城市污水廠尾水深度處理后用于地下水

1、城市污水廠尾水深度處理后用于地下水回灌的研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題朱慧峰1，顧慧人2（1. 上海市水務(wù)局，上海 200003；2. 上海市崇明縣自來(lái)水公司，上海 202150）摘 要： 隨著城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，由于受市政工程建設(shè)以及地下水開(kāi)采影響，地面沉降已經(jīng)是上海面臨的主要地質(zhì)災(zāi)害，而地下水人工回灌是控制地面沉降的有效手段。近年來(lái)上海由于受市政建設(shè)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素影響，地下水回灌工作面臨較大困難。因此，上海除了應(yīng)加強(qiáng)地下水專(zhuān)用回灌井建設(shè)以外，還應(yīng)當(dāng)積極開(kāi)展對(duì)城市污水廠尾水深度處理后用于人工回灌的研究，既能解決地下水回灌問(wèn)題，又能實(shí)現(xiàn)污水的資源化，減輕水環(huán)境污染的壓力。關(guān)鍵詞： 污水廠； 尾水；

2、深度處理； 地下水； 回灌Study on Tail Water of Wastewater Treatment Plant Used for Backfill of Groundwater after Deep Treatment ProcessZHU Hui-feng1，GU Hui-ren2（1.Shanghai Municipal Water Authority，Shanghai 200003，China；2.Shanghai Chongming Waterworks Company，Shanghai 202150，China）Abstract： With the developmen

3、t of the social economy，the earth subsidence has become the main geological calamity of the city for the influence of the municipal construction and groundwater exploit，and the artificial backfill of the groundwater is an efficient measure to control the earth subsidence. Recently，for the influence

4、of the municipal construction and adjustment of the industrial structure，the backfill of the groundwater is confronted with many difficulties. And so on，Shanghai must both strengthen the construction of the special backfill wells and the study on the tail water of the wastewater treatment plants use

5、d for the backfill of the groundwater after deep treatment process. It is an efficient way to solve the problems of the backfill of the groundwater and also can reuse the wastewater to lysis the pollution pressure of the water environment.Keywords： waste-water treatment plant； tail water； deep treat

6、ment； groundwater； backfill1 概述上海位于長(zhǎng)江沖積平原，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有含水量大、孔隙較大及壓縮性大等特性。隨著城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，由于受高層建筑等城市工程建設(shè)以及地下水開(kāi)采等諸多因素影響，地面沉降已經(jīng)是上海面臨的主要地質(zhì)災(zāi)害，而地下水人工回灌是控制地面沉降的有效手段。近年來(lái)由于受市政建設(shè)、氣候、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和土地置換等因素影響，上海用于地下水人工回灌的深井逐年減少，地下水回灌工作面臨較大困難。因此上海除了加強(qiáng)地下水專(zhuān)用回灌井建設(shè)以外，積極開(kāi)展對(duì)城市污水廠尾水深度處理后用于人工回灌的研究已具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值，既能解決地下水回灌問(wèn)題，又能實(shí)現(xiàn)污水的資源化，減輕水環(huán)

7、境污染的壓力。2 城市污水回用方式分類(lèi)根據(jù)污水回用方式及水循環(huán)過(guò)程，城市污水廠尾水回用可實(shí)施兩種戰(zhàn)略，即“管對(duì)管”式短循環(huán)戰(zhàn)略和地下回灌長(zhǎng)循環(huán)戰(zhàn)略。所謂短循環(huán)是以工業(yè)、農(nóng)業(yè)、中水回用等為主，污水處理后在本系統(tǒng)內(nèi)閉路循環(huán)復(fù)用或在該地區(qū)的局部范圍內(nèi)回用。這種方式對(duì)水質(zhì)的要求相對(duì)較低，周期短，因此受到各領(lǐng)域的重視。所謂長(zhǎng)循環(huán)是指將城市污水處理廠二級(jí)處理尾水經(jīng)深度處理達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后回灌于地下，水在流經(jīng)一定距離后作為新的水源開(kāi)發(fā)。這種戰(zhàn)略充分體現(xiàn)了“小量化、無(wú)害化、資源化”的可持續(xù)發(fā)展原則，既可減少污水量，又可減少原有水資源的開(kāi)發(fā)量，但污水處理程度高，處理費(fèi)用大，循環(huán)復(fù)用的周期長(zhǎng)。3 地下水回灌技

