一种利用城市再生水补充地下水的纳滤强化井灌工艺

摘要

一种利用城市再生水补充地下水的纳滤强化井灌工艺，该工艺是将污水厂二级出水依次经絮凝、沉淀、臭氧氧化处理后进入人工回灌场，在人工回灌场经自然渗滤后通过底部的收集装置收集，然后进入纳滤系统，纳滤出水经回灌井注入深层地下含水层进行进一步净化。臭氧投加量根据再生水中DOC的含量确定，每毫克DOC投加臭氧0.5～1.0毫克，纳滤膜的截留分子量不大于300。本发明具有以下优点：一是纳滤膜对土壤系统处理后的残留污染物具有高效截留作用，能够有效保障深层地下水层的安全；二是利用人工回灌场土壤去除了再生水中的有机物，有效减缓了对后续纳滤膜的污染；三是通过对不同处理技术的合理组合，形成了有效的多级水质安全保障体系。

权利要求

1.一种利用城市再生水补充地下水的纳滤强化井灌工艺，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将来自城市污水厂二级出水的再生水经絮凝、沉淀处理后，进入臭氧反应器(2)进行臭氧氧化处理；所述的臭氧氧化处理中臭氧的投加量根据再生水中DOC的含量确定，每毫克DOC投加臭氧0.5～1.0毫克；

2)经臭氧氧化处理后的再生水进入人工回灌场(3)，经自然渗滤进入人工回灌场底部的收集装置(4)；所述的人工回灌场的土壤层厚度至少2m；土壤渗滤速度在0.02～0.5m/h之间；

3)由底部收集装置出来的再生水进入置于人工回灌场(3)和回灌井(6)之间的纳滤系统(5)，纳滤系统的纳滤膜截留分子量小于或等于300；

4)纳滤出水经回灌井注入深层地下含水层(9)进行进一步净化；进入地下含水层的再生水必须在地下至少停留90天，或者在地下迁移至少200米后，再抽取使用。

2.按照权利要求1所述一种利用城市再生水补充地下水的纳滤强化井灌工艺，其特征在于：步骤2)中所述的人工回灌场采用干期和湿期交替运行的方式运行。

3.按照权利要求2所述一种利用城市再生水补充地下水的纳滤强化井灌工艺，其特征在于：人工回灌场干期和湿期运行时间的比为1∶1～3。

说明书

一种利用城市再生水补充地下水的纳滤强化井灌工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用城市再生水补充地下水的工艺方法，属于水处理技术领域。

背景技术

[0002] 水资源短缺和水污染严重是目前世界各国面临的重要问题。寻找可持续的、经济安全的水资源使用方案成为各国关注的焦点。利用城市再生水补充地下水，一方面可以有效地避免地下水枯竭带来的严重后果，另一方面可以实现水资源的循环利用和存储，是一种新颖的水资源管理形式。

[0003] 利用城市再生水补充地下水，其优点在于：①扩大地下水资源的存储量；②利用土壤层作为天然的水处理单元，深度净化再生水；③利用土壤含水层作为天然的储水单元，为解决城市用水高峰期供需矛盾提供支持；④可以水力阻拦沿海地区的海水入侵；⑤容易被技术人员理解和掌握，并能克服一般公众对污水回用的心理障碍。

[0004] 利用城市再生水补充地下水，首先必须进一步深度处理城市污水处理厂二级出水，使之成为再生水。通过地表渗滤或回灌井，将再生水回灌到地下水水层，随后同地下水一起作为新的水源开发利用。再生水在经过土壤进入地下水水层的过程中，借助于土壤的物理、化学和生物作用得到进一步的净化。同时，地下水水层也可视为再生水的天然存贮设施，为水资源的一体化管理提供灵活性。

