再生水在居民小区的应用研究

刘文亚¹，尚巍²，张晓峰¹，佟巍³，孙永利²，廖飞凤²
（1. 天津中水有限责任公司，天津 300381；
2. 国家城市给水排水工程技术研究中心，天津 300074；3. 华东理工大学，上海 200237）

　　天津市有着丰富的污水资源。目前，天津市日排放污水120～150万m³，据预测，2005年全市可提供再生水水源149万m³/d，2010年为169万m³/d，2015年将达到199万m³/d。进行污水资源化利用，将是我们缓解水紧缺的有效途径。在这种情况下，国家计委、天津市政府确定在天津市纪庄子建设污水再生利用示范工程，生产的再生水部分用于附近小区的景观环境、绿化、冲厕和清洗街道。
　　本文主要通过再生水在居民小区中的应用，研究再生水使用过程中对室内和室外环境的影响。

1 示范工程简介

　　本工程采用纪庄子污水处理厂二级出水作为水源，处理规模为50000m³/d。其中膜法处理系统，工程规模为20000m³/d，生产高水质再生水供居住区生活杂用水，景观用水及绿化用水；另一系统为传统工艺，工程规模为30000m³/d，其再生水质低于膜法系统生产的再生水，但可以满足工业用水水源标准的要求。
　　考虑到本工程生产的再生水在国内首次大规模入户，因此供应居民小区的再生水的水质要求十分严格，其水质指标见表1。为了达到水质要求，保证供水的安全可靠，选用了先进的连续微滤膜(CMF)过滤和臭氧氧化联合处理工艺，图1为整个膜工艺流程图。二级出水首先经过混凝沉淀，然后进入CMF过滤装置，CMF出水经过臭氧氧化和加氯消毒后经送水泵房输送到居民区。整个工艺中最具特点的，也是最重要的两个工序是CMF工序和臭氧氧化工序。CMF用来去除水中的悬浮物质、COD和微生物，去除率可分别达到60%、20%和90%以上；臭氧工序是一道安全屏障，在消毒的同时去除色度、嗅味，降低水的浑浊度，去除水中的酚、铁、锰等物质，使水中溶解氧增加，改善出水水质。

表1 供居住区再生水水质指标

项目

指标

项目

指标

浊度，NTU

≤5

Cl^-，mg/L

≤300

SS，mg/L

≤5

Fe，mg/L

≤0.2

色度，度

≤15

Mn，mg/L

≤0.1

pH

6.5～9.0

游离余氯

0.2

嗅味

无异味

阴离子合成洗涤剂

≤0.5

BOD₅，mg/L

≤10

TP，mg/L

≤1.0

COD_cr，mg/L

≤50

挥发酚，mg/L

≤0.1

NH₃-N，mg/L

≤10

石油类，mg/L

≤1.0

总硬度(CaCO₃计)，mg/L

≤300

细菌总数，个/mL

≤100

TDS，mg/L

≤1000

总大肠菌群，个/L

≤3

污染指数SDI

<3

　 　

　　再生水来自于污水，尽管经过了许多道处理工序，其中大部分的微生物、有机物和杂质已经被去除，但是在使用过程中它的气味和微生物依然是人们所关心的两大问题。因此，我们确定了四项监测项目：氨、硫化氢、细菌总数和总大肠菌群，其中氨和硫化氢的嗅觉阈值较低，故选择这两项指标作为指示；而大气中微生物的种类较多，大多数研究者在评价空气质量时常选用细菌总数、大肠杆菌、肺炎杆菌、产碱杆菌和病毒作为指示，但是后三种微生物检测起来较为繁琐，无法快速得到实验结果，因此选择细菌总数和总大肠杆菌作为指示菌，来考察再生水的应用。
　　目前，人们进行了大量有关再生水工艺和利用方式方面的研究，但是再生水用作冲厕、景观水体时，应用现场对周围环境影响的研究较少，本研究通过对再生水在使用过程中可能产生的气体和气溶胶进行了监测，从使用安全性和卫生性方面进行了论证。

