奧運公園再生水利用研究論文

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摘要：本文從經(jīng)濟技術可行性、生態(tài)與人體健康安全性、水質保障安全性、衛(wèi)生學安全性四方面對再生水利用進行了分析，為奧運公園補水提出經(jīng)濟技術可行又能保證環(huán)境安全的供水方案提供了依據(jù)，也為國內有關再生水立法工作奠定了基礎。

關鍵詞：再生水利用再生水安全性

根據(jù)北京市奧組委的消息，自2003年7月22日起奧運公園及中心區(qū)景觀規(guī)劃設計方案將面向全球征集。景觀規(guī)劃設計的要求是，能夠體現(xiàn)“科技奧運、綠色奧運、人文奧運”主題。將城市污水處理廠的再生水作為奧運公園的景觀娛樂用水是“科技奧運、綠色奧運”的重要組成部分，是向世界展示中國科技實力的重要窗口，將對中國的國際形象產生深遠的影響。完美體現(xiàn)“人與自然和諧統(tǒng)一”的水處理理念將是北京對奧運百年歷史的珍貴饋贈。

奧運公園水面是世界上迄今為止規(guī)模最大的以再生水為唯一水源的人工水景。奧運公園水面規(guī)劃占地約60公頃，其中奧運公園北區(qū)水面約50公頃，日需補充水量為6.5萬噸；中心區(qū)水面面積約10公頃，日需補充水量為1萬噸?？傃a充水量為每日7.5萬噸。

為實現(xiàn)奧運公園的再生水補水目標，北京城市排水集團有限責任公司提出了相應的再生水補水方案。奧運公園的再生水補水水源由清河再生水處理廠（8萬噸/日）出水和北小河再生水處理廠（6萬噸/日）出水聯(lián)網(wǎng)供應，充分保證奧運公園的補水要求。同時，為了保證奧運公園北區(qū)水面補水水質為Ⅳ類水體標準，中心區(qū)水面補水水質為Ⅲ類水體標準，排水集團組織科研單位和高校進行了大量研究。

1.再生水利用研究現(xiàn)狀

1.1再生水處理技術

水資源的緊缺加快了國際上對再生水處理技術的研發(fā)，在國外再生水處理技術已經(jīng)得到了廣泛的應用，我國也有部分城市已經(jīng)應用，但對再生水處理技術的深入研究還遠遠不夠。

國際上，水污染治理技術路線已經(jīng)發(fā)生轉變，關鍵性的轉變在于由單項技術轉變?yōu)榧夹g集成。水處理技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是城市污水處理廠普遍采用以除磷脫氮為重點的強化二級生物處理技術，并增加三級處理流程，包括多種類型的過濾技術和現(xiàn)代消毒技術；二是采用當代高新技術如微濾、反滲透、膜生物生物反應器等，使處理后的再生水達到市政雜用、生活雜用、園林綠化、生態(tài)景觀、工業(yè)冷卻、回灌地下水、發(fā)電廠鍋爐補給水等多種用途要求。

1.2再生水安全性研究

盡管世界上許多國家具有廢水再生回用的悠久歷史，但在廢水回用的安全方面，仍然很難定義和描述人們爭論激烈的可接受的健康危險。當再生廢水使用在人類可能接觸到的地方時，其主要的健康危險來自生物致病菌，包括致病細菌、寄生蟲、原生動物以及腸道病毒。為保護公共衛(wèi)生，自20世紀60年代以來，許多國家已經(jīng)建立了再生水安全使用的基本條件和法規(guī)。

再生水安全性評價體系總體可以分為三大部分——感觀與物理化學評價指標、致病微生物與病原體評價指標、毒理學評價指標。根據(jù)污水回用的目的和回用水域的功能，評價采用相應的水質標準與技術規(guī)范，因而指標體系也有一定差異。

美國各級政府都十分注重對回用水安全性的評價與科研監(jiān)測工作。八十年代中期以來，隨著回灌地下水和補充地表飲用水源的回用水量逐漸增長，美國政府及有關科研機構加強了對間接飲用的回用水衛(wèi)生安全性的研究評價和跟蹤測試。

我國目前城市污水回用處于起步階段，尚沒有國家統(tǒng)一制定的相關標準，再生水回用大多沿用的是各種景觀用水和雜排水的標準，僅包括一些常規(guī)指標如氨氮、磷、大腸桿菌等，國內環(huán)境標準中尚沒有針對大多數(shù)微量有毒污染物的環(huán)境標準，達不到保障奧運公園回用水安全可靠的設計目標。同時，處理過程（如加氯消毒）可能形成毒性更大或毒性特征不同的中間體，傳統(tǒng)指標體系不能很好適應微污染等新問題。因此，迫切需要對再生水安全性進行深入研究。

