城市污水地下回灌技术现状与发展

成徐洲 吴天宝 陈天柱
(清华大学核能技术设计研究院)

　　 根据污水回用方式及水循环过程，污水回用可实施两种战略，即“管对管”式短循环战略和地下回灌长循环战略。所谓短循环是以工业、农业、中水回用等为主，污水处理后在本系统内闭路循环复用或在该地区的局部范围内回用 。这种方式对水质的要求相对较低，周期短，因此受到各领域的重视。所谓长循环是指将城市污水处理厂二级处理出水经深度处理达到一定水质标准后回灌于地下，水在流经一定距离后同原水源一起作为新的水源开发。这种战略要求污水处理程度高，循环复用的周期长，但可提供较高质量的源水乃至饮用水。它既可减少污水量，又可减少原有水资源的开发量，充分体现了“小量化、无害化、资源化”的可持续发展原则。
　　 地下回灌是扩大污水回用最有益的一种方式，直接回灌后补给饮用水源从成本—效益分析角度来看也是较为适宜的。同时地下回灌可以水力拦截海水入渗，减少或防止地下水位下降，控制或防止地面沉降及预防地震，大大加快被污染地下水的稀释和净化过程，扩大地下水资源的储存量，此外还可以调节水温，保持取水构筑物出水能力等。因此，地下回灌系统的设计、运行与管理将成为地下水管理的重要内容。
　　 地下回灌水源包括地表水、雨水、回用的城市污水等。随着兴建的污水厂越来越多，将城市污水处理厂二级出水深度处理后用于工业、农业，尤其是用于地下回灌的研究势在必行。

1 地下回灌技术及应用

1.1 技术分类
　　 地下回灌包括天然回灌和人工回灌，其根本区别在于人工回灌建立回灌设施加快了渗滤速度。人工回灌按回灌对象分地表水回灌、雨水回灌和城市污水二级处理出水回灌等；按回灌形式分为：①直接地表回灌，包括漫灌、塘灌、沟灌等，是应用最广泛的回用方式，②直接地下回灌，即注射井回灌，适于地下水位较深或地价昂贵的地方，③间接回灌，如通过河床利用水压实现污水的渗滤回灌，多用于被严重污染的河流。
　　 地下回灌既是一种污水间接回用方法，又是一种土地处理污水方法。前者是“污水回用于地下回灌”，即仅将地下含水层作为贮水池，同时利用地下流场实现回用水的异地取用。在土壤渗滤前，污水经深度处理，水质须同饮用水。从地面上渗滤下来与地下水混合后的清水可以不受限制地使用，也可作为饮用水。后者是“污水经地下回灌后回用”，也就是更多地将地下回灌过程作为一种污水处理手段，在一个相对封闭的区域实现污水的回灌与抽取回用。污水部分净化后进行土壤渗滤，渗入地下的污水通过取水井抽出，并根据其水质加以利用。
1.2 应用实践
　　 城市污水回用已在工业发达国家得到广泛应用。美国加州有200多个污水回用厂，它们为850多个用户提供回用水(非饮用水)，每年回用水量约3.3×10⁸ m³，回用水中约14%被回灌到地下，1995年美国加州总循环水的27%用于地下回灌。目前，全美每年回用城市污水量达9.37×10⁸ m³，其中回灌地下水0.47×10⁸ m³(占3.9%)。在德国，Langen市为解决地下水位下降问题，采用就近污水处理厂的二级出水经曝气、沉淀、砂滤池过滤、臭氧氧化、活性炭吸附等措施深度处理后，通过土壤渗滤补充地下水，该设施于1979年投入运行。
　　 我国城市污水地下回灌技术研究刚刚起步，在“六五”至“八五”期间，虽然也针对不同目的开展了大量的实验研究，建立了土地处理系统，但也仅限于处理目的，尚未提到回用的高度。目前采用地下回灌技术的主要对象为河水和空调系统冷却水等，其目的是防止地面沉降或空调冷却水降温。

2 地下回灌深度处理技术

2.1 水质要求
　　为防止地下水污染，提供清洁水链，地下回灌水质必须满足一定的要求，主要控制参数为微生物学质量、总无机物量、重金属、难降解有机物等。地下回灌水质要求因回灌地区水文地质条件、回灌方式、回用用途不同而有所不同。发达和发展中国家由于经济技术条件、公众健康水平及社会政治因素的限制及差异，所制订的回用水标准也不尽相同。
　　美国制订的地下回灌标准较为严格和科学，得到广泛认可。加州在1976年公布了污水回灌地下水的第一个水质标准草案，建议回灌污水在经过二级处理后必须再经过滤、消毒和活性炭吸附等深度处理，在回用前必须在地下停留6个月以上。水的注入点离地下水位至少3 m，抽水点离注入点水平距离至少150 m，抽取水中的回灌水不能超过50%。要求抽水点TOC<1 mg/L，回灌点COD_Mn<5.0 mg/L、TOC<3.0mg/L、硝酸盐(以NO₃-计)<45mg/L、总氮<10 mg/L、大肠杆菌<2.2个/100 mL。另外美国21水厂(Water Factory 21)制订的回灌水标准中要求氨氮<1 mg/L。
我国目前尚没有具体的地下回灌水质标准。?
2.2 深度处理技术
　　城市污水地下回灌深度处理方法一般为传统的污水处理方法，废水处理的程度则取决于回灌的水量与水质、地下水盆地和天然地下水稀释的可能性、土壤类型、地下水深度、回灌方式、使用前在含水层中的停留时间等。
　　确定深度处理技术需考虑废水成分、选定技术对特定废水参数的处理水平、选定地区的土壤渗滤处理效果等因素。土壤渗滤也叫土壤含水层处理，是地下回灌流程中一个重要组成部分，具有简单、经济等特点，其费用仅为厂内设备处理达到相同水平所需费用的40%。土壤渗滤净化机理包括慢速过滤、化学沉降、吸附、离子交换、生物降解、硝化与反硝化以及消毒等。土壤渗滤是地下回灌技术的主要特征，也是确定深度处理技术最重要的影响因素。
　　污水回用的目的不同，水质标准和污水深度处理的工艺也不同。但要特别注意实现回灌前处理、土壤含水层处理、取水后再处理三者间的合理优化。

3 存在的问题及发展前景

3.1 限制因素
　　地下回灌无疑是一种具有广阔前景的回用技术，但在其大规模推广使用之前，必须从技术、工程、环境、社会、法律、经济等多方面出发进行全面的经济和技术可行性分析，尤其是注重限制因素的综合评价。这些因素主要包括系统的运行与维护问题、公共健康与地下水污染问题、法律与经济问题等。
3.2 发展前景
　　我国目前面临严重的水资源危机。水资源匮乏和水质恶化使我国广大地区出现了生活和工农业用水困难，同时地下水的缺乏也导致地面沉降等一系列问题。地下回灌这一新的污水回用战略不仅可以作为城市污水二级处理出水回用的重要途径，而且对整个地下水体系的管理也将是必不可少的内容。

参考文献

　　1 Takashi Asano.Proposed California regulation for groundwater recharge with reclaimed municipal wastewater. Water Science and Technology,1993;27(7)
　　2 Drewes J E, Jekel M. Simulation of groundwater recharge with advanced treated municipal wastewater. Water Science and Technology,1996;33(11)
　　3 Kanarek A et al?.Municipal wastewater reuse via soil aquifer treatment for non-portable purposes. Water Science and Technology,1993;27(7)

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