孫永利，鄭興燦，廖飛鳳，鞠宇平，尚巍
（國(guó)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(guò)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(guó)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(guó)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(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)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(zhǎng)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(kāi)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(zhǎng)時(shí)間都必須面對(duì)的問(wèn)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(wú)限制的開(kāi)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(guò)度開(kāi)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(yíng)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(guò)濾工段和消毒工段組成，其中最主要的是絮凝工段、過(guò)濾工段和消毒工段。目前，國(guó)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(guò)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(guò)5GPM/ft²，或移動(dòng)罩自動(dòng)反沖洗濾池的最大濾速不超過(guò)2GPM/ft²；
　　– 濁度不得超過(guò)以下要求：日均值2 NTU、24小時(shí)內(nèi)測(cè)定值>5NTU的情況不能超過(guò)5%、任意時(shí)刻的測(cè)定值不能超過(guò)10NTU；
　　(b) 經(jīng)過(guò)微濾、納濾或反滲透處理，出水濁度不超過(guò)以下要求：24小時(shí)內(nèi)測(cè)定值>0.2NTU的情況不能超過(guò)5%、任意時(shí)刻的測(cè)定值不能超過(guò)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(guò)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?shī)蕵?lè)用水
　　限制性?shī)蕵?lè)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(lè)活動(dòng)的水，而且這些水體中生長(zhǎng)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(guò)度繁殖和惡臭等問(wèn)題的出現(xiàn)，一般要求去除水中的營(yíng)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?shī)蕵?lè)用水
　　非限制性?shī)蕵?lè)用水指人體可接觸的娛樂(lè)活動(dòng)用水，包括但不限于娛樂(lè)性湖泊、公共水塘以及魚(yú)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(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有利于植物的生長(zhǎng)，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(lè)的主要場(chǎng)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(wèn)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(guò)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(zhǎng)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(wèn)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(guò)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(guò)濾過(guò)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(cè)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)過(guò)濾工藝實(shí)現(xiàn)的。一般情況下要求連續(xù)測(cè)定過(guò)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(guò)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(guò)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(cè)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(guò)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(cè)裝置，以防止?jié)岫冗^(guò)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(cè)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(chǎng)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(guò)手動(dòng)的方式啟動(dòng)，以防止問(wèn)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(cè)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(guò)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(lái)說(shuō)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(guó)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?jī)蓚€(gè)標(biāo)識(shí)帶之間的距離不超過(guò)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(guó)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?jī)x表時(shí)，一般要求儀表前安設(shè)必要的過(guò)濾裝置，以防止顆粒物質(zhì)對(duì)儀表造成損壞。計(jì)量?jī)x表和過(guò)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(guó)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(guò)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(chǎng)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(guò)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(guò)三種方式控制蚊蠅的孳生：
　　ü 控制水的物理特征。通過(guò)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(zhǎng)期面臨的問(wèn)題。
　　ü 通過(guò)生物鏈控制蚊蠅的數(shù)量。可以在水體中營(yíng)造適合于食蚊魚(yú)等以蚊蠅幼蟲(chóng)為食的水生生物生長(zhǎng)的環(huán)境，以提高其單位面積的數(shù)量。一般情況下以幼蟲(chóng)為食的水生生物對(duì)蚊蠅幼蟲(chóng)的去除效率受以下因素影響：水生植物的密度、蚊蠅幼蟲(chóng)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(guò)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(zhǎng)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(chóng)對(duì)化學(xué)藥劑的生理抗性的問(wèn)題。