2.再生水利用研究

2.1典型深度處理工藝經(jīng)濟技術對比研究

城市污水深度處理的單元技術有：混凝沉淀、過濾、生物活性炭、石灰、臭氧、微濾、超濾、反滲透等。針對不同水質情況，可選擇其中一種或幾種組合，在選擇工藝過程中需要考慮以下因素：

1）回用水的用途和目標水質；

2）工藝適用性和穩(wěn)定性；

3）技術經(jīng)濟性；

4）環(huán)境因素，包括環(huán)境污染、人體健康和安全保障。

工藝流程的確定最好經(jīng)過現(xiàn)場試驗，借鑒成功運行經(jīng)驗。本部分研究主要介紹了混凝沉淀、高效過濾、生物活性炭、石灰、臭氧、微濾、超濾、反滲透等多種水回用深度處理單元技術，并對其進行技術經(jīng)濟對比及穩(wěn)定性分析。通過大量試驗，得出如下結論：

1）膜過濾技術產水濁度低；封閉運行，對周圍環(huán)境無干擾；只加少量化學藥劑，基本上無二次污染；運行穩(wěn)定，操作簡便，易于維護，占地小。因此，與傳統(tǒng)的物化處理工藝相比，具有明顯的優(yōu)越性。微濾、超濾膜過濾技術對有機污染物、氮、磷的去除受進水水質影響比較大，對非溶解態(tài)污染物具有極高去除率。

2）超濾膜過濾技術出水水質可基本滿足《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》（GB/T18921-2002）及《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）標準，可以作為奧運公園補水的優(yōu)選深度處理工藝。

3）降低氮、磷類相關指標應在二級生化處理工藝中解決，這是最為有效和經(jīng)濟的。因此，建議污水處理廠二級處理增加脫氮除磷工藝，這樣可使反滲透工藝出水穩(wěn)定滿足《地表水環(huán)境質量標準II類》，甚至更嚴格的標準。

4）反滲透工藝出水水質最優(yōu)，可以滿足地表水二類水質標準，大部分指標滿足飲用水水源標準，可以作為最優(yōu)質的回用水用于奧運公園中心區(qū)，但此工藝投資和運行費用較高。

2.2再生水安全性評價研究

針對奧運公園重要的政治意義和再生水回用的示范意義，本研究擬綜合化學、生物毒性和生態(tài)風險三套評價指標體系，評價不同處理工藝所能達到的水質處理效果，并以回用奧運公園的長期健康風險和生態(tài)風險為重點，發(fā)展適合于北方地區(qū)再生水回用補充城市景觀水體的水質評價指標體系和監(jiān)測技術方法。

研究以深度處理工藝的進出水為對象，從生態(tài)安全性和人體健康安全性以及再生水利用對生態(tài)綠地的影響兩方面出發(fā)，對奧運公園補水技術作全面的安全性評價。研究中應用和發(fā)展了先進的監(jiān)測技術，建立經(jīng)濟適用、符合奧運公園補水方案要求的評價指標體系和監(jiān)測技術規(guī)范

2.2.1生態(tài)安全和人體健康安全

試驗在高碑店和北小河污水處理廠進行，通過大量試驗研究，得出如下結論：

1）北小河污水廠二沉出水及各種深度處理工藝出水對斑馬魚與大型水蚤未見急性毒性?；炷恋沓鏊袪I養(yǎng)物質略有減少，對柵藻的生長有一定影響。

2）經(jīng)深度處理（活性炭、絮凝沉淀或反滲透）后的出水，沒有致突變現(xiàn)象發(fā)生。

3）采用適當?shù)奶幚砉に嚭兔鞔_不同工藝再生水的用途，可以有效控制使用再生水的風險，達到安全使用再生水的目的。其中超濾+反滲透和活性炭對慢性有毒物質的去除效果最好。

4）反滲透工藝及活性炭工藝出水中營養(yǎng)物質明顯不足，出水有利于控制水體富營養(yǎng)化的發(fā)生。

5）北小河污水處理廠各深度處理工藝出水有毒有害污染物檢出濃度均未超出《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）中特定項目的標準限值，可以安全地回用于景觀環(huán)境。

2.2.2再生水利用對生態(tài)綠地的影響

在再生水澆灌作物研究中，健康安全性一直是人們關注的一個重點。健康安全性是指：灌溉作物時，再生水中有毒有害物質（包括重金屬）為作物所吸收或在其上累積，進而影響農作物產品的品質，被人類食用或為牲畜飼用時，危害健康。

