再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)探討

1、再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)探討王鶴立1, 陳雷2, 程麗3, 李相峰3(1. 浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 浙江杭州310027; 2. 吉林建筑工程學(xué)院市政環(huán)境研究所, 吉林長春130021; 3. 吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 吉林長春130021摘要:介紹了再生水回用于景觀水體在我國的實踐狀況, 對我國現(xiàn)行的有關(guān)景觀水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較分析, 并從水體富營養(yǎng)化與自凈等技術(shù)措施及其與二級處理相關(guān)性等方面進(jìn)行了探討, 最后提出了合理化建議。關(guān)鍵詞:再生水回用; 景觀水體; 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn); 脫氮除磷中圖分類號:X703文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1000-4602(2001 12-0031-05隨著我

2、國城市化進(jìn)程的加快與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施, 城市綜合治理與城市水環(huán)境保護(hù)已逐漸提到日程上來。我國很多城市都對那些流過城區(qū)、因污染嚴(yán)重已變得黑臭的老河道進(jìn)行了整治工作, 但往往在投入巨額資金實施了污水截流、河道清淤, 河底硬化、堤岸砌石等治理工程之后, 臭水河變成了無水河。由于一些城市周邊可利用的地表水資源較為匱乏, 為了保持城市景觀的游覽水面, 在河道中設(shè)置了多道橡皮壩截流或引流蓄水, 甚至打深井汲水或放入自來水來維持治理后的河道, 然而截流水體經(jīng)過一段時間后水質(zhì)即逐漸劣化而變得黑臭, 須放掉重新蓄水, 這在社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益等方面都是很不合理的。因此, 近年來一些城市在建設(shè)了大型城市污水處

3、理廠后, 開始考慮將污水處理廠的出水進(jìn)一步處理后作為這些干涸河道的景觀補(bǔ)給水, 我國石家莊、慈溪、鄭州、北京等地均已開始實施或計劃實施此類工程。這些工程為我國再生水回用于景觀水體的大規(guī)模實踐起到了積極的推動作用, 但也由于相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)措施尚處于經(jīng)驗摸索階段而遇到很多問題, 急切需要對此類情況下可依據(jù)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計規(guī)范做更科學(xué)合理的規(guī)定。1景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計規(guī)范我國已經(jīng)先后頒布了若干與景觀水體有關(guān)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 這些水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對比如表1。1988年為控制水污染和保護(hù)水資源, 國家環(huán)保局批準(zhǔn)頒布了G B 383888地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),對江、河、湖泊、水庫等具有使用功能的地面水水域, 依

4、據(jù)其使用目的和保護(hù)目標(biāo)劃分為五類, 其中、類考慮了對景觀娛樂水體水質(zhì)的考核要求。1991年為進(jìn)一步保護(hù)和改善景觀娛樂用水水體的水質(zhì), 恢復(fù)并保持水體自然生態(tài)系統(tǒng), 促進(jìn)旅游業(yè)的發(fā)展, 國家環(huán)境保護(hù)局批準(zhǔn)頒布了G B 1294191景觀娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 按照水體的不同功能, 分為A 、B 、C 三類, 大致分別相當(dāng)于G B 383888、類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 但指標(biāo)要求更趨嚴(yán)格。上述兩個標(biāo)準(zhǔn)在2000年同時被GHZ B 11999地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所替代廢止。這些水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對氮、磷等指標(biāo)控制極為嚴(yán)格, 對COD 、BOD 、溶解氧等指標(biāo)的控制也較為嚴(yán)格, 作為國家標(biāo)準(zhǔn), 其對于景觀水體的考核評價起著執(zhí)法

5、依據(jù)的作用。1996年國家環(huán)境保護(hù)局批準(zhǔn)頒布的G B 89781996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn), 對城鎮(zhèn)二級污水廠出水排放提出了更高要求, 規(guī)定排入G B 383888的類水域執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn); 排入、類水域執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)。為防止排入水體富營養(yǎng)化, 保持水體作為飲用水水源或景觀水體的價值, 新標(biāo)準(zhǔn)對氮、磷、COD 、BOD 、懸浮物等指標(biāo)控制更為嚴(yán)格。目前我國新建城市污水處理廠大多已執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)或接近一級的排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著我國再生水回用的不斷實踐,1994年中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會提出CECS6194城市污水回用設(shè)計規(guī)范(目前正考慮經(jīng)補(bǔ)充完善后提升為國家中國給水排水2001Vol. 17CHI NA W ATE