2 再生水的应用研究

2.1再生水在人工湖泊中的应用研究
　　梅江小区内人工湖泊的水面面积为28500m²，水深1.8～2.0m^[1]。自建成以来一直以再生水作为水源，初次注水量为48000m³，其后陆续换水和补充水体的蒸发，已经使用了近20000m³的再生水。为了研究再生水对周围环境造成的影响，考察再生水的使用安全性，采用固定监测点连续监测和建立对照组的方式进行。
　　由于大气污染物的扩散距离很远，应按照监测目标和对象的不同，选择不同尺度的空间范围进行监测。本次研究只限定为再生水对小区内空气环境的影响，因此，监测的空间范围选择为小区尺度，监测边缘为小区的围墙。在小区范围内放射式布点和功能区划分布点原则布设监测点，在公众经常出入的阳光花房和小桥处设监测点，其余监测点均匀分布在人工湖周围。采样时根据当时的风向，下风向适当增加监测点。采集高度与人体的呼吸带高度一致，为1.5m。监测时间段选择在气象条件比较恶劣的夏季(8月份)，同时选择相近气象条件、功能相近的小区布设监测点作为环境本底值。监测数据见表2。

表2 人工湖周围环境质量监测数据

监测点

硫化氢（mg/m³）

氨（mg/m³）

细菌总数（cfu/m³）

总大肠菌群（cfu/m³）

1

0.0014

0.324

67

50

2

0.0040

0.256

500

444

3

未检出

0.282

415

326

4

0.0046

0.278

347

245

5

0.0038

0.256

378

245

6

0.0034

0.338

333

166

临近小区

未检出

0.141

325

167

　　　　　　　　　　注：所列数据为时浓度平均值
　　参照表2中的数值，我们可以看出，在人工湖周围监测到的数据中，硫化氢浓度较低，基本在嗅觉阈值以下；而氨的浓度基本在0.20～0.35mg/m³之间，也低于0.5～0.55mg/m³的嗅觉阈值；采集到的气溶胶中，细菌含量和总大肠含量数值均在500cfu/m³以下。同邻近小区监测到的数据相比，除氨的浓度稍高以外，其余数值基本接近。这说明在人工湖周围，空气质量并未受到再生水的影响，而且大面积的水域起到了净化空气的作用，在湖心休闲用的木桥处微生物浓度远远低于其他监测点的临近小区的浓度。可以说，只要污水经过适当处理，可用作景观水体的水源以改善我国缺水地区的住宅小区居住环境，缓解了当地的水资源紧缺问题，而且是较为安全和可靠的，值得大力推广。
2.2 再生水在水景中的应用研究
　　小区内除拥有人工湖外，还建有水景2处，1处为水帘式，采用再生水为水源；另外1处为常见的喷泉式，采用自来水为水源。2处水景每周末向小区居民开放。
　　众所周知，水景内水流扰动较为剧烈，容易使得挥发性有机物挥发出来，产生气味，也会产生细小的液体微粒，也就是气溶胶，它的来源之一便是湍流和受到扰动的水体。伦敦的公共卫生中心实验室Noble于1963年测定带菌气溶胶的粒径一般为4～20μm，极易随风传播，空气中的微生物附着在气溶胶颗粒上，有时能够存活很长时间^[2]。本次研究中将采集气溶胶颗粒，监测其细菌和大肠杆菌的含量。
　　我们将2处水景分别看作2个点源，布点时，以点源为顶点，以当时的风向为轴线，在下风向划出扇形地区作为布点范围，扇形的角度约为25º，同时在顶点的上风向布设环境监测点^[3]。监测数据见表3。

