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给水排水 |胡洪营团队:深度解读1《水回用导则 再生水厂水质管理》发布日期:2022-01-10

导读


近日,由清华大学、中国标准化研究院、清华大学深圳国际研究生院等单位牵头制定的《水回用导则》系列国家标准经国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准正式发布。《水回用导则》系列国家标准为首次制定,包括以下3项标准:

《水回用导则 再生水厂水质管理》(GB/T 41016-2021)

《水回用导则 污水再生处理技术与工艺评价方法》(GB/T 41017-2021)

《水回用导则 再生水分级》(GB/T 41018-2021)


《水回用导则》系列国家标准的发布实施将为我国污水资源化利用发展提供重要标准依据,对于加强再生水分级管理,引导污水再生处理技术开发与优化进步,促进再生水行业快速发展具有重要意义。


《给水排水》杂志社特邀主编单位,对3项标准分别进行了深度解读,形成的系列文章将会在“给水排水”微信陆续推送。本篇重点解读《水回用导则 再生水厂水质管理》(GB/T 41016-2021),标准规定了再生水厂水质管理的相关术语和定义、目标、措施、检测监控与报告及制度,可为再生水厂水质安全保障和高效稳定生产提供有益指导。



通信作者

胡洪营

教授/博导,清华大学环境学院教授、国家环境保护环境微生物利用与安全控制重点实验室主任,国家杰出青年科学基金与国家级教学名师奖获得者,先后获国家科技进步奖二等奖和教育部、住建部、环保部等省部级科技进步一等奖多项。主要从事再生水安全利用理论与技术方面的研究。

污水再生利用是统筹解决水资源短缺、水环境污染和水生态损害问题的重要途径。再生水厂建设是城镇和产业可持续发展的重要保障,对实现可持续发展目标具有重要意义。2019年,我国城镇再生水生产能力为183.4亿m³/年,再生水设施建设固定资产投资达50.83亿元。标准化、规范化和系统化的再生水厂管理是保障再生水利用事业发展高质量发展和快速发展的重要保证。


再生水利用的前提是水质安全保障。针对再生水厂水质管理需求,清华大学等单位编制了《水回用导则 再生水厂水质管理》(GB/T 41016-2021)。该标准由全国节水标准化技术委员会(SAC/TC442)和全国环保产业标准化技术委员会(SAC/TC275)共同提出并归口,由国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会发布实施。


该标准是《水回用导则》系列国家标准之一,为首次发布。《水回用导则》系列国家标准旨在从再生水分级、评价和管理等角度为再生水行业开展项目规划、设计、运营、评价和管理等工作提供专业指导意见和规范。


01

标准制定的重要意义

水资源短缺和水环境污染是全球面临的重大水安全问题,我国和“一带一路”国家尤为突出。与雨水和海水相比,污水水量稳定、水质可控、就地可取,已成为国际公认的“城镇第二水源”,其再生利用技术和经济可行,是解决缺水和水污染问题的双赢途径,已成为国家重大需求,对实现联合国可持续发展目标也具有重要意义。我国、美国、新加坡和以色列等国家将再生水利用作为重要战略,开展了卓有成效的实践。2019年,我国城镇地区再生水利用量已达到116亿m³/年,再生水利用率约为20%。从全球范围来看,预计到2022年,再生水利用量将超过500亿m³/年。


国家发展改革委等十部委联合出台的《关于推进污水资源化利用的指导意见》(2021年1月)中指出,到2025年,我国缺水城市污水再生利用率将达到25%以上,京津冀地区将达到35%以上;到2035年,形成系统、安全、环保、经济的污水资源化利用格局。根据国家《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》(2021年6月),“十四五”期间,新建、改建和扩建再生水生产能力不少于1500万m³/d。因此,“十四五”期间和未来15年,我国再生水利用将会得到更快发展。再生水厂的规划、建设、运营维护和管理具有巨大发展潜力和市场空间。


标准规范是再生水行业健康发展的重要保障。再生水厂以污水或达标排放的污水处理厂二级出水为水源,生产和供给再生水,是城镇再生水系统的关键环节。但是,不同再生水厂的水源和处理工艺差异较大,不同水质再生水适用范围及用户使用需求亦各不相同。目前再生水厂的水质管理以末端出水口典型水质指标的浓度控制为主,缺乏全流程水质风险识别与过程管控,存在水质管理方法不统一、统筹协调不足等问题。我国现有标准规范中尚无再生水厂水质管理方面的标准。为促进再生水厂安全高效生产,需要制定突出再生水特点、系统性和针对性强的再生水厂水质管理标准,以指导再生水厂水质管理,推动我国再生水行业规范化发展。


