專利名稱：一種利用城市再生水補(bǔ)充地下水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用城市再生水補(bǔ)充地下水的方法，特別涉及一種同時(shí)利用井灌和地 表回灌的方式將再生水回灌地下，補(bǔ)充地下水資源的新方法。
背景技術(shù)：
全球水資源短缺問題非常嚴(yán)重，各國(guó)都在致力于尋找可持續(xù)的、經(jīng)濟(jì)安全的解決方 案。利用城市再生水補(bǔ)充地下水，不僅可以提供重要的替代性水資源，還可以減緩地下 水位下降，防止海水入侵，以及減緩地面沉降等。
利用城市再生水補(bǔ)充地下水，首先必須進(jìn)一步深度處理城市污水處理廠二級(jí)出水， 使之成為再生水。通過地表滲濾或回灌井，將再生水回灌到地下水水層，隨后同地下 水一起作為新的水源開發(fā)利用。再生水在經(jīng)過土壤進(jìn)入地下水水層的過程中，借助于 土壤的物理、化學(xué)和生物作用得到進(jìn)一步的凈化。同時(shí)，地下水水層也可視為再生水 的天然存貯設(shè)施，為解決城市用水高峰期供需矛盾提供支持，為水資源的一體化管理 提供靈活性。
利用城市再生水補(bǔ)充地下水的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)
(1) 擴(kuò)大地下水資源的存儲(chǔ)量；
(2) 利用土壤層作為天然的水處理單元，深度凈化再生水；
(3) 地下水水層可以起到地下水庫(kù)的作用。在多雨季節(jié)和用水低谷，將再生水 回灌于地下，在枯水季節(jié)和用水高峰期提升來利用，地下含水層便成為儲(chǔ)蓄水的銀行。 與地面水庫(kù)相比，地下水庫(kù)不占地面，沒有不良的生態(tài)影響，很少或幾乎沒有蒸發(fā)損 失；
(4) 可以水力阻攔沿海地區(qū)的海水入侵；
(5) 容易被技術(shù)人員理解和掌握，并能克服一般公眾對(duì)污水回用的心理障礙。 地表回灌與井灌是應(yīng)用最為廣泛的城市再生水補(bǔ)充地下水的方式。地表回灌通過回
灌池、溝渠、干河道等回灌，井灌則利用注水井回灌。
地面與含水層之間不存在水力阻滯層，土壤滲透性能好，多采用地表回灌。地表回 灌對(duì)再生水水質(zhì)要求較低。二級(jí)出水在進(jìn)入回灌池前經(jīng)過三級(jí)處理(通常是混凝、多 層介質(zhì)過濾和氯消毒處理)，形成的再生水經(jīng)過回灌場(chǎng)經(jīng)自然滲濾進(jìn)入地下水水層。
當(dāng)?shù)孛媾c含水層之間存在水力阻滯層，或土壤滲透性能差，或沒有足夠土地時(shí)可采 用井灌方式。井灌對(duì)再生水水質(zhì)要求較高，通常需要進(jìn)行四級(jí)處理(例如雙膜法)以 后，經(jīng)回注井進(jìn)入地下水水層。
國(guó)際同行對(duì)再生水補(bǔ)充地下水的水質(zhì)安全性關(guān)注重點(diǎn)包括營(yíng)養(yǎng)元素(氮、磷等)、 痕量重金屬、消毒副產(chǎn)物、痕量有機(jī)物(乙二胺四乙酸、氮川三醋酸、萘二羧酸、烷基 酚聚乙氧基羧酸鹽等)、微生物代謝產(chǎn)物、雌激素類物質(zhì)、致病菌等。隨著技術(shù)經(jīng)濟(jì)水 平的提高，歐美國(guó)家正在從水質(zhì)安全性的角度審視和構(gòu)建安全的回灌技術(shù)體系，研究 開發(fā)不同的技術(shù)集成體系，例如，膜生物反應(yīng)器、強(qiáng)化除磷、臭氧氧化、超濾、納濾 等技術(shù)與土壤處理的組合集成路線，研究不同技術(shù)路線與不同土壤條件的適應(yīng)性。但 是就回灌方式而言，仍然集中在地表回灌與井灌兩種傳統(tǒng)的方式。
單純的地表回灌占地面積大，我國(guó)絕大多數(shù)大中型城市土地資源緊張，難以實(shí)現(xiàn) 大面積的地表回灌。井灌要求城市再生水預(yù)處理水平須達(dá)到四級(jí)，這在經(jīng)濟(jì)上很難被 我國(guó)多數(shù)城市接受。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)我國(guó)大多數(shù)缺水型大屮型城市土地資源緊張、再生水處理技術(shù)水 平較低的狀況，提供一種利用城巿?jiān)偕a(bǔ)充地下水的方法，該方法可減少單純的地表 回灌系統(tǒng)對(duì)土地條件的依賴性，以及對(duì)再生水預(yù)處理的要求，使其更適合于我國(guó)的實(shí)際情 況。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種利用城市再生水補(bǔ)充地下水的方法，其特征在于該方法包括如下步驟
1) 在回灌井前建立人工回灌場(chǎng)，在回灌場(chǎng)內(nèi)人工配置土壤；