文獻中大部分研究是針對農作物的試驗或局限于研究灌區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)某一方面的試驗，而再生水灌溉對某一地區(qū)甚至整個城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的影響研究尚未見報導。本研究主要在北京市北小河污水處理廠內進行，試驗分四個部分，即水培、盆栽、實地調查和大田試驗。

經(jīng)過調查和試驗得到兩方面的結論：

1）用于園林綠化、城市生態(tài)綠地澆灌的再生水的最重要指標是總硬度、溶解性總固體（全鹽量）、氯化物，而再生水的這三項指標值均大于自來水值，但遠小于飲用水標準值。

2）再生水與自來水澆灌的植物中，葉綠素含量未發(fā)現(xiàn)明顯差異。

2.3再生水水質保障系統(tǒng)研究

研究分小型試驗和露天景觀水塘的模擬試驗兩部分。小型試驗在試驗室中進行，主要是對北小河污水處理廠再生水混合槽出水、高碑店污水處理廠石灰法出水、自來水配水水樣等進行人工光照培養(yǎng)。露天景觀水塘在北小河污水處理廠內，除了模擬將來實際運行再生水質變化情況及水體流動的水力條件等，還進行了人工載體的研究，最終得到如下結論：

1）深度處理后的水中仍有部分氮磷，因此，在夏季應抑制水體富營養(yǎng)化的發(fā)生。

2）通過對比分析，藻類數(shù)量最大值隨磷濃度的增加而增加，說明磷是水體富營養(yǎng)化中影響顯著的因子。當水樣中藻生長達到最大值時水中大部分磷已被轉化為藻體內的磷，水中溶解磷的濃度一般已低于0.02mg/L.再生水體富營養(yǎng)化的優(yōu)勢藻種為柵藻，藻類轉化水體中磷濃度的最大限制因素為氮營養(yǎng)。

3）人工載體對于控制水體富營養(yǎng)化有較大的作用，它可以有效地控制浮游藻類的生長，提高水體的透明度。

2.4再生水利用的衛(wèi)生學研究

根據(jù)奧運公園景觀補水處理技術方案，對北小河污水處理廠深度處理中試裝置出水進行氯和二氧化氯及紫外消毒試驗，比較各種消毒方法的消毒效果，研究消毒副產物的產生，選擇最佳的經(jīng)濟有效的、適于再生水回用的消毒技術。

1）紫外消毒不產生任何消毒副產物，對滅活大多數(shù)細菌、病毒、孢子均有效。與化學消毒技術相比，紫外消毒少了有毒、有害化學品的運輸、儲藏和投加過程，占地少，且年總運行成本比加氯消毒法低很多。

2）加氯消毒試驗中，對于大多數(shù)所測污水處理廠二沉池出水，即使在采用遠大于常規(guī)加氯量（高到20mg/L）的條件下，所生成的消毒副產物三鹵甲烷和鹵乙酸的濃度也未超過飲用水的標準。這表明再生水消毒的副產物風險較低。

3）二氧化氯消毒產生的消毒副產物不到氯消毒產生的10%，臭氧、紫外消毒則不產生三鹵甲烷、鹵乙酸類消毒副產物。

4）對于再生水的消毒，衛(wèi)生學指標可達到飲用水標準。氨氮是再生水消毒中最重要的影響因素。

3.建議

通過以上幾方面的研究并綜合分析，對奧運公園再生水利用提出如下建議：

1）降低再生水中氮、磷類相關指標應在二級生化處理工藝中解決，這是最為有效和經(jīng)濟的。建議污水處理廠二級處理增加脫氮除磷工藝。

2）超濾膜過濾技術出水水質可基本滿足《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質》（GB/T18921-2002）及《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）標準，可以作為奧運公園補水的優(yōu)選深度處理工藝。

3）再生水作為景觀用水和河湖補水時，建議在景觀水體的設計中，充分考慮水的循環(huán)和流態(tài)，水體中可適當設置曝氣、跌落、旁濾及人工載體等系統(tǒng)，在溫度高、光照好的7~9月，加大補水量，減少水力停留時間，以抑制富營養(yǎng)化的發(fā)生。

4）考慮到奧運供水安全以及經(jīng)濟技術可行性，建議再生水作為景觀水體回用和綠化用水時采用紫外消毒處理工藝；而當再生水作為雜用水輸送過程較長時，考慮管道中應保持一定的余氯，可以采用加氯消毒，也可將紫外和加氯消毒結合起來。