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    新聞資訊

    城市污水地下回灌技術現狀與發展

    根據污水回用方式及水循環過程,污水回用可實施兩種戰略,即“管對管”式短循環戰略和地下回灌長循環戰略。所謂短循環是以工業、農業、中水回用等為主,污水處理后在本系統內閉路循環復用或在該地區的局部范圍內回用 。這種方式對水質的要求相對較低,周期短,因此受到各領域的重視。所謂長循環是指將城市污水處理廠二級處理出水經深度處理達到一定水質標準后回灌于地下,水在流經一定距離后同原水源一起作為新的水源開發。這種戰略要求污水處理程度高,循環復用的周期長,但可提供較高質量的源水乃至飲用水。它既可減少污水量,又可減少原有水資源的開發量,充分體現了“小量化、無害化、資源化”的可持續發展原則。
    地下回灌是擴大污水回用最有益的一種方式,直接回灌后補給飲用水源從成本—效益分析角度來看也是較為適宜的。同時地下回灌可以水力攔截海水入滲,減少或防止地下水位下降,控制或防止地面沉降及預防地震,大大加快被污染地下水的稀釋和凈化過程,擴大地下水資源的儲存量,此外還可以調節水溫,保持取水構筑物出水能力等。因此,地下回灌系統的設計、運行與管理將成為地下水管理的重要內容。
    地下回灌水源包括地表水、雨水、回用的城市污水等。隨著興建的污水廠越來越多,將城市污水處理廠二級出水深度處理后用于工業、農業,尤其是用于地下回灌的研究勢在必行。

    1 地下回灌技術及應用
    1.1 技術分類

    地下回灌包括天然回灌和人工回灌,其根本區別在于人工回灌建立回灌設施加快了滲濾速度。人工回灌按回灌對象分地表水回灌、雨水回灌和城市污水二級處理出水回灌等;按回灌形式分為:①直接地表回灌,包括漫灌、塘灌、溝灌等,是應用最廣泛的回用方式,②直接地下回灌,即注射井回灌,適于地下水位較深或地價昂貴的地方,③間接回灌,如通過河床利用水壓實現污水的滲濾回灌,多用于被嚴重污染的河流。
    地下回灌既是一種污水間接回用方法,又是一種土地處理污水方法。前者是“污水回用于地下回灌”,即僅將地下含水層作為貯水池,同時利用地下流場實現回用水的異地取用。在土壤滲濾前,污水經深度處理,水質須同飲用水。從地面上滲濾下來與地下水混合后的清水可以不受限制地使用,也可作為飲用水。后者是“污水經地下回灌后回用”,也就是更多地將地下回灌過程作為一種污水處理手段,在一個相對封閉的區域實現污水的回灌與抽取回用。污水部分凈化后進行土壤滲濾,滲入地下的污水通過取水井抽出,并根據其水質加以利用。

    1.2 應用實踐

    城市污水回用已在工業發達國家得到廣泛應用。美國加州有200多個污水回用廠,它們為850多個用戶提供回用水(非飲用水),每年回用水量約3.3×108 m3,回用水中約14%被回灌到地下,1995年美國加州總循環水的27%用于地下回灌。目前,全美每年回用城市污水量達9.37×108 m3,其中回灌地下水0.47×108 m3(占3.9%)。在德國,Langen市為解決地下水位下降問題,采用就近污水處理廠的二級出水經曝氣、沉淀、砂濾池過濾、臭氧氧化、活性炭吸附等措施深度處理后,通過土壤滲濾補充地下水,該設施于1979年投入運行。

    我國城市污水地下回灌技術研究剛剛起步,在“六五”至“八五”期間,雖然也針對不同目的開展了大量的實驗研究,建立了土地處理系統,但也僅限于處理目的,尚未提到回用的高度。目前采用地下回灌技術的主要對象為河水和空調系統冷卻水等,其目的是防止地面沉降或空調冷卻水降溫。

    2 地下回灌深度處理技術
    2.1 水質要求

    為防止地下水污染,提供清潔水鏈,地下回灌水質必須滿足一定的要求,主要控制參數為微生物學質量、總無機物量、重金屬、難降解有機物等。地下回灌水質要求因回灌地區水文地質條件、回灌方式、回用用途不同而有所不同。發達和發展中國家由于經濟技術條件、公眾健康水平及社會政治因素的限制及差異,所制訂的回用水標準也不盡相同。
    美國制訂的地下回灌標準較為嚴格和科學,得到廣泛認可。加州在1976年公布了污水回灌地下水的第一個水質標準草案,建議回灌污水在經過二級處理后必須再經過濾、消毒和活性炭吸附等深度處理,在回用前必須在地下停留6個月以上。水的注入點離地下水位至少3 m,抽水點離注入點水平距離至少150 m,抽取水中的回灌水不能超過50%。要求抽水點TOC<1 mg/L,回灌點CODMn<5.0 mg/L、TOC<3.0 mg/L、硝酸鹽(以計)<45mg/L、總氮<10 mg/L、大腸桿菌<2.2 個/100 mL。另外美國21水廠(Water Factory 21)制訂的回灌水標準中要求氨氮<1 mg/L。
    我國目前尚沒有具體的地下回灌水質標準。
    2.2 深度處理技術

    城市污水地下回灌深度處理方法一般為傳統的污水處理方法,廢水處理的程度則取決于回灌的水量與水質、地下水盆地和天然地下水稀釋的可能性、土壤類型、地下水深度、回灌方式、使用前在含水層中的停留時間等。
    確定深度處理技術需考慮廢水成分、選定技術對特定廢水參數的處理水平、選定地區的土壤滲濾處理效果等因素。土壤滲濾也叫土壤含水層處理,是地下回灌流程中一個重要組成部分,具有簡單、經濟等特點,其費用僅為廠內設備處理達到相同水平所需費用的40%。土壤滲濾凈化機理包括慢速過濾、化學沉降、吸附、離子交換、生物降解、硝化與反硝化以及消毒等。土壤滲濾是地下回灌技術的主要特征,也是確定深度處理技術最重要的影響因素。
    污水回用的目的不同,水質標準和污水深度處理的工藝也不同。但要特別注意實現回灌前處理、土壤含水層處理、取水后再處理三者間的合理優化。

    3 存在的問題及發展前景
    3.1 限制因素

    地下回灌無疑是一種具有廣闊前景的回用技術,但在其大規模推廣使用之前,必須從技術、工程、環境、社會、法律、經濟等多方面出發進行全面的經濟和技術可行性分析,尤其是注重限制因素的綜合評價。這些因素主要包括系統的運行與維護問題、公共健康與地下水污染問題、法律與經濟問題等。

    3.2 發展前景

    我國目前面臨嚴重的水資源危機。水資源匱乏和水質惡化使我國廣大地區出現了生活和工農業用水困難,同時地下水的缺乏也導致地面沉降等一系列問題。地下回灌這一新的污水回用戰略不僅可以作為城市污水二級處理出水回用的重要途徑,而且對整個地下水體系的管理也將是必不可少的內容。

    參考文獻

    1 Takashi Asano.Proposed California regulation for groundwater recharge with reclaimed municipal wastewater. Water Science and Technology,1993;27(7)
    2 Drewes J E, Jekel M. Simulation of groundwater recharge with advanced treated municipal wastewater. Water Science and Technology,1996;33(11)
    3 Kanarek A et al.Municipal wastewater reuse via soil aquifer treatment for non-portable purposes. Water Science and Technology,1993;27(7)

    作者通訊處:100084 北京清華大學核能技術設計研究院

     

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