2) 城市污水處理廠出水經(jīng)深度處理后成為再生水，使再生水應(yīng)滿足D0CS5 mg/L、 A0X^ 50 ^g/L、 NH4-N Slmg/L、濁度《2NTU;
3) 使再生水首先流經(jīng)人工回灌場(chǎng)，部分經(jīng)底部收集裝置進(jìn)入回灌井，經(jīng)回灌井進(jìn) 入地下水水層，部分經(jīng)自然滲濾進(jìn)入地下水水層；進(jìn)入地下水水層的再生水須在地下至 少停留20天，或者取水點(diǎn)距回灌點(diǎn)的水平距離至少為40米。
本發(fā)明的技術(shù)特征還在于人工配置土壤的滲濾速度在0.02~0. 5m/h，厚度至少為1 米；人工回灌場(chǎng)進(jìn)行干/濕交替運(yùn)行，濕期，回灌場(chǎng)內(nèi)再生水高于土壤表層20cm以上；干 期，使土壤表面與空氣充分接觸，經(jīng)歷干燥和復(fù)氧作用；濕期的運(yùn)行時(shí)間是干期的1 5 倍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明提供的利用城市再 生水補(bǔ)充地下水的方法，保持了井灌占地面積小的優(yōu)勢(shì)，其占地面積通常不足單純地表 回灌的十分之一；基本保留了地表回灌對(duì)再生水的深度處理作用，對(duì)回灌前城市再生水 預(yù)處理的要求與地表回灌基本相當(dāng)(三級(jí)或者三級(jí)強(qiáng)化)。本發(fā)明提供的利用城市再生 水補(bǔ)充地下水方法，較大程度上降低了回灌系統(tǒng)對(duì)土地條件以及再生水預(yù)處理水平的依 賴性，更適合于我國(guó)實(shí)際情況。


圖1為城市再生水補(bǔ)充地下水的縱剖面示意圖。 圖2為城市再生水補(bǔ)充地下水的平面示意圖。
圖中l(wèi)一回灌井；2 —再生水；3 —人工回灌場(chǎng)；4一監(jiān)測(cè)井；5 —底部收集裝置；6 一包氣帶；7 —地下水水層；8 —取水井。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1為城市再生水補(bǔ)充地下水的縱剖面示意圖。該方法是同時(shí)利用井灌和地表回灌
的方式將再生水回灌地下?；毓嗲霸偕?水質(zhì)應(yīng)滿足D0CS5 mg/L、 A0X^50|iig/L、 NH4_N Slmg/L、濁度S2NTU。在回灌井1前建立人工回灌場(chǎng)，在回灌場(chǎng)內(nèi)人工配置土壤，土壤 滲濾速度在0.02-0. 5m/h，厚度至少為l米。再生水首先流經(jīng)人工回灌場(chǎng)3，部分經(jīng)底 部收集裝置5進(jìn)入回灌井，經(jīng)回灌井進(jìn)入地下水水層，部分經(jīng)自然滲濾通過包氣帶6進(jìn) 入地下水水層。進(jìn)入地下水水層7的再生水須在地下停留至少20天，或者取水點(diǎn)距 回灌點(diǎn)的水平距離至少為40米。再生水在地下水水層的遷移過程中，得到進(jìn)一步的深 度凈化。取水井8水質(zhì)可以滿足我國(guó)地下水三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
人工回灌場(chǎng)進(jìn)行干/濕交替運(yùn)行，濕期，回灌場(chǎng)內(nèi)再生水高于土壤表層20cm以上；干 期，使土壤表面與空氣充分接觸，經(jīng)歷干燥和復(fù)氧作用；濕期的運(yùn)行時(shí)間是干期的1 5 倍。
實(shí)施例1:利用城市污水處理廠二級(jí)出水，經(jīng)粉末活性炭過濾、臭氧氧化后進(jìn)行回 灌，絮凝劑采用聚合鋁，投加量為30 mg/L，臭氧投加量IO mg/L。回灌池滲濾速度為 0. 02m/h，人工回灌場(chǎng)面積為400m2,深度1. 0m，回灌量達(dá)到200 — 300 m7d，濕期/干 期范圍控制在l。回灌前再生水D0C = 4. 5mg/L、 AOX=40(ag/L、 NH4-N =0. 8mg/L、濁度 〈NTU。再生水經(jīng)回灌池后，10%進(jìn)入直接滲濾進(jìn)入深度為9 m的地下含水層，其他經(jīng) 回灌井進(jìn)入同一含水層，在距回灌點(diǎn)40米的取水井4取樣監(jiān)測(cè)，D0C=3 mg/L， NH4-N 為0. 1 mg/L， TP為0.1 mg/L， A0X《30|ag/L、濁度^2NTU。經(jīng)再生水補(bǔ)給后的地下水水 質(zhì)達(dá)到三類地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。