專利名稱：一種利用城市再生水補充地下水的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用城市再生水補充地下水的方法，特別涉及一種同時利用井灌和地 表回灌的方式將再生水回灌地下，補充地下水資源的新方法。
背景技術：
全球水資源短缺問題非常嚴重，各國都在致力于尋找可持續(xù)的、經(jīng)濟安全的解決方 案。利用城市再生水補充地下水，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。
利用城市再生水補充地下水，首先必須進一步深度處理城市污水處理廠二級出水， 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)過土壤進入地下水水層的過程中，借助于 土壤的物理、化學和生物作用得到進一步的凈化。同時，地下水水層也可視為再生水 的天然存貯設施，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。
利用城市再生水補充地下水的優(yōu)點有以下幾點
(1) 擴大地下水資源的存儲量；
(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蓄水的銀行。 與地面水庫相比，地下水庫不占地面，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) 容易被技術人員理解和掌握，并能克服一般公眾對污水回用的心理障礙。 地表回灌與井灌是應用最為廣泛的城市再生水補充地下水的方式。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 灌對再生水水質要求較低。二級出水在進入回灌池前經(jīng)過三級處理(通常是混凝、多 層介質過濾和氯消毒處理)，形成的再生水經(jīng)過回灌場經(jīng)自然滲濾進入地下水水層。
當?shù)孛媾c含水層之間存在水力阻滯層，或土壤滲透性能差，或沒有足夠土地時可采 用井灌方式。井灌對再生水水質要求較高，通常需要進行四級處理(例如雙膜法)以 后，經(jīng)回注井進入地下水水層。
國際同行對再生水補充地下水的水質安全性關注重點包括營養(yǎng)元素(氮、磷等)、 痕量重金屬、消毒副產(chǎn)物、痕量有機物(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、致病菌等。隨著技術經(jīng)濟水 平的提高，歐美國家正在從水質安全性的角度審視和構建安全的回灌技術體系，研究 開發(fā)不同的技術集成體系，例如，膜生物反應器、強化除磷、臭氧氧化、超濾、納濾 等技術與土壤處理的組合集成路線，研究不同技術路線與不同土壤條件的適應性。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，我國絕大多數(shù)大中型城市土地資源緊張，難以實現(xiàn) 大面積的地表回灌。井灌要求城市再生水預處理水平須達到四級，這在經(jīng)濟上很難被 我國多數(shù)城市接受。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對我國大多數(shù)缺水型大屮型城市土地資源緊張、再生水處理技術水 平較低的狀況，提供一種利用城巿再生水補充地下水的方法，該方法可減少單純的地表 回灌系統(tǒng)對土地條件的依賴性，以及對再生水預處理的要求，使其更適合于我國的實際情 況。
本發(fā)明的技術方案如下
一種利用城市再生水補充地下水的方法，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，在回灌場內人工配置土壤；
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，部分經(jīng)底部收集裝置進入回灌井，經(jīng)回灌井進 入地下水水層，部分經(jīng)自然滲濾進入地下水水層；進入地下水水層的再生水須在地下至 少停留20天，或者取水點距回灌點的水平距離至少為40米。
本發(fā)明的技術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；人工回灌場進行干/濕交替運行，濕期，回灌場內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)歷干燥和復氧作用；濕期的運行時間是干期的1 5 倍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果本發(fā)明提供的利用城市再 生水補充地下水的方法，保持了井灌占地面積小的優(yōu)勢，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再生水的深度處理作用，對回灌前城市再生水 預處理的要求與地表回灌基本相當(三級或者三級強化)。本發(fā)明提供的利用城市再生 水補充地下水方法，較大程度上降低了回灌系統(tǒng)對土地條件以及再生水預處理水平的依 賴性，更適合于我國實際情況。


圖1為城市再生水補充地下水的縱剖面示意圖。 圖2為城市再生水補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；4一監(jiān)測井；5 —底部收集裝置；6 一包氣帶；7 —地下水水層；8 —取水井。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為城市再生水補充地下水的縱剖面示意圖。該方法是同時利用井灌和地表回灌
的方式將再生水回灌地下?；毓嗲霸偕?水質應滿足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，在回灌場內人工配置土壤，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3，部分經(jīng)底 部收集裝置5進入回灌井，經(jīng)回灌井進入地下水水層，部分經(jīng)自然滲濾通過包氣帶6進 入地下水水層。進入地下水水層7的再生水須在地下停留至少20天，或者取水點距 回灌點的水平距離至少為40米。再生水在地下水水層的遷移過程中，得到進一步的深 度凈化。取水井8水質可以滿足我國地下水三類水質標準。
人工回灌場進行干/濕交替運行，濕期，回灌場內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)歷干燥和復氧作用；濕期的運行時間是干期的1 5 倍。
實施例1:利用城市污水處理廠二級出水，經(jīng)粉末活性炭過濾、臭氧氧化后進行回 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，人工回灌場面積為400m2,深度1. 0m，回灌量達到200 — 300 m7d，濕期/干 期范圍控制在l?；毓嗲霸偕瓺0C = 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%進入直接滲濾進入深度為9 m的地下含水層，其他經(jīng) 回灌井進入同一含水層，在距回灌點40米的取水井4取樣監(jiān)測，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)再生水補給后的地下水水 質達到三類地下水水質標準。如將回灌預處理改為絮凝、沉淀、活性炭過濾，在距回灌 點40米的取水井取樣監(jiān)測，經(jīng)再生水補給后的地下水水質達到三類地下水水質標準。
實施例2:利用城市污水處理廠二級出水，經(jīng)粉末活性炭吸附、沉淀過濾、臭氧氧化 后進行回灌，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的粉質砂土進行自然滲濾， 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標準。
實施例3:利用城市污水處理廠二級出水，經(jīng)砂濾、臭氧氧化、活性炭過濾后進行回 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的粉質粘土進行自然滲濾，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標準。
權利要求
1.一種利用城市再生水補充地下水的方法，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，在回灌場內人工配置土壤；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，部分經(jīng)底部收集裝置進入回灌井，經(jīng)回灌井進入地下水水層，部分經(jīng)自然滲濾進入地下水水層；進入地下水水層的再生水須在地下至少停留20天，或者取水點距回灌點的水平距離至少為40米。
2. 按照權利要求l所述的一種利用城市再生水補充地下水的方法，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. 按照權利要求1或2所述的一種組合式強化井灌及回用方法，其特征在于人工 回灌場進行干/濕交替運行，濕期，回灌場內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)歷干燥和復氧作用；濕期的運行時間是干期的1 5倍。
全文摘要
一種利用城市再生水補充地下水的方法，該方法克服了單純地表回灌占地面積大，井灌對再生水預處理要求高的缺點，即在回灌井前設人工回灌場，人為配置土壤條件，再生水首先流經(jīng)人工回灌場，部分經(jīng)自然滲濾進入地下水層，部分經(jīng)回灌場底部收集裝置進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，或者取水點距回灌點的水平距離至少為40米。本發(fā)明保持了井灌占地面積小的優(yōu)勢，基本保留了地表回灌對再生水的深度處理作用，較大程度上降低了回灌系統(tǒng)對土地條件以及再生水預處理水平的依賴性，更適合于我國實際情況。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C02F1/00GK101172670SQ200710175798
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權日2007年10月12日
發(fā)明者猛 張, 成徐州, 璇 趙 申請人:清華大學