再生水回灌地下的水质安全控制指标体系探讨

1、第26卷第16期 2010年8月中国给水排水CHINA WATER&WASTEWATER再生水回灌地下的水质安全控制指标体系探讨魏东斌1,魏晓霞2(1.中国科学院生态环境研究中心,北京100085;2.青海油田公司钻采工艺研究院,甘肃敦煌736202摘要:以再生水地下回灌为研究对象,通过分析水体中病原微生物和化学污染物对人体健 康和生态系统的危害途径,结合回灌方式和回灌目的,提出了回灌地下的水质要求,并初步筛选出 卫生学指标、毒理学指标、物理学指标、综合性指标等作为再生水地下回灌的水质安全评价指标。 关键词:再生水; 地下回灌; 水质安全; 指标体系中图分类号:X705文献标识码:B

2、文章编号:1000-4602(201016002304Discussion on Index System for Controlling Quality of Reclaimed Water for Groundwater RechargeWEI Dongbinl. WEI Xiaoxia(1.Research Center for EcoEnvironmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Be彬ng100085,China;2.Drilling and Production Technology Research Institute,Pet

3、roChina Qinghai0i批纪Company,Dunhuang 736202,ChinaAbstract:Taking groundwater recharge with reclaimed water as research object,the quality re quirements ofreclaimed water for groundwater recharge were concluded after analyzing the possible haz ards of residual toxic chemicals and pathogens in reclaime

4、d water on human and ecosystem,and consider-ing the recharging modes and future usages.A conceptive index system composing of four kinds of indi-ces,namely sanitary index,toxicity index,physical indexand integrated index was proposed to control the quality of reclaimed water for safe groundwater rec

5、harge.Key words:reclaimed water; groundwater recharge;water quality safety; index system国内外大量的实践经验表明,污水再生利用是 缓解水资源危机的有效途径之一,我国从“六五” 时期就积极推动污水再生回用事业,经过几十年的 发展,取得了一些成功的经验嵋J。地下回灌是水资 源管理的一条有效途径,也是污水再生利用的重要 发展方向【3。该技术是将再生水通过土壤渗滤或 井灌方式回灌至地下,在适宜条件下可作为新水源 开发。地下回灌不仅具有投资少、设备简单、易实施 等优点,还具有补充或节约当地水资源、缓解地下水 位下降、

6、防止地面沉降和海水入侵、减轻污染及改善 城市生态环境等综合效益。从水循环的角度出发, 地下回灌是集污水处理、再生利用及水资源开发于 一身的技术,具有广阔的发展前景。然而,再生水的水质安全一直是人们最为关注 的问题,也是污水再生利用事业推广的瓶颈所 在M J。据报道,自来水中检出的化学物质有100多 种,河流、湖泊等环境水体中检出的污染物多达上千 种。对于污(废水而言,其所含的病原微生物及有基金项目:国家高技术研究发展计划(863项目(2007AA062338、2008AA062502毒物质等在再生处理过程中并不能完全被去除,剩 余污染物在回用时是否积累?是否影响生态安全? 是否危害人体健康?对

7、于这些问题的回答,必须借 助一套可信、可靠、客观的水质安全评价指标体系。 现行水质标准和废水排放指标大致可分为两 类:综合指标(BOD、COD和单一指标。传统的综 合指标只考虑了污染物的“量”,并未考虑“质”,在 污水再生处理中,BOD、COD等指标可能在数值上 没有多大变化,但污染物的种类、形态、特性可能有 较大变化。传统的单一指标是根据污染物的毒性而 制定的,近年来指标不断增补其数量逐渐增多,但与 常用化学物质的种类相比微不足道,仅占O.1%。 况且,单一指标有其不足之处:制定单一指标时主 要依据化学物质对人体健康的影响,并未充分考虑 对生态系统的影响;无法从浓度直接判断毒性; 对毒性数据

8、不足或毒性未知的物质不可能进行控 制;不利于发现新的毒性物质;不能反映化学物 质间的联合毒性作用;单一指标数目的增多也增 加了分析费用;单一指标的建立往往滞后。可见,传统指标难以满足控制水质、保护人类健 康和生态环境的需要。因此,建立一套可靠、可行的 水质安全指标体系成为一项十分迫切的任务”J。 1再生水回灌地下及水质要求分析地下回灌通常有两种方式:地表回灌和井灌,赵 璇等人结合我国国情,提出了组合式强化井灌技术, 具有诸多优点J。就地下回灌而言,部分国家要求 回灌水质应优于饮用水,但多数国家因担心污染地 下水源而对地下回灌,特别是作为饮用水源的地下 回灌持谨慎甚至反对态度。概括而言,地下回灌