6、R &W ASTEW ATER No. 12標(biāo)準(zhǔn) ,2000年建設(shè)部頒布了城建行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):C J/T 952000再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 二者都對污水再生后回用于景觀水體的水質(zhì)提出了要求, 但由于考慮現(xiàn)階段的可實現(xiàn)性, 目前的建議值均要求偏低, 基本與G B 89781996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的一級標(biāo)準(zhǔn)相近, 而對于磷等指標(biāo)的要求, 甚至比G B 89781996一級標(biāo)準(zhǔn)還低得多, 與GHZ B11999地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)更是相去甚遠(yuǎn)。隨著我國污水再生利用技術(shù)與實踐水平的提高, 這些標(biāo)準(zhǔn)必將進(jìn)一步提高完善。表1有關(guān)景觀用水水質(zhì)指標(biāo)的比較規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)名稱主要水質(zhì)指標(biāo)(mg/L COD Cr

7、C OD M n BOD 5氨氮總磷適用范圍頒發(fā)部門地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)G HZ B11999類20840. 50. 15類301061. 00. 23類4015101. 50. 22總氮0. 31. 20. 0250. 12類:適用于水源地二級保護(hù)區(qū)一般魚類保護(hù)區(qū)及游泳區(qū); 類:一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū); 類:農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。國家標(biāo)準(zhǔn), 國家環(huán)境保護(hù)局景觀娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)G B 1294191(2000年廢止 A 類640. 50. 025B 類640. 50. 024C 類1080. 50. 053A 類適用于天然浴場或其他與人體直接接觸的景觀、娛樂水體;B

8、類適用于重點(diǎn)風(fēng)景游覽區(qū)及與人體非直接接觸的景觀娛樂水體; C 類適用于一般景觀用水水體。國家標(biāo)準(zhǔn), 國家環(huán)境保護(hù)局再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)15010凱氏101. 01026020凱氏氮152. 0201. 人體非全身性接觸的觀賞性景觀水體;2. 人體非直接接觸的娛樂性景觀水體城建行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 建設(shè)部污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)G B 897819966020150. 52012030251. 030城鎮(zhèn)二級污水廠排入G B 3838類水域執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn); 排入、類水域執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn), 國家環(huán)境保護(hù)局城市污水回用設(shè)計規(guī)范CECS61:94夏季752010230非夏季75200. 20. 3mg/L

9、、含磷0. 01mg/L 、BOD 510mg/L 就可能引起富營養(yǎng)化1。從這一標(biāo)準(zhǔn)來看, 目前我們所利用的許多景觀水體都不同程度地存在富營養(yǎng)化現(xiàn)象, 甚至也包括一些、類水體。然而, 只要水體沒有黑臭腐化就仍然具有重要的景觀用水價值, 甚至可以說, 再生水回用于景觀水體的目標(biāo)并非是控制其不發(fā)生富營養(yǎng)化, 而是控制其不發(fā)生黑臭腐化現(xiàn)象。事實上, 所謂富營養(yǎng)化是湖泊演化分類學(xué)的一個概念, 其標(biāo)志著湖泊老化(在封閉或緩流水體中極易發(fā)生 , 嚴(yán)重的富營養(yǎng)化最終易導(dǎo)致水體黑臭。對于流動水體, 由于流動水流不斷復(fù)氧, 在水體生態(tài)系統(tǒng)的作用下將一定程度地維持水體的環(huán)境容量, 即輕度的富營養(yǎng)化不會很快使流動水

10、體形成黑臭現(xiàn)象。基于此, 再生水回用于流動景觀水體, 可以不必用控制水體富營養(yǎng)化的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來衡量, 氮磷指標(biāo)可以適當(dāng)放寬。特別是在水體生態(tài)系統(tǒng)較完善的情況下, 水生植物可以吸收大量氮磷與有機(jī)營養(yǎng), 并向水中釋放氧, 可以在一定程度上維持水體質(zhì)量的穩(wěn)定。因此, 在水體的生態(tài)系統(tǒng)或水力流動等復(fù)氧機(jī)制完善的情況下, 應(yīng)考慮充分利用水體的自凈作用。213水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)措施及可行性的關(guān)系原則上, 城市污水廠二級出水可以通過現(xiàn)已掌握的各種技術(shù)措施, 如采用活性炭吸附、生物活性炭、臭氧活性炭、膜分離技術(shù)及離子交換等, 經(jīng)深度處理再生后能達(dá)到更高的要求, 但建設(shè)投資高、運(yùn)行費(fèi)用昂貴, 我國目前的大規(guī)模回用工程