表3 水景周围环境监测数据

监测点

硫化氢（mg/m³）

氨（mg/m³）

细菌总数（cfu/m³）

总大肠菌群（cfu/m³）

1

0.0036

0.039

170

69

2

未检出

0.0663

192

328

3

0.0028

0.0662

217

388

4

0.0004

0.046

206

796

自来水为水源

0.0022

0.0496

460

69

　　表3所列数据表明，对于再生水为水源的水景，在其下风向硫化氢的浓度均低于上风向的数值，氨的浓度在3^#监测点为0.066mg/m³，比上风向测得的浓度高0.027mg/m³，在4^#监测点衰减为0.046mg/m³，比上风向浓度仅高0.007mg/m³；气溶胶中细菌数量在3^#监测点处达到最高，为217cfu/m³，然后逐渐衰减；大肠杆菌数量在4^#监测点达到最高，为796cfu/m³，然后衰减，在监测边缘衰减为299cfu/m³。同自来水为水源的水景进行数值比较发现，除大肠杆菌数量较高外，其余指标均低于自来水为水源的水景环境浓度。
2.3 再生水在室内冲厕水中的应用研究
　　室内空气污染物具有种类繁多、浓度低的特点。本研究是针对再生水在冲厕、杂用时可能产生的气体污染物和微生物，监测项目仍然为以上四项。监测地点分别设在卫生间、有墩布池的厨房，并在客厅设监测点进行对照采样，同时测定室外空气浓度。卫生间监测点的采样高度为0.75m，其余为人体呼吸带高度，即1.5m。监测结果见表4。

表4 室内空气质量监测数据

监测点

硫化氢（mg/m³）

氨（mg/m³）

细菌总数（个/m³）

总大肠菌群（个/m³）

再生水为水源

卫生间

未检出

0.213

412

262

厨房

未检出

0.432

455

286

客厅

未检出

0.256

381

476

室外

未检出

0.180

250

214

自来水为水源

卫生间

未检出

0.628

690

333

厨房

未检出

0.322

357

95

客厅

未检出

0.013

1833

452

室外

未检出

0.062

476

71

　　整个监测过程都是在门窗封闭的情况下进行。监测结果表明，无论使用再生水还是自来水，室内环境中的硫化氢含量均非常低；使用再生水清洗墩布时氨的浓度要略高于使用自来水的情况；气溶胶的采样结果表明，室内各房间的细菌和大肠杆菌数量都较为平均，使用再生水对卫生间和厨房的空气环境并没有明显的变化。
　　四项监测结果表明，室内空气质量要低于室外的空气质量，而且氨的浓度超过了室内空气质量标准中0.2mg/m³的规定^[4]。一些调查表明，室内氨污染主要来自于结构施工中用到含氨的防冻剂的建筑物中。因此，要获得良好的室内环境，不仅需要消除室内污染源，还要保持适宜的通风量，从而使人们的活动和休息处于比较舒适的室内环境中。

3 讨论

　　1. 本次研究表明，污水经过膜过滤和臭氧氧化后得到的再生水，可以用作景观环境用水、冲厕等市政杂用，其他相当的处理工艺生产的再生水，也可以用作此用或要求较低的用途；
　　2. 由于气溶胶与健康风险关系的相关研究十分有限，所以很难评价它对健康的影响。在美国和以色列曾做过有关喷灌区域的气溶胶调查，结果未发现气溶胶和该地区肠道患病率之间有什么特定关系，因此，水景下风向大肠杆菌数量稍高，应该不会对环境造成很大的影响；
　　3. 我国出台的空气质量标准中，只有2003年3月颁布的《室内空气质量标准》中规定了细菌数量不超过2500cfu/m³，对于其他恶臭化合物和指示性细菌和病毒未作明确规定，随着人们生活水平的提高，对周围环境质量的要求也不断提高，建议加强这方面的研究，便于以后的标准修订中给予明确的规定；
　　4. 建议住宅的建筑设计、建材和施工应以人为本，尽可能做到人们长期逗留的场所具有良好的朝向、采光和通风，使室内环境达到可能的最佳状态。

参考文献

　　[1] 张伟. “蓝水假期”小区水环境规划思路. 建设科技, 2002, 7: 21.
　　[2] 于玺华, 车凤翔. 现代空气微生物学及采检鉴技术. 北京: 军事医学科学出版社, 1998.
　　[3] 奚旦立. 环境工程手册—环境监测卷. 北京: 高等教育出版社, 1998.
　　[4] 《室内空气质量标准》 GB/T 18883-2002.