回用水處理技術和水質標準

來源:    日期:2012-10-7    瀏覽次數5200

  經適當程度消毒后的二級出水(100-1000個糞性大腸菌群/100mL)廣泛適用于各種用途,包括限制接觸性回用(如某些灌溉方式和非接觸性景觀用水)、環境修復和許多工業應用。有些形式的環境修復要求去除營養物質,提高消毒水平?;赜盟米鞴I冷卻水時,需去除硬度、氨和溶解性固體。當用作給水補充之前要求有一系列的處理過程,要取決于原有供水對回用水的稀釋程度和是否形成處理而定,例如回用水流經土壤后匯入原水源即可認為是行成處理工序。目前,許多回用水工程正在運用膜處理技術生產回用水。其中一種為采用二級出水作為原水,經過微濾(予處理)、反滲透、有時加上紫外線消毒。微濾膜和超濾膜也可并入生物處理工藝,取代傳統的二沉池。

1.簡介

  目前存在許多水的再生和回用方法并在實踐中正常運作(美國 EPA,1992),每一種使用方式都有不同的水質要求,因此也要求不同的處理水平。表1總結了常用的回用水使用方式和所要求的相應的處理水平,從最高水平到最低水平處理都有所涉及。本文將論述不同的使用方式和相應的處理方法,還將討論一些新出現的處理技術。

2.非食用型作物和深加工型食用作物的農業回用水

  回用水可以灌溉人類并不直接消費的各種作物,如灌溉那些動物食用的作物(苜蓿、青草、高粱、玉米、大豆等各種飼料作物)和需要深加工才可食用的作物(如小麥、也許還有大米)。關系公共健康和環境的首要問題是這種回用方式是否會將有毒物質和致病菌帶到我們的食物供應中來。主要有兩種機制來控制有毒物質,其中包括不允許工業廢水(很大可能含有毒物質)排入要回用的污水收集系統和污水處理系統中。為避免工業污水,我們可以從工廠稀少的服務區收集污水或要求工廠首先去除廢水中有毒物質,然后再排入市政排水管網。廢水中有毒物質的去除方法有許多種。在一些實際應用中,基本的二級處理就可予以足夠的保護。事實上,初級處理可能已經足夠了,而二級處理則對有毒物質又加了一道關卡。二級處理中允許回用水貯存起來以滿足不同季節變化的農灌需水量。致病菌的傳播是通過防止一般公眾與污水直接接觸以及適度的殺菌消毒來解決的。

  用于農業性回用的水可通過許多種處理方法,包括初級處理、二級(生物)處理和傳統的消毒工藝。生物塘處理系統廣泛用于可生物降解有機物的穩定化,因此當回用水季節性貯存時不產生過多令人厭惡的問題(氣味、病菌等),同時,生物塘還有自然的消毒作用。污水處理系統,包括一個厭氧或好氧塘,進行污水的基本處理,然后是兼性塘,對污水進行更深一步的處理和消毒,同時還可用作季節性貯水。已經預處理和消毒的再生水則可根據作物的需水量進行農灌使用。這樣的一個系統允許回用市政污水中的水和其的營養物質,但要控制有毒物質的量,并進行消毒處理。從水管理的整體和長遠角度來看,水回用灌溉農作物時,土壤的進一步處理去除了污染物,減少了環境中污染物質的排放量,因此也減少了污染物質向地表水和地下水的排放量。而凈用水量卻下降了,因為先前用作農業的水現在可以轉向城市供水或以地表水或地下水的方式保留在環境中。

 


 

3.環境修復

  環境修復指污水處理后以合格的水質向環境排放以保持水環境的流量,維持環境的功能。所要求的處理則根據修復環境對污染物的同化容量而定。一般至少要求傳統的二級(生物)處理和一定程度的消毒。有些環境修復則要求更高級的處理方式,如去除營養物質等。一些傳統的處理系統可用于這些情況。而目前新興的一種處理工藝是二級處理(傳統二級處理或生物塘二級處理)后加濕地處理。濕地不僅提供處理(提高了水質),也改善了環境??梢詫竦卦O計成野生生物棲息地或者設計成市區開放性的綠地。