11、很難承受, 因而也就難以得到普及應(yīng)用?！捌呶濉迸c“八五”期間2, 科研工作者通過人工水體模擬, 進(jìn)行了大量卓有成效的研究工作3, 提出的推薦指標(biāo)為總磷0. 5mg/L , 但由于下面一些原因, 再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)C J/T 952000最終將指標(biāo)定為如表1所列出的1. 0mg/L (人體非全身性接觸 和2. 0mg/L (人體非直接接觸 :由于課題組資金限制, 成果的最終評議為函評, 評議專家與課題組成員缺乏直接交流, 因此很多專家從當(dāng)時的可實現(xiàn)性來考慮, 按照二級處理所能達(dá)到的較高水質(zhì)指標(biāo)推薦了較為寬松的景觀回用標(biāo)準(zhǔn); 起草上述標(biāo)準(zhǔn)之時, 參與起草的很多專家從當(dāng)時我國國情出發(fā),

12、認(rèn)為我國現(xiàn)狀與污水大規(guī)模再生回用于景觀的實踐還相距甚遠(yuǎn), 因此在一些水質(zhì)指標(biāo)上也沒有嚴(yán)格考慮。正因為如此, “全國污水回用研究會”2001年年會期間, 由中國市政工程東北設(shè)計院主持, 征集了與會專家的意見, 對原城市污水回用設(shè)計規(guī)范CECS61:94的水質(zhì)指標(biāo), 特別是再生回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將作出更為嚴(yán)格的規(guī)定, 并將把此規(guī)范由行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提升為國家標(biāo)準(zhǔn)頒布實行。對于城市污水廠二級出水的回用, 國內(nèi)采用較多的是混凝、沉淀、過濾這一“老三段”工藝, 其對懸浮物的去除較好, 而對COD 、BOD 、氨氮及色度的去除很不理想, 因而只局限于二級出水再生回用于水質(zhì)要求不高的工業(yè)及生活雜用水的回用工程

13、中。從我國目前城市污水處理廠排放的水質(zhì)來看, 要再生處理回用于景觀用水的水體, 需要對氮、磷、BOD 、COD 、懸浮物等進(jìn)一步有效去除, 并消毒殺菌。這從深度處理的技術(shù)角度來分析, 一般需要采用生化方法與物化方法結(jié)合來協(xié)同處理。對于氨氮的去除, 一般有物化法(折點(diǎn)加氯 與生化法(硝化 兩種方案。但前者用氯量是氨氮含量的十幾倍, 在氨氮較高時的運(yùn)行是很不經(jīng)濟(jì)的; 后者由于活性污泥在二級出水的低濃度有機(jī)物含量下很難培養(yǎng), 一般采用生物膜處理方法, 通?？梢匀コ?0%左右的氨氮, 例如采用曝氣生物濾池, 不但可以有效去除氨氮及部分BOD 、COD , 還可以去除大部分懸浮物, 從而可省去沉淀池。如

14、果二級出水達(dá)到了G B 89781996的一級排放標(biāo)準(zhǔn), 則三級生化處理在常溫季節(jié)可將氨氮降至1mg/L 以下或接近1mg/L 。考慮到北方冬季氣溫較低, 氨氮的去除將受到溫度的較大影響, 因此可以預(yù)設(shè)折點(diǎn)加氯作為保障。同時, 由于景觀水體在冬季不容易變質(zhì)腐化, 因而可將氨氮的指標(biāo)適當(dāng)放寬至13mg/L 。筆者建議采用氨氮而不是總氮作為二級出水回用景觀的水質(zhì)控制指標(biāo)是基于以下考慮:在水體的富營養(yǎng)化中, 氨氮所起的作用是主要和決定性的4; 二級出水采用反硝化脫氮會由于碳源不足需要外加而增加運(yùn)行費(fèi)用; 反硝化所需回流將使電耗大幅度增加; 反硝化的缺氧段構(gòu)筑物會大幅度提高建設(shè)投資。對于磷的去除一般也

