城市污水回用于人工水体的探讨

陈　立　(中国市政工程华北设计研究院)

　　目前，我国将再生后的污水回用于人工水体的实践刚刚开始，本文针对再生后的城市污水(简称为“再生”)如何有效地回用于人工水体(简称为“回用水”)进行了探索性研究，分析了在我国目前的经济条件下再生水回用于人工水体的主要方式及相关问题，并就需要采取的对策进行了探讨，通过试验提出了针对防止水体富营养化所需的污水处理工艺及处理程度，回用水的流动方式、水力条件及其富营养化控制的指标和量化措施。?

1 回用方式及主要问题

1.1 回用方式
　　再生水作为人工水体一般可有以下几种方式：
　　①允许人体全部接触的娱乐性景观水体；
　　②允许人体部分接触的娱乐性景观水体；
　　③不允许人体接触的单纯观赏性景观水体；
　　④储水式池塘。?
　　允许人体全部接触的娱乐性水体要求污水处理程度很高，水质应与饮用水相同，故处理费用相应很高；允许人体部分接触的娱乐性景观水体对感官和卫生条件都有一定要求；不允许人体接触的观赏性景观水体只满足城市水景的需要，因此感官和卫生条件比允许人体部分接触的娱乐性景观水体要低，处理费用相应也低；储水式池塘即城市补充水源，这类回用方式完全为了满足缺水城市绿化、灌溉等需要，因此要着重考虑的是灌溉的对象及灌区周围的环境。根据我国目前的状况，将污水回用于人工水体不仅要考虑缺水城市对实际供水和对娱乐性水环境的需要，还要考虑我国的经济实力及公众对再生水的接受程度，因此将污水回用于人工湖泊、景观池塘、景观河道补充水及储水式池塘，既不像回用于允许人体全部接触的娱乐性水体那样要求污水处理程度极高，也不像回用于全部由再生水组成的景观河道那样要求水量极大，可以认为在我国目前的条件下，这几种回用方式不仅实用，而且经济可行。
1.2 回用的主要问题
　　再生水作为人工水体的主要问题是与美学及健康相关的有机污染、富营养化和卫生问题。COD、BOD₅与有机污染有直接关系，其指标过高会导致水体厌氧，造成回用水黑臭；氮、磷是造成水体富营养化的原因，会导致藻类大量繁衍，水质恶化，产生嗅味，大大影响了美学娱乐价值；回用水环境中病菌的滋生危及周围居民及游人的健康，必须予以充分重视。?
　　污水处理的程度直接与这些问题有关，处理工艺应包括碳氧化、除磷、脱氮、消毒。一方面降低COD、BOD₅，减轻水体的有机污染；另一方面除磷脱氮控制富营养化的程度，提高水体的感观效果；此外还需消毒以满足卫生要求，保证人体健康。?

2 回用水富营养化的研究

2.1 试验概述
　　富营养化是再生水作为娱乐性、观赏性人工水体的最大障碍，围绕人工水体富营养化的试验分为以下四个方面：?
　　①富营养化限制因素的确定；?
　　②控制富营养化限制因素的量化条件；?
　　③投氯对富营养化的抑制作用；?
　　④人工水体流动的水力条件。?
　　前三项试验在室内进行，方法是将再生水置于有机玻璃柱内，自然室温25～30℃，自然光照(照射时间为9：00～19：00)下进行静态试验。后一项试验在蓄水量为500m³的景观池塘中模拟人工湖泊的流动方式进行，再生水为某城市污水处理厂出水。?
2.2 富营养化限制因素的确定
　　富营养化的限制因素究竟是磷还是氮一直是争论的焦点，对此应该具体问题具体分析。?
　　确定限制因素的试验方法是在1^#、2^#有机玻璃柱内注入再生水，通过测定叶绿素a(Chla)来跟踪藻类生长的过程：经过生长高峰后，藻类数量逐渐下降直至最低点，此时在两柱内分别投加磷和氮，观测藻类的生长，时间为8月11日—20日，见图1。

?

　　这一方法的原理是当水中藻类含量极微(生长几乎停止)时，分别平行地投加磷和氮。如果加磷水样出现藻类生长高峰，说明磷为藻类生长的限制条件；如果加氮水样出现藻类生长高峰，说明氮为藻类生长的限制条件。?
　　试验表明，1^#柱投磷后藻类再一次出现生长高峰；2^#柱投氮后藻类并没有恢复生长的态势。这说明一般条件下，再生水富营养化的必要条件是水中磷的含量，这与藻类生长的最小量控制原理一致。?
2.3 磷的量化控制
　　既然磷是限制因素，下一个需要解决的问题就是如何对其进行量化控制。利用再生水的人工水体大部分或全部由再生水组成，不同于江河湖海这样的天然水体，因此主要考虑其实用美学价值，并以人的感官接受能力为主，而不去考虑富营养化的分级问题。?　试验的方法是通过絮凝沉淀将再生水除磷，使总磷由1.69 mg/L降为0.48 mg/L，再置于有机玻璃柱内，观测藻类生长的过程。时间为7月23日—8月30日，见图2。

?