02

标准的主要内容

《水回用导则 再生水厂水质管理》于2018年申请立项,由全国节水标准化技术委员会(SAC/TC442)和全国环保产业标准化技术委员会(SAC/TC275)共同提出并归口,由清华大学等单位起草。该标准规定了再生水厂水质管理的相关术语和定义、目标、措施、检测监控与报告及制度,适用于再生水厂的水质管理。在以下几个方面具有创新性:

  • 从水质管理目标、水质管理措施、水质监控与报告和水质管理制度等方面规范了再生水厂水质管理内容和要求。

  • 明确了再生水水质管理的范畴,首次将风险分析与关键控制点(HACCP)体系引入我国再生水厂水质管理。提出了基于HACCP体系的再生水厂水质管理措施,包括风险识别方法、关键控制点设置和管控要求、水质异常应对措施、应急管理措施等内容。

  • 提出了再生水厂水质监控与报告要求,明确了水质监控内容与要求、数据质量保障方法和水质报告制度。


03

水质管理目标

再生水系统是一个复杂的非传统供水工程,既具有污水处理系统的特征,又具有供水系统的特征。再生水系统构成复杂,包括水源、处理、储存输配、用户端利用等环节(图1)。再生水厂在再生水系统中起着重要作用,其以污水或达标排放的污水处理厂二级出水为水源,生产和供给再生水。再生水厂通常包括进水口、处理、储存、出水口等单元,再生水厂水质管理目标应包括处理单元出水水质、厂内储存单元水质、再生水厂出水水质和用户端水质等关键环节。再生水厂水质管理是以水质保障、控制和改进为目的,对再生水厂处理工艺各关键环节根据水质要求实施管理的过程。



图1 再生水系统基本构成和流程


具体而言,针对某一处理单元,再生水厂应根据其后续处理单元的进水水质要求,确定其管理目标,以保证后续处理单元的稳定高效运行。例如,若采用反渗透处理单元生产A级再生水,由于反渗透膜孔径小,极易堵塞且难以清洗,需要高水平的预处理。预处理单元一般包括:混凝沉淀、介质过滤、超(微)滤等,预处理单元的水质管理目标应符合其后续反渗透单元的进水水质要求。


针对厂内储存单元,应根据再生水厂出水水质要求,确定其管理目标。针对再生水厂出水水质,应根据用户端水质要求,并考虑管网输配过程中的水质变化(例如余氯的衰减和微生物的生长等),确定其管理目标。再生水厂出水和用户端水质管控目标包括水质指标以及各指标的达标率、波动率等。水质标准中规定的常规指标主要包括pH、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总悬浮固体、浊度、余氯、营养物质浓度、电导率、病原指示微生物浓度等。


但经过深度处理后的再生水中仍含有一定量的有机物和微生物(包括病原微生物),在储存和管网输配过程中可能发生水质劣化,威胁再生水的水质安全性。因此,在满足其相关水质标准要求的基础上,还需根据再生水用途和用户要求,关注化学稳定性、生物稳定性、微量有毒有害污染物等水质安全指标。例如,再生水用于工业利用冷却水和洗涤用水时,考虑结垢、腐蚀、生物滋生等潜在风险,应重点关注NH3-N、氯离子、TDS、总硬度、SS、色度、化学稳定性等指标,循环冷却水应考虑盐度和硬度的控制。


当再生水同时用于多种用途时,水质可按最高水质标准要求确定或分质供水;也可按用水量最大用户的水质标准要求确定。个别水质要求更高的用户,可自行补充处理达到其水质要求。再生水厂水质管理目标需根据技术发展、最新研究成果、用户变化情况和用户反馈情况,及时调整和完善,包括水质指标的增减及达标率、波动率的调整等。


04

水质管理措施

风险分析与关键控制点(HACCP)是一套预防性的安全管理体系,其主要内容包括识别危害可能产生的关键控制点、建立相关指标的关键限值、建立预防或减少相应危害的控制措施和验证控制措施可以正常运行并进行记录等环节。HACCP原理基于预防性过程管理和质量保证,其强调对潜在风险及其产生的关键控制点(CCP)的识别、分析、评估和控制,从而消除或将潜在风险降低到可接受水平。