8、術(shù)及應(yīng)用3.1 技術(shù)分類(lèi) 地下水回灌包括天然回灌和人工回灌，其根本區(qū)別在于人工回灌建立回灌設(shè)施加快了滲濾速度。人工回灌按回灌形式分為：直接地表回灌，包括漫灌、塘灌、溝灌等，是應(yīng)用最廣泛的回用方式。直接地下回灌，即注射井回灌，適于地下水位較深或地價(jià)昂貴的地方。間接回灌，如通過(guò)河床利用水壓實(shí)現(xiàn)污水的滲濾回灌，多用于被嚴(yán)重污染的河流。上海目前以直接地下回灌為主。 城市污水廠尾水深度處理后用于地下水回灌是將地下含水層作為貯水池，同時(shí)利用地下流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)回用水的異地取用。在回灌前，污水處理廠二級(jí)處理出水須經(jīng)深度處理，水質(zhì)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。3.2 應(yīng)用實(shí)踐城市污水回用已在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。德國(guó)Lange

9、n市為解決地下水位下降問(wèn)題，采用就近污水處理廠的二級(jí)出水經(jīng)曝氣、沉淀、砂濾池過(guò)濾、臭氧氧化、活性炭吸附等措施深度處理后，通過(guò)土壤滲濾補(bǔ)充地下水，該設(shè)施于1979年投入運(yùn)行。我國(guó)城市污水廠尾水深度處理后用于地下水回灌技術(shù)研究剛剛起步，雖然也針對(duì)不同目的開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)研究，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(shù)的主要對(duì)象為自來(lái)水，目的是防止地面沉降或空調(diào)冷卻水降溫。3.3 工程性研究同濟(jì)大學(xué)針對(duì)上海到2010年地下水年回灌量必須達(dá)到2500萬(wàn)M3的要求，積極開(kāi)展了城市污水廠尾水經(jīng)深度處理后用于地下水回灌的工程性研究。經(jīng)過(guò)技術(shù)方案的比選，推薦使用MBR（膜生物反應(yīng)器）深度處理

10、工藝。工藝流程如下：MBR法處理城市污水廠二級(jí)處理尾水用于地下水回灌具有出水水質(zhì)好、技術(shù)先進(jìn)、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，出水水質(zhì)不僅滿(mǎn)足自來(lái)水常規(guī)日常檢測(cè)的四項(xiàng)指標(biāo)，而且CODMn5.0mg/L，NH3-N0.2mg/L，SS1 mg/L。采用MBR法處理尾水的運(yùn)行費(fèi)用少于1.65元/ M3，與城市MBR Deep Treatment Process 加氯初沉池出水 集水井 反硝化池 MBR 清水池 回灌 原有濃縮池污水廠采用自來(lái)水直接回灌運(yùn)行費(fèi)用1.40元/ M3基本持平。隨著自來(lái)水水價(jià)的調(diào)整以及膜組件成本的降低，城市污水廠尾水深度處理后用于地下水回灌的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益日趨凸現(xiàn)。4 回

11、灌水質(zhì)要求為防止地下水污染，提供清潔水鏈，地下回灌水質(zhì)必須滿(mǎn)足一定的要求，主要控制參數(shù)為微生物、總無(wú)機(jī)物量、重金屬、難降解有機(jī)物等。美國(guó)在1976年公布了污水回灌地下水的第一個(gè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)草案，要求回灌污水在經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后必須再經(jīng)過(guò)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(gè)月以上。水的注入點(diǎn)離地下水位至少3m，抽水點(diǎn)離注入點(diǎn)水平距離至少150m，抽取水中的回灌水不能超過(guò)50%。要求回灌點(diǎn)CODMn<5.0mg/L、TOC<3.0mg/L、硝酸鹽<45mg/L、總氮<10mg/L、大腸桿菌<2.2個(gè)/100mL、氨氮<1mg/L。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局在1