　　一个多月的试验表明，藻类在第7天出现一个小的生长峰值后迅速下降，而后在一个较低的数值上缓慢波动。由于这一峰值很小(<12mg/m³，而在影响感官效果的高峰期可高达50～100mg/m³)，对水质及感官效果影响不大。?
　　由此不难看出，将总磷控制在0.5mg/L以下，可有效地控制富营养化的程度，这也从另一个角度证明磷是富营养化的一个重要限制条件。?
2.4 人工水体流动的水力条件
　　对人工湖泊进行“高进高出”(即再生水由池塘一边的上部进入，由另一边的上部流出)和“低进高出”(即再生水由池塘一边的底部进入，由另一边的上部流出)两种流动方式的对比试验。结果表明，“高进高出”的流动方式易造成悬浮性物质的沉淀，形成水体底部的厌氧；结果还表明，流动对于富营养化的控制至关重要，它破坏了藻类生存所要求的相对稳定的水环境，夏季气温较高，光照强烈，将水体的水力停留时间控制在1 天以内是可行的，而在春秋两季，则可适当延长水力停留时间。?
2.5 加氯的作用
　　试验是在装有再生水的有机玻璃柱内加入不同量的次氯酸钠与不加氯的空白再生水柱对比，观测藻类的生长情况，见图3。

　　试验表明，加氯可以推迟藻类生长高峰的到来，加氯量越大，效果越明显，这似乎是由于氯对藻类的细胞分子同样具有破坏作用。可以预计在满足TP≤0.5 mg/L又充分消毒的基础上，春秋两季可考虑长期蓄水，以备不时之需。

3 结论

　　①利用再生水做人工水体，是根据缺水城市对于水环境的需要而发展起来的一种水回用的方式，既可以利用再生水形成具有景观娱乐作用的人工湖泊、景观池塘，又可形成具有实用价值的储水式人工池塘，亦可作为景观河道的补充水。?
　　值得提出的一个特例是再生水作为观赏性喷泉，由于喷泉产生的气溶胶会对游人造成细菌、病毒感染的直接危害，因此不宜采用这种回用方式；出于同样的考虑，当再生水回用于城市绿化时，也不宜采用喷灌的方式。?
　　②利用再生水的人工水体不像江河湖海这些天然水体接受少量污水那样具有较强的稀释自净作用，尽管污染物本底值很低。由于人工水体在多数条件下对毒物、污染物不存在稀释问题，因此这些毒物、污染物对其影响较对天然水体要严重得多。在考虑再生水作为人工水体的可能性时，不应像地表水分类、天然水体富营养化分级那样去考虑，而要着重于所造成的感官影响、公众的接受程度及卫生要求。?
　　③城市污水回用于人工水体，其处理工艺不仅要考虑有机物的去除，还要考虑除磷脱氮。控制磷将有效地抑制水体富营养化的程度，控制氮不仅在于它有可能是富营养化的根源，更重要的是它将通过硝化导致水体的厌氧，最终破坏水体的美学价值。?
城市污水经除磷脱氮后，回用于人工水体是可行的，其主要水质指标应满足：COD≤60mg/L，BOD≤20mg/L,TN≤10mg/L,TP≤0.5 mg/L。将总磷控制在0.5 mg/L以下可有效地控制富营养化的进程；加氯不仅具有重要的卫生意义，而且对藻类生长有明显的抑制作用。?
　　④水体的流动方式以低进高出为宜，高进高出虽然也破坏了藻类的表层生存环境，但却容易发生污染物的沉积，因此应注意下层的季节性清淤。?
　　夏季气温高，光照强烈，将水体的水力停留时间控制在1天以内是可行的；而在春秋两季，可以预计，在满足TP≤0.5 mg/L又充分消毒的基础上，可考虑长期蓄水，以备不时之需。?
　　⑤由于再生水作为人工水体要综合考虑其景观作用、娱乐作用及补充水源作用，因此有必要制定较为严格、完整的水质标准，规范再生水的回用，以满足水回用的需要。?
　　再生水作为人工水体还存在卫生学上的问题，目前我国的绝大部分消毒还局限于加氯，由于这种消毒方式对人体的危害，很多发达国家已杜绝使用。因此，随着我国经济实力的增强，有必要进一步研究其他消毒方式对富营养化的抑制作用。?
　　另一个卫生学上的问题是病毒问题。有关资料报导，虽然病毒导致临床发病的危险率在十万分之一是允许的，但由于检测手段上的困难，这仍是一个卫生学、临床医学上有待解决的课题。

参考文献

　　1　陈立，刘秋群，杨坤?城市污水回用于景观水体的研究.“八五”国家科技攻关计划子专题研究报告，1995
　　2　Guidelines for water reuse.Camp Dresser & Mckee Inc,1992?
　　3　金相灿，刘鸿亮.中国湖泊富营养化，1990
　　4　金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范，1990
　　5　金传良，郑连生.水质技术工作手册，1989?
　　6　林宜狮.水的再生与回用.1989
　　7　彭近新，陈慧君.水质富营养化与防治，1988

---

　　作者通讯处：300074 天津市河西区气象台南路 中国市政工程华北设计研究院
　　电　话：(022)23342167×2028?
　　(收稿日期 1999-01-04)