15、有生化法與物化法兩種方案。前者依靠聚磷菌對磷的過量攝取通過排泥可以達(dá)到除磷的目的, 但二級處理時沒有考慮生物除磷, 那么在三級處理時采用生物法除磷是極為困難的。后者投加金屬鹽混凝劑, 通過沉淀、過濾等分離工藝予以去除, 如果進(jìn)口處懸浮物濃度不高(如曝氣生物濾池的出水 , 可以考慮微絮凝后直接過濾, 這樣做的好處是可以節(jié)省反應(yīng)沉淀池而縮減建設(shè)投資, 其代價是增加濾池的負(fù)荷, 縮短反沖周期, 自耗水較浪費(fèi), 提高了運(yùn)行成本; 在處理水量相對不大時, 也可考慮壓力式過濾方案, 其優(yōu)點(diǎn)是濾速更高、節(jié)省濾池容積和占地、節(jié)省建設(shè)投資、同時截污能力更強(qiáng), 一般水頭損失為10m 時才進(jìn)行反沖(重力式濾池水頭損

16、失為2m 時即需反沖 , 因此反沖洗周期較長、節(jié)省自耗水量, 代價是由于泵的電耗增加而使運(yùn)行費(fèi)用有所提高。一般采用物化方法可使總磷去除達(dá)80%, 如果城市污水廠二級出水達(dá)到G B 89781996一級或二級標(biāo)準(zhǔn), 那么, 三級處理將總磷控制在0. 20. 5mg/L 是可行的。即使二級出水總磷超標(biāo)高達(dá)5mg/L 時, 通過混凝過濾方法使三級出水的總磷達(dá)到0. 5mg/L 或更低也是可能的, 但代價是投藥量的成倍增加。另外, 其他有關(guān)指標(biāo)如BOD 、COD 、懸浮物等在脫氮除磷過程可以得到一定程度的去除, 完全可以達(dá)到景觀用水水質(zhì)要求, 而溶解氧等指標(biāo)應(yīng)結(jié)合水體生態(tài)系統(tǒng)的改善, 強(qiáng)化水體復(fù)氧機(jī)制

17、, 才能有所保障。生化物化兩段工藝將成為我國現(xiàn)階段污水再生回用于景觀水體用水的主要技術(shù)措施, 但如果不進(jìn)行合理優(yōu)化, 也將給建設(shè)投資及運(yùn)行成本帶來不必要的浪費(fèi)。如華東某城市將二級出水進(jìn)行深度處理(2104m 3/d 后再生回用于河道景觀用水, 出水水質(zhì)指標(biāo)采用了較為嚴(yán)格的GHZ B11999類水體標(biāo)準(zhǔn), 其主體設(shè)計工藝流程為:二級出水第一段淹沒式曝氣生物濾池(缺氧運(yùn)行 第二段淹沒式曝氣生物濾池(好氧運(yùn)行 混凝沉淀(澄清 壓力式纖維球過濾消毒深度處理出水。如果從盡可能節(jié)省建設(shè)投資與運(yùn)行成本并保障水質(zhì)的角度來分析上述工藝流程, 將會發(fā)現(xiàn)有如下幾方面問題有待進(jìn)一步優(yōu)化:缺氧運(yùn)行的第一段淹沒式曝氣生物

18、濾池可以不設(shè), 原因上已述及, 這樣可以節(jié)省這一部分的投資與運(yùn)行費(fèi)用; 沉淀(澄清 池可以不設(shè), 因為上向流曝氣生物濾池(BAF 出水懸浮物10mg/L , 這樣的低濁度是可以滿足壓力式直接過濾條件的, 因此可以用微絮凝過濾代替上述混凝沉淀過濾, 省去沉淀池, 大幅度節(jié)省基建投資, 同時這樣做的另一個好處是, 由于礬花只需滿足過濾而不需要達(dá)到沉淀分離尺度, 因此可以節(jié)省一部分藥劑; 壓力式纖維球過濾由于其纖維球填料中間扎結(jié)處很難反沖洗干凈, 隨著運(yùn)行時間延續(xù), 其出水質(zhì)量難以保障, 因此可以用纖維束填料替代而取得更好的過濾效果。優(yōu)化上述幾方面, 可以推薦如下更為節(jié)省投資與運(yùn)行成本的工藝流程:二

