专利名称：一种利用城市再生水补充地下水的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用城市再生水补充地下水的方法，特别涉及一种同时利用井灌和地 表回灌的方式将再生水回灌地下，补充地下水资源的新方法。
背景技术：
全球水资源短缺问题非常严重，各国都在致力于寻找可持续的、经济安全的解决方 案。利用城市再生水补充地下水，不仅可以提供重要的替代性水资源，还可以减缓地下 水位下降，防止海水入侵，以及减缓地面沉降等。
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，为解决城市用水高峰期供需矛盾提供支持，为水资源的一体化管理 提供灵活性。
利用城市再生水补充地下水的优点有以下几点
(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) 地下水水层可以起到地下水库的作用。在多雨季节和用水低谷，将再生水 回灌于地下，在枯水季节和用水高峰期提升来利用，地下含水层便成为储蓄水的银行。 与地面水库相比，地下水库不占地面，没有不良的生态影响，很少或几乎没有蒸发损 失；
(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。 地表回灌与井灌是应用最为广泛的城市再生水补充地下水的方式。地表回灌通过回
灌池、沟渠、干河道等回灌，井灌则利用注水井回灌。
地面与含水层之间不存在水力阻滞层，土壤渗透性能好，多采用地表回灌。地表回 灌对再生水水质要求较低。二级出水在进入回灌池前经过三级处理(通常是混凝、多 层介质过滤和氯消毒处理)，形成的再生水经过回灌场经自然渗滤进入地下水水层。
当地面与含水层之间存在水力阻滞层，或土壤渗透性能差，或没有足够土地时可采 用井灌方式。井灌对再生水水质要求较高，通常需要进行四级处理(例如双膜法)以 后，经回注井进入地下水水层。
国际同行对再生水补充地下水的水质安全性关注重点包括营养元素(氮、磷等)、 痕量重金属、消毒副产物、痕量有机物(乙二胺四乙酸、氮川三醋酸、萘二羧酸、烷基 酚聚乙氧基羧酸盐等)、微生物代谢产物、雌激素类物质、致病菌等。随着技术经济水 平的提高，欧美国家正在从水质安全性的角度审视和构建安全的回灌技术体系，研究 开发不同的技术集成体系，例如，膜生物反应器、强化除磷、臭氧氧化、超滤、纳滤 等技术与土壤处理的组合集成路线，研究不同技术路线与不同土壤条件的适应性。但 是就回灌方式而言，仍然集中在地表回灌与井灌两种传统的方式。
单纯的地表回灌占地面积大，我国绝大多数大中型城市土地资源紧张，难以实现 大面积的地表回灌。井灌要求城市再生水预处理水平须达到四级，这在经济上很难被 我国多数城市接受。
发明内容
本发明的目的是针对我国大多数缺水型大屮型城市土地资源紧张、再生水处理技术水 平较低的状况，提供一种利用城巿再生水补充地下水的方法，该方法可减少单纯的地表 回灌系统对土地条件的依赖性，以及对再生水预处理的要求，使其更适合于我国的实际情 况。
本发明的技术方案如下
一种利用城市再生水补充地下水的方法，其特征在于该方法包括如下步骤
1) 在回灌井前建立人工回灌场，在回灌场内人工配置土壤；
2) 城市污水处理厂出水经深度处理后成为再生水，使再生水应满足D0CS5 mg/L、 A0X^ 50 ^g/L、 NH4-N Slmg/L、浊度《2NTU;
3) 使再生水首先流经人工回灌场，部分经底部收集装置进入回灌井，经回灌井进 入地下水水层，部分经自然渗滤进入地下水水层；进入地下水水层的再生水须在地下至 少停留20天，或者取水点距回灌点的水平距离至少为40米。
本发明的技术特征还在于人工配置土壤的渗滤速度在0.02~0. 5m/h，厚度至少为1 米；人工回灌场进行干/湿交替运行，湿期，回灌场内再生水高于土壤表层20cm以上；干 期，使土壤表面与空气充分接触，经历干燥和复氧作用；湿期的运行时间是干期的1 5 倍。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明提供的利用城市再 生水补充地下水的方法，保持了井灌占地面积小的优势，其占地面积通常不足单纯地表 回灌的十分之一；基本保留了地表回灌对再生水的深度处理作用，对回灌前城市再生水 预处理的要求与地表回灌基本相当(三级或者三级强化)。本发明提供的利用城市再生 水补充地下水方法，较大程度上降低了回灌系统对土地条件以及再生水预处理水平的依 赖性，更适合于我国实际情况。
图1为城市再生水补充地下水的纵剖面示意图。 图2为城市再生水补充地下水的平面示意图。
图中l一回灌井；2 —再生水；3 —人工回灌场；4一监测井；5 —底部收集装置；6 一包气带；7 —地下水水层；8 —取水井。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为城市再生水补充地下水的纵剖面示意图。该方法是同时利用井灌和地表回灌