[0005] 利用城市再生水补充地下水，需根据当地经济发展、土地资源等情况确定合适的回灌方式。地表回灌适用于地面与含水层之间不存在水力阻滞层时，通过回灌池、沟渠、干河道等回灌，对预处理要求比较低，但占地面积比较大；当地面与含水层之间存在水力阻滞层或没有足够土地时可采用井灌方式，井灌利用注水井或含水层储水取水井回灌，对回灌水的预处理要求较高，通常要求达到饮用水水平。

[0006] 再生水补充地下水的过程中，地下水的水质安全是人们关注的焦点。回灌过程中影响水质安全的因素主要包括：营养元素如氮、磷等；痕量重金属；消毒副产物；痕量有机物如内分泌干扰物等；微生物代谢产物；致病菌等。土壤处理系统能够有效地去除再生水中的污染物，是一道保障水质安全的重要屏障。

[0007] 随着技术经济水平的提高，以及对高质量回用水的需求，研究开发土壤处理与不同技术结合的集成系统，构建回灌过程中的多级水质安全保障体系，成为再生水补充地下水领域的热点。

发明内容

[0008] 基于构建多级水质安全保障体系和高质量回用水的需要，提出将纳滤技术置于人工回灌场和地下含水层两级土壤处理之间，构建纳滤-强化井灌集成体系，充分发挥纳滤与土壤处理系统在保障水质安全和控制膜污染方面的优势互补作用，是一种新颖的回灌集成系统。

[0009] 本发明的技术方案如下：

[0010] 一种利用城市再生水补充地下水的纳滤强化井灌工艺，其特征在于该方法包括如下步骤：

[0011] 1)将来自城市污水厂二级出水的再生水经絮凝、沉淀处理后，进入臭氧反应器2进行臭氧氧化处理；

[0012] 2)经臭氧氧化处理后的再生水进入人工回灌场3，经自然渗滤进入人工回灌场底部的收集装置4；

[0013] 3)由底部收集装置出来的再生水进入置于人工回灌场3和回灌井6之间的纳滤系统5；

[0014] 4)纳滤出水经回灌井注入深层地下含水层9进行进一步净化。

[0015] 本发明的技术特征还在于，所述步骤1)中臭氧的投加量根据再生水中DOC的含量确定，每毫克DOC投加臭氧0.5～1.0毫克，经臭氧氧化处理后，再生水的BDOC/DOC达到30％～40％；步骤2)中所述的人工回灌场的土壤渗滤速度在0.02～0.5m/h之间，人工回灌场的土壤层厚度不小于2m；人工回灌场采用干期和湿期交替运行的方式运行；干期和湿期运行时间的比为1∶1～3；步骤3)中所述的纳滤系统的纳滤膜截留分子量小于或等于
300。

[0016] 本发明所述步骤4纳滤出水经回灌井注入深层地下含水层9后，必须在地下至少停留90天，或者在地下迁移至少200米后，方可抽取使用。

[0017] 本发明所提供的纳滤强化井灌集成系统的优势体现在以下三个方面：一是纳滤膜对土壤系统处理后的残留污染物具有高效截留作用，能够有效保障深层地下水层的安全；二是利用人工回灌场土壤系统去除再生水中的有机物，有效减缓了对后续纳滤膜的污染，使得纳滤膜得以长期稳定运行；三是本方法通过对不同处理技术的合理组合，构建了有效的多级水质安全保障体系。

附图说明

[0018] 图1为纳滤-强化井灌工艺图。

[0019] 图中：1-监测井；2-臭氧反应器；3-人工回灌场；4-底部收集系统；5-纳滤；6-回灌井；7-包气带；8-浅层地下含水层；9-深层地下含水层。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0021] 图1为纳滤强化井灌工艺图。来自来城市污水厂二级出水的再生水经絮凝、沉淀处理后，进入臭氧反应器2进行臭氧氧化处理，臭氧投加量根据再生水中DOC的含量确定，每毫克DOC投加臭氧0.5～1.0毫克，臭氧氧化后再生水的BDOC/DOC达到30％～40％。经臭氧氧化处理后的再生水进入人工回灌场3，人工回灌场的土壤渗滤速度在0.02～0.5m/h之间，土壤层厚度不小于2m，采用干期和湿期交替运行的方式运行，干期和湿期运行时间的比为1∶1～3。