19、級出水上向流曝氣生物濾池(BAF 微絮凝壓力式纖維束過濾深度處理出水。通過上面分析討論可知, 此工藝流程是生化物化兩段工藝進(jìn)行三級(深度 處理的精簡優(yōu)化流程。此系統(tǒng)以合理的參數(shù)運(yùn)行時, 對二級出水中氨氮與總磷的去除均可達(dá)到90%以上, 即在經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行成本下, 一般可以將出水水質(zhì)控制在氨氮13mg/L 、總磷0. 5mg/L 以下。因此, 綜合安全性與技術(shù)可行性來考慮, 對于較高要求的再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 建議:總磷應(yīng)控制在0. 5mg/L 以下(否則將超出G B 89781996一級標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo), 這是矛盾的與不合理的 ; 氨氮應(yīng)控制在13mg/L ; COD Cr 應(yīng)控制在

20、2030mg/L ; BOD 5可以控制到6mg/L 以下。214水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與二級處理工藝的關(guān)系國內(nèi)一些污水處理廠在建設(shè)之初并沒有作回用的計劃和準(zhǔn)備, 因而再考慮回用時一般只能在二級出水后考慮三級處理, 于是形成一些工藝環(huán)節(jié)重復(fù)建設(shè)的局面, 造成投資與運(yùn)行的極大浪費(fèi), 同時一些可以在二級處理中合理解決的問題也留給了三級處理, 極大地增加了三級處理的難度。譬如對氮、磷的去除, 眾所周知, 生物脫氮除磷是最為經(jīng)濟(jì)高效的辦法, 但如果二級生物處理中沒有選擇可以有效脫氮除磷的工藝, 則三級處理由于活性污泥難于培養(yǎng)而難以考慮生物除磷, 對氮的去除也只能考慮用生物膜法, 且由于負(fù)荷較高也很不經(jīng)濟(jì)。如果城市污

21、水處理廠建設(shè)時選擇了可以脫氮除磷的工藝, 使二級出水達(dá)到G B 89781996一級標(biāo)準(zhǔn)或更好的水質(zhì)指標(biāo), 則三級處理的工藝選擇將變得更為容易, 同時建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用也將大幅度縮減。因此建議新建二級污水處理廠要優(yōu)先選擇可以有效脫氮除磷的工藝, 而計劃將再生水回用于景觀水體的已建城市污水廠, 也應(yīng)首先考慮二級污水廠通過部分工藝改造來強(qiáng)化脫氮或除磷效果, 這樣將更為經(jīng)濟(jì)有效。對于已建城市污水廠, 可以考慮調(diào)整運(yùn)行方式, 強(qiáng)化原工藝使其具備厭氧好氧除磷或缺氧好氧脫氮的功能, 也可以在原曝氣池投加懸浮或固定生化填料, 利于硝化菌生長繁殖, 強(qiáng)化硝化作用與氨氮的去除, 同時增加微生物密度, 提高容積負(fù)

22、荷, 也可以使生化處理效果全面得到增強(qiáng)。3結(jié)論從以上對有關(guān)景觀用水水質(zhì)指標(biāo)與技術(shù)措施的討論來看, 筆者提出以下建議:我國現(xiàn)有城建行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):C J/T 952000再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及CECS6194城市污水回用設(shè)計規(guī)范, 水質(zhì)指標(biāo)要求偏低, 且對于再生水回用于景觀水體的具體情形沒有區(qū)別對待和分別說明, 有待于進(jìn)一步提高完善。再生水回用于景觀水體的水質(zhì)目標(biāo)并非是控制其不發(fā)生富營養(yǎng)化, 而是控制其不發(fā)生黑臭腐化現(xiàn)象, 輕度富營養(yǎng)化不會很快使流動水體形成黑臭現(xiàn)象, 因此氮、磷等指標(biāo)可以適當(dāng)放寬。在水體生態(tài)系統(tǒng)及水流復(fù)氧機(jī)制完善的情況下, 水生植物可以吸收大量氮、磷與有機(jī)物質(zhì), 并復(fù)氧自凈保持環(huán)境容量。因此人工水體應(yīng)考慮建立完善的生態(tài)系統(tǒng)(如種植蘆葦?shù)人参?、?qiáng)化復(fù)氧機(jī)制等 , 充分利用水體的自凈功能。強(qiáng)