9、的 再生水水质应随回灌区水文地质条件、回灌方式、回 灌目的的不同而不同,制定统一的地下回灌水质标 准比较困难。有关再生水地下回灌的水质标准,已 有很多讨论和研究【7棚J,多数国家对回灌地下的再 生水水质提出指导性原则,各地区根据实际情况分 别制定了具体标准。例如,德国规定回灌再生水的 水质不低于回灌区地下水的水质,以色列规定回灌 后水质应满足饮用水水质要求。美国国家标准中规 定回灌水质不低于饮用水标准,各州标准不低于国 家标准。我国于2005年11月实施的再生水回灌水 质标准城市污水再生利用地下水回灌水质(GB/ T 19772-2005,规定了2l项常规检测指标和52项非常规检测指标。事实上

10、,对地下回灌再生水的水质要求,也就是 对回灌操作、对污水再生处理技术和工艺设计的要 求。就地表回灌而言,再生水经土壤层渗入地下含 水层,由于土壤层可吸附、截留水体中的病原微生物 和部分化学污染物,土壤微生物还可降解部分有机 污染物,从而净化了回灌水质¨¨12o。因此,可通过 研究土壤层对污染物的去除特性,优化、改进土壤层 的构成及特性,以提高对污染物的截留、去除效果, 由此可适当降低污水再生处理厂的处理压力和对出 水水质的要求。当然,根据回灌水的不同用途,还需 考虑渗流量、地下停留时间、取水井位置等因素。就 井灌而言,直接将再生水注入地下含水层,由于回灌 操作不能净化水质,

11、因此对回灌水质的要求高,既要 防堵塞,更要防止污染地下水源,再生水的处理程度 要高于二级,井灌前需选择絮凝、沉降、过滤、离子交 换、活性炭吸附、反渗透、消毒等深度处理工艺。若 回灌作为补充饮用水源,水质要求更加严格,对回灌 水量、地下停留时间、取水井与回灌井间的距离等都 应有相应要求。美国的部分州不允许将回灌水作为 饮用水源,也不允许将再生水井灌至饮用水取水层; 若井灌作为其他用途,对水质的要求相对较低,一般 只要经过二级处理和初级消毒即可¨“。2再生水回灌地下的水质控制指标筛选 再生水中化学污染物和病原微生物的组成非常 复杂,根据再生水地下回灌的方式和目的,通过分析 污染物对人体健

12、康和生态环境的可能影响途径及其 负面效应,结合当前的研究理念和现行水质标准,提 出了四类关键性指标,包括卫生学指标、毒理学指 标、物理学指标、综合性指标等,并提出一套再生水 地下回灌的水质安全控制的建议性指标体系(见图 1,以保障回灌再生水的水质安全。地下回灌陋一髅 竿刻地表叫f熟l土壤含水I l污染、层处理J L土壤防止海、水入侵I 水质要求低.7一防I沾染地防些地j 下饮用水源。r粪大肠菌群TJ毕举J轮状病毒蒜1要第鞭毛虫 【隐孢子虫骠(褫礅应物理学r浊度指标I总悬浮颗粒物 综合性r总有机碳指标L溶解性总固体 图1再生水地下回灌的水质安全控制指标体系 Fig.1Index system f

13、or舢%water quali哆safety of rechiIned water for i印undwater recharge魏东斌,等:再生水回灌地下的水质安全控制指标体系探讨 第26卷第16期2.1卫生学指标再生水中的病原微生物主要为细菌、病毒、原虫 等。由于粪大肠菌群与粪便污染有较好的相关性, 长期以来作为水质控制指标,多数国家也将其沿用 于再生水。我国城市污水再生利用地下水回灌水 质(GB/T 19772-2005规定,地表回灌和井灌再 生水中粪大肠菌群不得超过1000个/L和3个/L。 美国华盛顿州规定回灌地下饮用和非饮用再生水中 总大肠菌群分别低于5+/loo mL和23何10

14、0 mL¨31。佛罗里达州规定经土壤快滤系统回灌地下 的再生水中粪大肠菌群不得超过200何100 mL【13。由于病毒与原虫在全球分布广泛,对消毒 处理抵抗力强,其残留所引起的健康问题倍受关 注怕J。美国于1996年制定了饮用水中隐孢子虫的 卫生标准¨4|,我国也将隐孢子虫和贾第鞭毛虫列入 生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006。我国污 水中病原微生物的污染状况不容乐观,因此选择粪 大肠菌群、轮状病毒、隐孢子虫、贾第鞭毛虫等作为 再生水的卫生学指标,对评价和控制再生水中的病 原微生物意义重大。目前国内外再生水的水质标准 中暂时还未包括病毒和原虫指标。2.2毒理学指标由