如將回灌預(yù)處理改為絮凝、沉淀、活性炭過濾，在距回灌 點(diǎn)40米的取水井取樣監(jiān)測(cè)，經(jīng)再生水補(bǔ)給后的地下水水質(zhì)達(dá)到三類地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例2:利用城市污水處理廠二級(jí)出水，經(jīng)粉末活性炭吸附、沉淀過濾、臭氧氧化 后進(jìn)行回灌，粉末活性炭投加量為30mg/L，臭氧投加量10mg/L。再生水D0C = 4. 5mg/L、 A0X=5(Vg/L、 NH4-N=1.0mg/L、濁度二2NTU。利用厚度為1. 5m的粉質(zhì)砂土進(jìn)行自然滲濾， 粒徑范圍在O. 5-lmm，滲濾速度為O. 5m/h，濕期/干期范圍控制在1，然后經(jīng)注水井進(jìn)入地 下含水層，地下含水層主要成分為工程砂，粒徑范圍在O. 5-lmm,再生水在地下停留時(shí)間
為20天。出水DOC在1. 5 — 3 mg/L， NH4-N為0. 1 mg/L， UV254為0. 05-0. 09 Abs/cm, A0XS30網(wǎng)/L、濁度^2NTU，出水滿足三類地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3:利用城市污水處理廠二級(jí)出水，經(jīng)砂濾、臭氧氧化、活性炭過濾后進(jìn)行回 灌，臭氧投加量10 mg/L。再生水D0C=5mg/L、 A0X=40pg/L、 NH4-N =1.0rag/L、濁度二 2NTU。利用厚度為1.5m的粉質(zhì)粘土進(jìn)行自然滲濾，粒徑范圍在0. 075-0. 1 mm，滲濾速度 為0.02m/h，濕期/干期范圍控制在5: 1，然后進(jìn)入地下含水層，地下含水層主要成分為 工程砂，粒徑范圍在0.075-0. 5腦，再生水在地下停留時(shí)間為20天。出水DOC在1.5 — 2. 3mg/L， NH3-N〈0. 1 mg/L， UV254為0. 02-0. 06Abs/cm， A0X^30(ig/L、濁度^2NTU，出 水滿足三類地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用城市再生水補(bǔ)充地下水的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)在回灌井前建立人工回灌場(chǎng)，在回灌場(chǎng)內(nèi)人工配置土壤；2)城市污水處理廠出水經(jīng)深度處理后成為再生水，使再生水滿足DOC≤5mg/L、AOX≤50μg/L、NH4-N≤1mg/L、濁度≤2NTU；3)再生水首先流經(jīng)人工回灌場(chǎng)，部分經(jīng)底部收集裝置進(jìn)入回灌井，經(jīng)回灌井進(jìn)入地下水水層，部分經(jīng)自然滲濾進(jìn)入地下水水層；進(jìn)入地下水水層的再生水須在地下至少停留20天，或者取水點(diǎn)距回灌點(diǎn)的水平距離至少為40米。
2. 按照權(quán)利要求l所述的一種利用城市再生水補(bǔ)充地下水的方法，其特征在于所 述人工配置的土壤滲濾速度在0. 02 0. 5m/h，厚度至少為1米。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種組合式強(qiáng)化井灌及回用方法，其特征在于人工 回灌場(chǎng)進(jìn)行干/濕交替運(yùn)行，濕期，回灌場(chǎng)內(nèi)再生水高于土壤表層至少20cm;干期，使土 壤表面與空氣充分接觸，經(jīng)歷干燥和復(fù)氧作用；濕期的運(yùn)行時(shí)間是干期的1 5倍。
全文摘要
一種利用城市再生水補(bǔ)充地下水的方法，該方法克服了單純地表回灌占地面積大，井灌對(duì)再生水預(yù)處理要求高的缺點(diǎn)，即在回灌井前設(shè)人工回灌場(chǎng)，人為配置土壤條件，再生水首先流經(jīng)人工回灌場(chǎng)，部分經(jīng)自然滲濾進(jìn)入地下水層，部分經(jīng)回灌場(chǎng)底部收集裝置進(jìn)入回灌井灌入地下水水層。與地下水混合后的再生水必須在地下停留至少20天，或者取水點(diǎn)距回灌點(diǎn)的水平距離至少為40米。本發(fā)明保持了井灌占地面積小的優(yōu)勢(shì)，基本保留了地表回灌對(duì)再生水的深度處理作用，較大程度上降低了回灌系統(tǒng)對(duì)土地條件以及再生水預(yù)處理水平的依賴性，更適合于我國(guó)實(shí)際情況。取出后的水可用于城市景觀、灌溉、綠化、城市雜用、工藝用水等。
文檔編號(hào)C02F1/00GK101172670SQ200710175798
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者猛 張, 成徐州, 璇 趙 申請(qǐng)人:清華大學(xué)