的方式将再生水回灌地下。回灌前再生水2水质应满足D0CS5 mg/L、 A0X^50|iig/L、 NH4_N Slmg/L、浊度S2NTU。在回灌井1前建立人工回灌场，在回灌场内人工配置土壤，土壤 渗滤速度在0.02-0. 5m/h，厚度至少为l米。再生水首先流经人工回灌场3，部分经底 部收集装置5进入回灌井，经回灌井进入地下水水层，部分经自然渗滤通过包气带6进 入地下水水层。进入地下水水层7的再生水须在地下停留至少20天，或者取水点距 回灌点的水平距离至少为40米。再生水在地下水水层的迁移过程中，得到进一步的深 度净化。取水井8水质可以满足我国地下水三类水质标准。
人工回灌场进行干/湿交替运行，湿期，回灌场内再生水高于土壤表层20cm以上；干 期，使土壤表面与空气充分接触，经历干燥和复氧作用；湿期的运行时间是干期的1 5 倍。
实施例1:利用城市污水处理厂二级出水，经粉末活性炭过滤、臭氧氧化后进行回 灌，絮凝剂采用聚合铝，投加量为30 mg/L，臭氧投加量IO mg/L。回灌池渗滤速度为 0. 02m/h，人工回灌场面积为400m2,深度1. 0m，回灌量达到200 — 300 m7d，湿期/干 期范围控制在l。回灌前再生水D0C = 4. 5mg/L、 AOX=40(ag/L、 NH4-N =0. 8mg/L、浊度 〈NTU。再生水经回灌池后，10%进入直接渗滤进入深度为9 m的地下含水层，其他经 回灌井进入同一含水层，在距回灌点40米的取水井4取样监测，D0C=3 mg/L， NH4-N 为0. 1 mg/L， TP为0.1 mg/L， A0X《30|ag/L、浊度^2NTU。经再生水补给后的地下水水 质达到三类地下水水质标准。如将回灌预处理改为絮凝、沉淀、活性炭过滤，在距回灌 点40米的取水井取样监测，经再生水补给后的地下水水质达到三类地下水水质标准。
实施例2:利用城市污水处理厂二级出水，经粉末活性炭吸附、沉淀过滤、臭氧氧化 后进行回灌，粉末活性炭投加量为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、浊度二2NTU。利用厚度为1. 5m的粉质砂土进行自然渗滤， 粒径范围在O. 5-lmm，渗滤速度为O. 5m/h，湿期/干期范围控制在1，然后经注水井进入地 下含水层，地下含水层主要成分为工程砂，粒径范围在O. 5-lmm,再生水在地下停留时间
为20天。出水DOC在1. 5 — 3 mg/L， NH4-N为0. 1 mg/L， UV254为0. 05-0. 09 Abs/cm, A0XS30网/L、浊度^2NTU，出水满足三类地下水水质标准。
实施例3:利用城市污水处理厂二级出水，经砂滤、臭氧氧化、活性炭过滤后进行回 灌，臭氧投加量10 mg/L。再生水D0C=5mg/L、 A0X=40pg/L、 NH4-N =1.0rag/L、浊度二 2NTU。利用厚度为1.5m的粉质粘土进行自然渗滤，粒径范围在0. 075-0. 1 mm，渗滤速度 为0.02m/h，湿期/干期范围控制在5: 1，然后进入地下含水层，地下含水层主要成分为 工程砂，粒径范围在0.075-0. 5腦，再生水在地下停留时间为20天。出水DOC在1.5 — 2. 3mg/L， NH3-N〈0. 1 mg/L， UV254为0. 02-0. 06Abs/cm， A0X^30(ig/L、浊度^2NTU，出 水满足三类地下水水质标准。
权利要求
1.一种利用城市再生水补充地下水的方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)在回灌井前建立人工回灌场，在回灌场内人工配置土壤；2)城市污水处理厂出水经深度处理后成为再生水，使再生水满足DOC≤5mg/L、AOX≤50μg/L、NH4-N≤1mg/L、浊度≤2NTU；3)再生水首先流经人工回灌场，部分经底部收集装置进入回灌井，经回灌井进入地下水水层，部分经自然渗滤进入地下水水层；进入地下水水层的再生水须在地下至少停留20天，或者取水点距回灌点的水平距离至少为40米。
2. 按照权利要求l所述的一种利用城市再生水补充地下水的方法，其特征在于所 述人工配置的土壤渗滤速度在0. 02 0. 5m/h，厚度至少为1米。
3. 按照权利要求1或2所述的一种组合式强化井灌及回用方法，其特征在于人工 回灌场进行干/湿交替运行，湿期，回灌场内再生水高于土壤表层至少20cm;干期，使土 壤表面与空气充分接触，经历干燥和复氧作用；湿期的运行时间是干期的1 5倍。
全文摘要
一种利用城市再生水补充地下水的方法，该方法克服了单纯地表回灌占地面积大，井灌对再生水预处理要求高的缺点，即在回灌井前设人工回灌场，人为配置土壤条件，再生水首先流经人工回灌场，部分经自然渗滤进入地下水层，部分经回灌场底部收集装置进入回灌井灌入地下水水层。与地下水混合后的再生水必须在地下停留至少20天，或者取水点距回灌点的水平距离至少为40米。本发明保持了井灌占地面积小的优势，基本保留了地表回灌对再生水的深度处理作用，较大程度上降低了回灌系统对土地条件以及再生水预处理水平的依赖性，更适合于我国实际情况。取出后的水可用于城市景观、灌溉、绿化、城市杂用、工艺用水等。
文档编号C02F1/00GK101172670SQ200710175798
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月12日 优先权日2007年10月12日
发明者猛 张, 成徐州, 璇 赵 申请人:清华大学