  Palm Beach縣屬于潮濕的亞熱帶氣候。而恰恰相反,Tres Rios 濕地位于阿利桑那州Phoenix城附近,屬于沙漠地區。但Tres Rios濕地處理系統和Wakodhatchee濕地處理系統有許多相似之處,如圖3所示,他們都有淺水水生植物生長區、深水區和棲息島。綠色濕地對于Phoenix城的沙漠景觀是一個很受歡迎的補充,同時也改善了水質,為野生生物提供了棲息地。

4.限制接觸性回用

  限制接觸性回用包括城市水回用,這種回用方式應控制公眾接觸回用水以保護公眾健康。對于農業性回用,主要風險的是這類回用可能將有毒物質引入環境中和傳播疾病,有毒物質可以采用降低回用水中有毒物濃度來控制,可采用多種方法,如控制排放源和污水處理。而疾病傳播的控制則可采用一定的消毒措施,同時防止公眾直接接觸回用水。恰當的限制接觸性回用還包括灌溉和景觀水面。

  限制接觸性回用一般至少采用二級處理,衛生指標為100-1000個糞性大腸菌群/100mL。二級處理可以控制原水(工業廢水或生活污水)中有毒物質的量,也能減少水回用時配水系統中的麻煩問題。不完全消毒的回用水僅能保證系統操作者偶爾接觸回用水時的安全,因操作者能采取常規的、適當的防護措施。然而不能保證普通公眾廣泛接觸回用水時的安全。為保護公眾的安全,不允許他們與回用水經常接觸。例如,使用回用水澆灌時,將澆灌時間限制在公眾不在現場的時候,或者采用公眾與回用水隔絕的灌溉方式(滴灌)。又例如,當回用水用于限制公眾與之接觸的景觀水面時,不允許在湖中釣魚和(或)游泳。

5.非限制接觸性回用

  非限制接觸性回用水是經過更高級的處理工藝產生的,公眾與之接觸(并非消耗)是安全的。盡管一個地區與另一個地區之間具體要求有變化,但加利福尼亞州在其“22條”中所確定的條款提供了一個一致的解決方案,已被廣泛接受。這些要求進行高度的消毒,明顯地減少再生水中致病菌的存在機會。其基本的處理工藝為生物處理,用來減少可生物降解的有機物濃度和總懸浮固體(TSS).

6.工業性回用

  不同的工業性回用方式要求不同的回用水質。一般需要二級處理和適度消毒以盡量減少回用水中的污染物質,保護工廠工人的健康?;赜盟鳛楣S冷卻水應用較為廣泛。它要求去除水中的會引起冷卻裝置結垢的硬度,還要求去除會引起裝置腐蝕和生物污垢的氨。圖4列出了這類回用水的處理工藝流程。二級出水(一般來自現有的污水處理廠)需經過石灰軟水裝置和粒狀介質過濾。如果作為回用水原水的二級出水未進行硝化處理,硝化需合并入過濾工序中進行。目前新興的一種應用于工業性回用的處理方法是使用膜裝置進行脫鹽處理。

  特別是采用微濾或超濾預處理的二級出水再接反滲透的工藝流程在這一領域的應用日益增多,這種工藝流程的進一步的討論將和補充給水的工藝流程結合在一起進行。

  然后是過濾以減少顆粒物質的濃度,最后為消毒。顆粒物質的去除可以從幾個方面幫助消毒的進行。首先,一些較大的致病菌,如賈第鞭毛蟲(Giardia)和隱性芽孢蟲(cryptosporidia)等,可以通過過濾直接去除;其次,顆粒物質的去除使得下面的消毒處理更為有效,這是因為經過生物處理和過濾后,水中殘留的致病菌是呈游離狀態的,當然更容易在消毒工序中被殺死。氯消毒和紫外線(UV)消毒都是常用的方法。為了使回用水達到非限制接觸性應用的標準,表2總結了一些處理要求。

 


 

7.補充給水和新興技術

  補充給水就是故意將回用水加入飲用水供應的回用方式?;赜盟梢砸牍┙o飲用水的地表水(如水庫)或地下水源。和工業性回用的處理方法一樣,這種回用方式也可采用許多種處理方法。其所需要的處理程度則根據回用水和天然水體的混合程度以及在被提取用作公共給水供應之前的處理能力而定。

