tǒng)故障時維護操作人員的工作量。經過反沖洗的濾池一般需進行必要的維護后才能聯機運行。
3.3 消毒工藝的要求
　　考慮到氯氣消毒劑與水反應后形成的一些有機氯化物對生物和人體具有致癌作用，以及氯氣較強的揮發(fā)性和人體刺激性，一般不推薦使用液氯進行小區(qū)再生水的消毒，而采用UV消毒系統(tǒng)。消毒系統(tǒng)前應設濁度連續(xù)監(jiān)測裝置，以防止?jié)岫冗^高的水進入消毒系統(tǒng)，對致病微生物產生屏蔽作用，從而影響消毒效果；定期測定UV燈罩的透射率和UV燈的輸出強度，并及時清洗和更換；UV燈罩破損時應能夠自動斷電，以防發(fā)生觸電事故；設多重報警系統(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到處理要求，因此必須設置一定的緊急處理、處置措施，用以處理后出水不能達到水質要求時進行蓄水或處置。對于小區(qū)再生水系統(tǒng)，如果出水不能達到再生水要求，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)，也可以考慮將其應用于水質要求較低的場合。緊急處置系統(tǒng)的電源應與處理系統(tǒng)的電源相對獨立。進入緊急處置狀態(tài)后系統(tǒng)不能自動啟動，而應通過手動的方式啟動，以防止問題得到解決前，處理設備再次啟動，將處理不完全的水輸送到用戶系統(tǒng)中。
3.5 水質監(jiān)測及報警系統(tǒng)
　　再生水的水質不僅會對用水區(qū)域的環(huán)境造成影響，而且會影響周圍的居民，因此必須具有長期監(jiān)測出水水質的能力。同時要求處理后出水的水質始終達到再生水的用水要求，因此所有的監(jiān)控設備都必須具有連續(xù)監(jiān)控的能力，并應與自動報警系統(tǒng)相連，當設備故障或出水水質達不到設定值時能自動提出警告。一般情況下，每個重要處理單元的每臺設備進出水都應根據水質要求設置自動監(jiān)控儀表和自動報警系統(tǒng)，以減小設備故障時維修的工作量，并確保連續(xù)供水。報警系統(tǒng)必須設置相對獨立的電源。

4 污水再生利用過程中的防范措施

4.1 標識的類型及安裝要求
　　為防止再生水的誤用，一般應在使用再生水的系統(tǒng)中設置標識。再生水的標識有很多種，但總的來說可以將其劃分為兩大類：圖像標識和文字標識。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。標識帶一般寬3英寸，每兩個標識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備也應使用紫色進行標識，并注明為再生水系統(tǒng)部件。
4.2 再生水管道及構件的安裝要求
　　必須對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，當再生水和飲用水管道產生交叉時，兩者的垂直間距不得小于18英寸，且飲用水管道應架設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，則可以選用軟管快速接頭，但當某區(qū)域同時存在飲用水和再生水快速接頭時，必須對兩者都做出適當的標識。
　　當需要在用戶處安設計量儀表時，一般要求儀表前安設必要的過濾裝置，以防止顆粒物質對儀表造成損壞。計量儀表和過濾裝置的維護工作由供水商完成。
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，同時應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）。
　　當用水區(qū)同時采用飲用水和再生水供水時，必須考慮一定的防回流措施和空氣隔斷，以確保不會因再生水回流到飲用水系統(tǒng)中而對飲用水造成污染。同樣，某區(qū)域同時存在再生水和污水時，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、地下滲漏等方式進入批準的用水區(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，不能濺射到用水區(qū)之外的環(huán)境中，且用水區(qū)坑洼存水的時間不得超過2小時，否則需對用水量做出適當的修訂。應根據試驗確定用水區(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足地下水資源，但必須考慮其是否會對地下水的水質造成不利影響。同樣的，再生水用于限制性或非限制性景觀蓄水池時也必須考慮其滲漏是否會對地下水水質造成不利影響，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，以達到去除蚊蠅的目的是我們當前和今后一段時間長期面臨的問題。
　　ü 通過生物鏈控制蚊蠅的數量。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量。一般情況下以幼蟲為食的水生生物對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 通過化學藥劑控制。化學藥劑僅適用于臨時性或緊急情況下的蚊蠅控制，而不能長期使用。這不僅是從其經濟性方面考慮的，而且綜合考慮了化學藥劑的環(huán)境影響以及蚊蠅幼蟲對化學藥劑的生理抗性的問題。