[0022] 经自然渗滤进入人工回灌场的底部收集装置4；由底部收集装置出来的再生水进入置于人工回灌场3和回灌井6之间的纳滤系统5，纳滤膜的截留分子量小于或等于300。

[0023] 纳滤出水经回灌井注入深层地下含水层9，在含水层中得到进一步的净化。进入地下含水层的再生水必须在地下至少停留90天，或者在地下迁移至少200米后，方可抽取使用。

[0024] 下面举出几个具体实施例，以进一步理解本发明：

[0025] 实施例1：利用城市污水处理厂二级出水，经絮凝、沉淀、臭氧氧化处理，絮凝剂采用聚合铝，臭氧氧化工艺进水的DOC含量为60mg/L，臭氧投加量按照每毫克DOC投加臭氧0.5毫克计算，投加量为30mg/L，臭氧氧化后再生水的BDOC/DOC达到30％。经臭氧氧化处理后的再生水进入人工回灌场3，回灌场渗滤系数为0.2m/h，深度2.0m，采用干期与湿期交替运行的方式运行，干期与湿期的运行时间比例为1∶3。人工回灌场出水DOC＝4.5mg/L、NH4-N＝0.8mg/L。再经纳滤系统处理，纳滤膜的截留分子量为200，较之无土壤预处理，纳滤膜通量提高了15％。纳滤系统处理后出水经回灌井注入深层地下含水层9进行进一步净化。再生水在地下含水层停留90天后，水中DOC＝1.1mg/L， NH4-N小于0.1mg/L，TP小于0.1mg/L。

[0026] 实施例2：利用城市污水处理厂二级出水，经絮凝、沉淀、粉末活性炭吸附、臭氧氧化处理，絮凝剂采用聚合铝，粉末活性炭投加量为30mg/L，臭氧氧化工艺进水的DOC含量为30mg/L，臭氧投加量按照每毫克DOC投加臭氧1.0毫克计算，投加量为30mg/L，臭氧氧化后再生水的BDOC/DOC达到40％。经臭氧氧化处理后的再生水进入人工回灌场3，人工回灌场采用厚度为2.5m的粉质砂土，自然渗滤速度为0.02m/h，采用干期与湿期交替运行的方式运行，干期与湿期的运行时间比例为1∶1。人工回灌场出水进入纳滤处理系统，纳滤膜的截留分子量为150。较之无土壤预处理，纳滤膜通量提高了25％。纳滤出水经注水井进入地下含水层，再生水在模拟地下含水层停留100天后，水中DOC＜1.0mg/L，NH4-N＜0.1mg/L，TP＜0.1mg/L，AOX≤30μg/L，水质满足《地下水水质标准GB/T 14848-93》中规定的三类地下水水质标准。

[0027] 实施例3：利用城市污水处理厂二级出水，经絮凝、沉淀、砂滤、臭氧氧化处理，聚合铝投加量为30mg/L，每毫克DOC投加臭氧0.5毫克，臭氧氧化后再生水的BDOC/DOC为30％。经臭氧氧化处理后的再生水进入人工回灌场3，人工回灌场采用厚度为2.0m的粉质粘土，自然渗滤速度为0.5m/h，采用干期与湿期交替运行的方式运行，干期与湿期的运行时间比例为1∶3。人工回灌场出水进入纳滤处理系统，纳滤膜的截留分子量为300。较之无土壤预处理，纳滤膜通量提高了10％。再生水经纳滤系统处理后，经回灌井注入深层地下含水层9进行进一步净化。在地下含水层停留90天后，出水DOC在1.5-2.3mg/L，NH4-N＝
0.1mg/L，TP＜0.1mg/L，浊度≤2NTU，水质满足《地下水水质标准GB/T 14848-93》中规定的三类地下水水质标准。