  如果通過地表漫流方式注入地下水的回用水所占比例相當小,則僅需要經過二級處理和適度消毒。土壤的滲濾作用可將回用水中大量的有機物和致病菌去除,然后再與地下水混合。這種情況下要考慮的主要的問題是可能引入氮,而氮可以在土壤中轉化為硝酸鹽。天然地下水和回用水混合后在取水井抽取之前流經地下蓄水層時也會進行一些處理。

  自然環境所提供的處理程度越低,和回用水混合的天然水比例越小,回用水所需要的處理程度就越高,就需要更高級別的處理方法去除有機物和致病菌。圖5列出 Upper Occoquan 污水管理部門(UOSA)使用的傳統處理工藝。UOSA廠從服務區域收集包括生活污水、商業污水和達標排放的工業廢水在內的原污水,處理后出水接近飲用水質標準,排放至Occoquan水庫,這是美國弗吉尼亞州東北部的主要飲用水源。處理工藝為傳統的初級處理和帶硝化的二級處理、石灰再碳酸化處理、過濾、粒狀活性炭吸附,最后進行消毒處理。在pH﹥11的情況下石灰澄清處理起到消毒、去除高分子有機物、阻攔重金屬的作用。粒狀活性炭更進一步地去除溶解性有機物,尤其是上道工藝的生物處理中無法去除的非生物降解性有機物。加氯消毒為最后一個環節。

 


 

  UOSA設施從1978年便開始運行,已經顯示了滿足常規的具體排放標準和保護公眾健康的能力。其目前的能力為130,000m3/d,正在擴建為210,000m3/d。進入Occoquan水庫的水中回用水(UOSA廠出水)占的比例為雨季時不到10%,旱季時超過90%。

  目前新興的一種處理流程為二級處理后接微濾(MF)、反滲透(RO)和紫外線消毒(UV)(AWWA,1996)。MF可很大范圍地去除顆粒物質,放在RO處理工藝的前面是十分必要的。RO廣泛去除有機物和無機物,這兩級順序的膜處理工藝也起到了廣泛的消毒作用。UV消毒則是公眾免受致病菌侵襲的又一道保護屏障。如上所述,MF后接RO工藝也成為生產各種工業用水的新興技術。 另一新興的處理技術為膜生物反應器,以置于反應器外部或浸沒在反應器內部的生物膜 取代傳統的二沉池(Gunder, 2001; Stephenson, et al., 2000) 。膜上留有必要的生物量,用于處理污水,也能去除顆粒物質,所以出水的顆粒物質含量很低。生產的出水可用于許多回用目的,或經活性炭吸附、RO和UV消毒可用于非直飲水的回用。

8.總結與結論

  總之,不同回用方式所要求的水質同相應的處理技術之間的關系已經列出,如表1所示。大范圍的水質及其相應的生產回用水所用的處理方法取決于不同的回用目標?;镜亩壧幚?,或更低程度的處理對農業性回用來說就足夠了。這種農業性回用,一般不允許公眾接觸回用水,而且所澆灌的作物是人類不直接食用的和(或)需要深加工的作物。由于生物塘處理工藝可以使進入的污水中可生物降解有機物穩定化,具有消毒的作用,生物塘還可將季節性貯水與處理系統結合,使供水量和農灌需水量更為吻合,因而常被采用。在所有情況下都應控制來自工業廢水中的有毒物質量,不允許工業廢水排入要進行回用的污水集水系統中和(或)要求工廠去除廢水中有毒物質后再排入集水系統。

 


 

  二級出水經過適度消毒(100-1000個糞性大腸菌群/100mL)后適合于許多用途,包括限制接觸性回用(如某些方式的灌溉和非接觸性景觀水體)、某些方式的環境修復和許多工業性回用。一些環境修復要求去除營養物質,加強消毒,當用作工業冷卻水則要求先去除硬度、氨和溶解性固體。用作給水補充時,可有許多種需要的處理方法,取決于回用水和現有給水源的稀釋程度以及是否進行了處理,如流經土壤時進行的處理。膜處理系統正在回用水應用領域興起。其中一種新興的膜處理工藝流程為二級出水作為原水,由微濾(予處理)、反滲透、有時加紫外線消毒工藝組成。微濾膜和超濾膜也可并入生物處理工藝取代傳統的二沉池。
 

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