12、992年對(duì)水資源回用制定了專(zhuān)門(mén)的技術(shù)手冊(cè)，手冊(cè)中規(guī)定：對(duì)回灌到非飲用水水源的回灌區(qū)的水質(zhì)最基本的要求是污水經(jīng)過(guò)二級(jí)生物處理，并經(jīng)過(guò)過(guò)濾和消毒，以免堵塞。對(duì)回灌到飲用水水源的回灌區(qū)內(nèi)水質(zhì)最基本要求是滿(mǎn)足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)pH值、濁度、糞大腸桿菌、余氯也做出了明確規(guī)定。我國(guó)目前尚沒(méi)有具體的地下回灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。5 存在問(wèn)題城市污水廠尾水深度處理后用于地下水回灌是一種具有廣闊前景的回用技術(shù)，但必須從技術(shù)、工程、環(huán)境、社會(huì)、法律、經(jīng)濟(jì)等多方面出發(fā)進(jìn)行全面的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性分析，尤其是注重限制因素的綜合評(píng)價(jià)。這些因素主要包括系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)問(wèn)題、公共健康與地下水污染問(wèn)題、法律與經(jīng)濟(jì)問(wèn)題等。5.1 水質(zhì)問(wèn)

13、題上海地區(qū)各承壓水水化學(xué)組分比較簡(jiǎn)單，主要陰離子為HCO3-、CL-，主要陽(yáng)離子為Na+、Ca2+、Mg2+，一般無(wú)CO32-、NO3-，基本未受污染，除礦化度、氯化物外，水質(zhì)普遍優(yōu)于取用地表水水源的自來(lái)水水質(zhì)，其中尤以第四含水層的地下水水質(zhì)最優(yōu)。參照歐盟標(biāo)準(zhǔn)，除部分地下水鐵、錳、色度、濁度、氯化物等個(gè)別指標(biāo)超標(biāo)外，其余的均達(dá)標(biāo)，部分地下水的水質(zhì)還達(dá)到了國(guó)家天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)（詳見(jiàn)附表）。因此為保護(hù)優(yōu)質(zhì)地下水資源，要求地下回灌水質(zhì)必須達(dá)到飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。目前，就上海地區(qū)污水處理設(shè)備比較先進(jìn)的閔行水質(zhì)凈化廠而言，二級(jí)處理出水的水質(zhì)與生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)比較，除重金屬指標(biāo)外，其余均超標(biāo)。主要水質(zhì)指標(biāo)比較

14、（Compare of Main Index of Water Quality ）污染物閔行水質(zhì)凈化廠排放現(xiàn)狀污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（上海）地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)（中國(guó)）生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（中國(guó)）PH7.546-96-96.5-8.5BOD59.99 mg/L20 mg/L4 mg/LCODCr28 mg/L60 mg/L20 mg/L石油類(lèi)未檢測(cè)5.0 mg/L0.05 mg/L0.05 mg/L揮發(fā)酚未檢測(cè)0.5 mg/L0.005 mg/L0.002 mg/L氨氮9.51 mg/L10 mg/L0.5 mg/L氟化物0.566 mg/L10 mg/L1.0 mg/L1.0 mg/L總砷0

15、.0037 mg/L0.5 mg/L0.05 mg/L0.05 mg/L總汞0.0007 mg/L0.02 mg/L0.0001 mg/L0.001 mg/L鎘0.0016 mg/L0.1 mg/L0.005 mg/L0.01 mg/L鉻0.0136 mg/L1.5 mg/L0.05 mg/L0.05 mg/L鉛0.0045 mg/L1.0 mg/L0.05 mg/L0.05 mg/L鐵0.622 mg/L0.5 mg/L0.3 mg/L總鋅0.28 mg/L2.0 mg/L1.0mg/L1.0 mg/L總錳0.108 mg/L2.0 mg/L0.1 mg/L0.1 mg/L三氯甲烷未檢測(cè)0.