15、于水体中污染物数量众多,不可能一一鉴定, 即便获得了所有污染物的浓度和毒性,也难以评估 水质的安全性。如能对水体进行直接的生物毒性测 试,既可省去繁杂、昂贵的分析费用,更能直观反映 水质的生物安全性,具有十分重要的应用价值。自 美国环保署于20世纪80年代末提出应用综合毒性 指标评价水质的计划以来,美、德、加等发达国家已 将生物毒性列为水质控制指标,我国近年也逐步开 展以生物毒性进行废水排放控制、排污许可证管理 及污水处理厂水质控制的相关研究。除急性毒性效 应外,污染物的“三致”效应、内分泌干扰效应等¨纠 也值得关注,国内再生水厂出水中检出了相当数量 的有机氯农药、多环芳烃、卤代消毒

16、副产物、抗生素 类医药品等。综合考虑上述污染物的典型生物效 应,选择急性致死效应、内分泌干扰效应、遗传毒性 效应等生物毒性测试指标,弥补了传统指标的不足, 全面保障生态安全和人体健康。但是,目前在再生 水水质指标体系中还未将生物毒性指标正式列入。 2.3物理学指标在地表回灌或井灌过程中,渗流区或回灌井周围含水层经常会出现堵塞问题,导致含水层输水能 力降低,影响回灌工程的效率和使用寿命¨6|。根据 国内外学者对堵塞问题的研究结果J 8|,选择浊 度、总悬浮颗粒物等指标对水质进行控制,可预防回 灌堵塞。美国华盛顿州、佛罗里达州等均规定回灌 地下再生水的总悬浮颗粒物和浊度分别为5mg/L

17、和5NTU¨引,我国GB/T 19772-2005中也规定浊 度<5NrU。2.4综合性指标从再生水中的主要污染物类型及回灌的安全性 出发,上述毒理学、卫生学和物理学指标对水体中毒 性有机物、毒性无机物、致病细菌、病毒、原虫、物理 堵塞等多种因素进行了限定。然而,对水体中存在 的其他有机物和大量的无机盐未做规定,而这些物 质在回灌过程、灌入地下后可能会发生转化,从而引 起地下水水质劣化等一系列问题。因此,在回灌再 生水的水质安全指标中列入总有机碳和溶解性总固 体两项综合性指标,以控制再生水中的有机物和无 机盐类,对保障再生水的安全回灌和地下水的安全 具有重要意义。城市污水再生利

18、用地下水回灌水 质中也有相关规定:溶解性总固体1000mg/L, 化学需氧量<40mg/L。美国佛罗里达州规定快渗 回灌系统的再生水总溶解性固体3000ms/L,总 有机碳<5mg/Lu“。3结语以再生水地下回灌为主题,从回灌的方式和目 的出发,通过详细分析水体中的化学污染物和病原 微生物对人体健康和生态环境可能造成的危害,从 保障地下水水质安全的角度提出了包括卫生学指 标、毒理学指标、物理学指标、综合性指标等四类共 1l项指标在内的水质安全控制指标体系。需要说 明的是,该研究是在对目前国内外关于再生水地下 回灌水质标准进行归纳和总结的基础上,提出的一 套回灌再生水水质安全控制的建

19、议性指标体系,当 然这些指标不能离开当前现行的水质标准,指标体 系的推广应用还有很多问题有待于进一步研究,而 本研究旨在为地下回灌再生水的水质安全控制提出 新的理念和方法。参考文献:1周彤.污水回用决策与技术M.北京:化学工业出 版社,2002.泥进入该途径的准入条件,包括了外观和嗅觉、稳定 化要求、理化指标和养分指标、生物学指标和污染物 指标、种子发芽指数等方面的规定。但在实践操作 中,还需要一系列的技术规范和满足地方特点的产 业化管理政策来配套。4结语城镇污水处理厂的污泥含有丰富的有益植物生 长的物质,如有机质、氮、磷、钾和各种微量元素,也 含有一些有害物质,如重金属、病原体、有机污染物 等。经过必要的安全性评估后,污水厂污泥完全可 用于园林绿化。通过对上海城市污水厂污泥园林绿