吳琳琳 裴瑩瑩 郭昌勝 侯 嵩 呂佳佩 陳力可 張 艷 徐 建 劉雪瑜

(中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100021)

我國西北干旱地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到沙漠侵蝕和水資源匱乏的雙重制約，城市化與水生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾突出[1]?！吧乘痔锊荨本C合開發(fā)是以沙漠景觀為主體，以恢復(fù)荒漠生態(tài)、合理利用沙漠資源為目的，在促進(jìn)防沙治沙和維護(hù)生態(tài)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，實施生態(tài)修復(fù)和經(jīng)濟(jì)作物種植，并開發(fā)沙漠旅游資源，使防沙治沙與生態(tài)環(huán)境改善互相促進(jìn)，是目前西北干旱地區(qū)的治沙新思路[2-3]。

甘肅省某地區(qū)在“沙水林田草”綜合開發(fā)過程中，為解決水資源匱乏問題，擬利用城市污水處理廠再生水灌溉沙生藥用甘草和沙漠公園的景觀綠地，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。城市再生水回用時，針對不同用途需符合相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，有多種用途時，需兼顧不同適用標(biāo)準(zhǔn)的“寬度”和“嚴(yán)度”，即指標(biāo)的完整性和指標(biāo)限值的科學(xué)性[4-5]。本研究針對城市污水處理廠再生水灌溉沙生藥用甘草和景觀綠地的需求，構(gòu)建其回用需考慮的水質(zhì)指標(biāo)體系并規(guī)定其限值，并結(jié)合實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行水質(zhì)達(dá)標(biāo)分析，對不滿足指標(biāo)體系要求的項目提出相應(yīng)的控制措施，為再生水多用途回用的水質(zhì)可行性全面評價提供思路。

1 研究方法

1.1 城市污水處理廠概況

本研究選取的城市污水處理廠設(shè)計處理量9.0萬m3/d，實際處理量6.3萬m3/d，工藝流程為進(jìn)水—A2/O—沉淀池—出水，進(jìn)一步經(jīng)廢水調(diào)節(jié)池—曝氣生物濾池—高密度沉淀池—加氯消毒深度處理后再生回用。再生水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

按照GB 18918—2002對城市污水處理廠再生水進(jìn)行月度取樣分析。按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2005)、《城市污水再生利用 農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)》(GB 20922—2007)、《城市污水再生利用 綠地灌溉水質(zhì)》(GB/T 25499—2010)中的指標(biāo)對再生水進(jìn)行全指標(biāo)檢測分析。

1.3 評價方法

采用污染物超標(biāo)倍數(shù)法對再生水水質(zhì)是否達(dá)到回用指標(biāo)體系要求進(jìn)行評價。

2 結(jié)果與討論

2.1 再生水多用途回用水質(zhì)指標(biāo)體系的構(gòu)建

隨著城市污水再生利用的范圍越來越廣，我國陸續(xù)出臺了用于工業(yè)、灌溉、景觀等不同用途的再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。甘肅省某城市污水處理廠在無分質(zhì)供水的情況下，擬將再生水用于灌溉沙生藥用甘草和景觀綠地。根據(jù)再生水用途，其水質(zhì)在滿足GB 18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，需同時滿足GB 20922—2007和GB/T 25499—2010?？紤]甘草作為藥用植物，進(jìn)一步要求再生水水質(zhì)需滿足GB 5084—2005。

該再生水回用需滿足的上述4項標(biāo)準(zhǔn)中共包含47項水質(zhì)指標(biāo)。GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的19項水質(zhì)指標(biāo)中，5項指標(biāo)為其單獨涉及，其余14項指標(biāo)在另3項標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定限值；GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)未涉及而另3項標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定的水質(zhì)指標(biāo)共28項。本研究基于4項標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)及其限值，綜合考慮指標(biāo)覆蓋的“寬度”和指標(biāo)限值的“嚴(yán)度”，構(gòu)建適用于該再生水回用用途的水質(zhì)指標(biāo)體系。

2.1.1 排放標(biāo)準(zhǔn)涉及的再生水回用水質(zhì)指標(biāo)

前文提及的14項水質(zhì)指標(biāo)中，除總砷、糞大腸菌群、pH和色度4項指標(biāo)外，其余10項水質(zhì)指標(biāo)限值均為GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)中最低；此外，總鉻、烷基汞、動植物油、總氮和總磷5項指標(biāo)在其他3項標(biāo)準(zhǔn)中未作規(guī)定；因此，這15項水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)即可滿足該再生水回用的要求。色度在GB/T 25499—2010和GB 18918—2002兩項標(biāo)準(zhǔn)中檢測方法不同，所規(guī)定的色度值單位也不同?？紤]色度在城市污水處理廠屬于常規(guī)監(jiān)測項目，確定其按照GB 18918—2002規(guī)定的檢測方法和限值執(zhí)行。上述水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行限值見表1。

pH在4項標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值范圍不同，綜合考慮確定回用的pH限值范圍為6.0～8.5。GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)中的總砷和糞大腸菌群兩項指標(biāo)限值分別為0.1 mg/L和1 000個/L，在其他3項標(biāo)準(zhǔn)中的最嚴(yán)格限值分別為0.05 mg/L和200個/L，因此回用過程中總砷和糞大腸菌群的限值為0.05 mg/L和200個/L(見表2)。

表1 排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)于再生水回用標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)及其限值

2.1.2 排放標(biāo)準(zhǔn)中不涉及的再生水回用水質(zhì)指標(biāo)

與GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的基本控制項目對比，該再生水回用需滿足的3項標(biāo)準(zhǔn)中增加了對溶解性總固體等28項水質(zhì)指標(biāo)的限值規(guī)定；其中鈹、銅、鎳、鋅、硒、氰化物和甲醛等7項水質(zhì)指標(biāo)雖然在GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的選擇性控制項目中規(guī)定了限值，但其限值高于或等于3項標(biāo)準(zhǔn)的最低限值；因此，這28項水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行3項標(biāo)準(zhǔn)的最低限值(見表3)，可滿足再生水回用需求。

2.2 再生水回用的水質(zhì)可行性評價

對照上述構(gòu)建的水質(zhì)指標(biāo)體系和指標(biāo)限值，分別從常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)和全指標(biāo)分析兩方面，評價該城市污水處理廠再生水用于灌溉沙生甘草和景觀綠地的可行性。

2.2.1 再生水回用水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)分析

2018年3—12月，該城市污水處理廠對再生水的19項水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行月度常規(guī)監(jiān)測。根據(jù)該再生水回用指標(biāo)體系中的指標(biāo)限值對其常規(guī)監(jiān)測水質(zhì)進(jìn)行達(dá)標(biāo)分析。由表4可以看出，色度、化學(xué)需氧量、石油類、陰離子表面活性劑、總汞、總鎘、總砷等13項指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且石油類、陰離子表面活性劑和重金屬等指標(biāo)濃度顯著低于指標(biāo)限值；五日生化需氧量、氨氮、總氮和總磷等4項指標(biāo)部分月份超標(biāo)；懸浮物、糞大腸菌群在監(jiān)測期間全部超標(biāo)，超標(biāo)情況比較嚴(yán)重。

表2 排放標(biāo)準(zhǔn)寬于再生水回用標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)及其限值

表3 排放標(biāo)準(zhǔn)中不涉及的再生水回用標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)指標(biāo)及其限值

為更全面地從水質(zhì)角度評估該再生水回用的可行性，對照指標(biāo)體系對再生水進(jìn)行了全指標(biāo)分析，并對其達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行評價。由評價結(jié)果(見表5)可以看出，城市污水處理廠再生水超標(biāo)因子為4項，分別為五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、糞大腸菌群和濁度，對應(yīng)的超標(biāo)倍數(shù)分別為0.80、0.12、0.05、1.60倍。

表4 再生水常規(guī)監(jiān)測水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)評價

表5 再生水水質(zhì)全指標(biāo)達(dá)標(biāo)評價

表5 再生水水質(zhì)全指標(biāo)達(dá)標(biāo)評價(續(xù))

2.2.2 再生水回用水質(zhì)不達(dá)標(biāo)項目分析及對應(yīng)措施

綜合常規(guī)監(jiān)測和全指標(biāo)分析水質(zhì)評價結(jié)果，該城市污水處理廠再生水如回用于灌溉沙生甘草和景觀綠地，有機(jī)物、氮、磷、糞大腸菌群和濁度等水質(zhì)指標(biāo)存在超標(biāo)現(xiàn)象。

有機(jī)物和氮、磷等營養(yǎng)物在2018年常規(guī)監(jiān)測中部分月份超標(biāo)。圖1和圖2分別是五日生化需氧量和氮磷營養(yǎng)物的月度變化情況。3—5月，該廠處于提標(biāo)改造后的穩(wěn)定期，出水中有機(jī)物和氮磷不穩(wěn)定，有部分月份超標(biāo)；6—11月，五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮(11月除外)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；12月系統(tǒng)處理效果受水溫下降的影響，出水五日生化需氧量、氮磷營養(yǎng)物超標(biāo)。由構(gòu)建的指標(biāo)體系可知，化學(xué)需氧量、五日生化需氧量和氮磷營養(yǎng)物等指標(biāo)限值均按照GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，因此后續(xù)再生水按照排放標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)后，有機(jī)物和氮磷等指標(biāo)均可滿足回用標(biāo)準(zhǔn)。

使用懸浮物過高的再生水灌溉植物和農(nóng)作物會造成土壤板結(jié)，嚴(yán)重時會導(dǎo)致幼小植株死亡，也會造成灌溉系統(tǒng)的堵塞和磨損。2018年常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，7月和8月再生水懸浮物超標(biāo)，分析可能與系統(tǒng)排泥有關(guān)；其余月份該指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且在出水中濃度較低。濁度和懸浮物指標(biāo)有相關(guān)性，水質(zhì)全分析顯示濁度超標(biāo)倍數(shù)為1.60倍。后續(xù)可增加出水濁度的常規(guī)監(jiān)測頻率，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果考慮調(diào)整沉淀池工藝參數(shù)或采取深度處理措施保證該指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖2 再生水總氮、氨氮和總磷變化情況Fig.2 Changes of TN,ammonia nitrogen and TP in reclaimed water

糞大腸菌群是再生水灌溉時重點關(guān)注的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)[6-7]。常規(guī)監(jiān)測和水質(zhì)全指標(biāo)分析結(jié)果均顯示糞大腸菌群超標(biāo)情況嚴(yán)重，超標(biāo)倍數(shù)最高為11 999倍，是再生水回用需重點控制的水質(zhì)指標(biāo)。建議該城市污水處理廠盡快實施有效的消毒或過濾等深度處理措施，保障該指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3 結(jié) 語

再生水在無分質(zhì)供水條件下實施多用途回用時，需綜合考慮與回用相關(guān)的水質(zhì)指標(biāo)的全覆蓋原則和指標(biāo)值的最嚴(yán)格原則，從水質(zhì)指標(biāo)體系的角度保障回用水水質(zhì)安全，最大限度地減少再生水回用對地表水、土壤和地下水的影響。