16、3 mg/L0.06 mg/L0.06 mg/L四氯化碳未檢測(cè)0.03 mg/L0.003 mg/L0.003 mg/L大腸菌群未檢測(cè)500個(gè)/L2000個(gè)/L3個(gè)/L5.2 費(fèi)用問(wèn)題上海目前排污控制采用污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（DB31/199-1997），以第二類(lèi)污染物最高允許排放濃度一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)，主要指標(biāo)與生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)比較差距較大，要達(dá)到回灌水質(zhì)要求，就必須進(jìn)行深度處理。據(jù)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究綜合報(bào)告，供水設(shè)施的單位投資約為8元/M3，污水二級(jí)處理約為10元/M3，而污水深度處理費(fèi)用顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于供水設(shè)施的單位投資。因此從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，利用現(xiàn)有城市供水設(shè)施，使用自來(lái)水增加地下水回灌量的

17、方式優(yōu)于城市污水廠二級(jí)處理出水經(jīng)深度處理后回灌地下的方式。5.3 回灌井布局問(wèn)題上海的水質(zhì)凈化廠一般分布在內(nèi)環(huán)線以外（除曲陽(yáng)水質(zhì)凈化廠），而回灌井布局以?xún)?nèi)環(huán)線內(nèi)為主，水質(zhì)凈化廠的附近不一定設(shè)有回灌井。因此，若采用城市污水地下回灌方案，必須投入一定的建設(shè)資金，建設(shè)泵站和輸配管網(wǎng)，或者在水質(zhì)凈化廠內(nèi)打?qū)Ｓ没毓嗑?，一次性投資數(shù)目較大。5.4深度處理設(shè)施占地問(wèn)題由于回灌井布點(diǎn)方案基本集中于中心城區(qū)，但中心城區(qū)內(nèi)的污水處理廠普遍存在占地面積較小，設(shè)施布局比較局促等問(wèn)題，若要在此區(qū)域內(nèi)再設(shè)置地下水回灌專(zhuān)用井以及尾水深度處理設(shè)施，除了破壞現(xiàn)有的綠化和園林，降低綠化覆蓋率以外，還將影響整個(gè)污水處理廠的工藝布局

18、。6 結(jié)論和建議6.1 結(jié)論我國(guó)目前面臨嚴(yán)重的水資源危機(jī)。水資源匱乏和水質(zhì)惡化使我國(guó)廣大地區(qū)出現(xiàn)了生活和工農(nóng)業(yè)用水困難，同時(shí)地下水的缺乏也導(dǎo)致地面沉降等一系列問(wèn)題。城市污水處理廠尾水經(jīng)深度處理后用于地下水回灌可以作為擴(kuò)大城市污水二級(jí)處理出水回用的一種方式，有利于減少或防止地下水位下降，控制或防止地面沉降及預(yù)防地震，擴(kuò)大地下水資源的儲(chǔ)存量，保持取水構(gòu)筑物出水能力。因此從可持續(xù)發(fā)展角度，上海應(yīng)加強(qiáng)城市污水地下回灌技術(shù)的探索、研究和實(shí)踐，將城市污水廠二級(jí)處理出水深度處理、地下水回灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與管理納入水務(wù)管理范疇。6.2 建議由于城市污水地下回灌事關(guān)重大，若措施不當(dāng)會(huì)污染優(yōu)質(zhì)地下水水質(zhì)，因此建議由水行政主管部門(mén)牽頭，邀請(qǐng)地礦、環(huán)保、衛(wèi)生、大學(xué)院校等有關(guān)方面的專(zhuān)家對(duì)城市污水廠尾水經(jīng)深度處理后用于地下水回灌對(duì)地質(zhì)環(huán)境的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響作進(jìn)一步評(píng)價(jià)，以確定該方案的可行性與合理性。為防止地下水污染，提供清潔水鏈，地下水回灌水質(zhì)必須滿(mǎn)足一定的要求，因此上海應(yīng)加強(qiáng)地下水