HACCP体系最早用于食品行业的安全管理,现已在美国、加拿大、瑞士、法国、德国、澳大利亚等国家的城市饮用水系统安全保障体系中得到广泛应用。国际标准化组织(ISO)颁布的《城镇集中式再生水系统管理导则》(ISO 20760-2: 2017)国际标准中,也提出了基于HACCP原理的再生水系统风险识别与水质管理体系。


《水回用导则 再生水厂水质管理》首次将HACCP体系引入再生水厂水质管理。针对再生水厂水源水质复杂多变、处理环节长等特点,为满足再生水水质安全保障需求,再生水厂应根据水源特点、处理工艺和水质管理目标,基于风险分析与关键控制点(HACCP)体系,制定再生水厂水质管理措施。水质管理措施包括风险识别、CCP设置和管理、水质异常应对措施、可持续改进、应急管理等方面,其制定流程如图2所示。再生水厂的潜在风险、CCP监控指标及水质异常应对措施示例如表1所示。当CCP的水质指标和控制参数超出目标范围时,应及时采取应对措施,使其尽快恢复正常运行状态。



图2 再生水厂HACCP水质管理措施制定流程


表1 再生水厂水质管理措施示例


注:BOD=五日生化需氧量;CODCr=化学需氧量;DO=溶解氧;FC=粪大肠菌群数;MLSS=混合液悬浮固体浓度;MLVSS=混合液挥发性悬浮固体浓度;NH3-N=氨氮;NO3-N=硝酸盐氮;ORP=氧化还原电位;SS=悬浮物;SDI=淤泥密度指数;TC=总大肠菌群数;TN=总氮;TOC=总有机碳;TP=总磷。


此外,再生水厂可能受到紧急情况、突发事件、水源干扰或中断等影响,为有效地应对突发事件或状况可能对再生水水量和水质造成的影响(例如极端气候条件、自然灾害、处理单元失效、管道错接、疾病爆发等),应建立和完善水质监测预警系统,制定水量和水质突发事件应急预案并定期进行应急演练。建立应急联络机制,提高事故响应速度和响应能力。当出现突发事件时,应根据应急预案迅速采取有效的处理措施并及时上报。


在事故处置过程中,需兼顾水质保障与水量稳定供应要求。再生水厂宜配备备用水源以应对紧急情况,保障再生水基本供水需求。例如,针对再生水工业利用,特定用户(如工业冷却用户等)应设有备用水源或应急供水方案。当再生水水源可靠性不能保证时,工业用户可设置备用水源或应急供水方案。再生水水源水质水量不稳定时,工业用户可设置再生水调节池,调节再生水水质水量。在事故发生后,需进行事故处理总结和资料积累,不断完善应急预案。


05

水质监控与报告

再生水水源水质或水量的大幅波动、病原微生物、化学污染物等有毒有害物质浓度高等因素可能对再生水厂处理工艺的高效稳定运行带来挑战。水质监控是再生水水质安全的重要保障手段,旨在按照计划开展监视和测定,以评价再生水厂运行和水质管理措施是否适当。再生水厂应根据水质管理目标及工艺运行控制要求,制定和规范水质监控内容,明确检测指标和频率、监控方法等。


再生水厂出水水质检测项目和频率除参照再生水利用水质标准外,还应参考相应的用水水质标准。例如,再生水用作农田灌溉用水时,可参考《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》(GB 20922)和《农田灌溉水质标准》(GB 5084)的要求。再生水用作工业用水时,可参考《城市污水再生利用 工业用水水质》(GB/T 19923)的要求。在此基础上,当再生水作为锅炉补给水时,还应满足《工业锅炉水质》(GB/T 1576)的要求并宜关注再生水的化学稳定性等指标。


再生水厂应根据水质监控要求,明确水质监控能力,配备相应的人员、仪器设备、设施和环境。再生水厂可与具备检测资质的机构共同承担水质检验工作。对于部分检测频率较低、所需仪器昂贵、检测成本较高的水质指标,可委托具有相关资质的单位进行检测。再生水厂需根据国家、行业等相关规定,对水质检测结果进行校准,并实施内部和外部质量检验与控制,以保证数据质量。


再生水厂应建立水质结果分析、报送与发布制度,定期出具水质检测报告,向上级主管部门报送,并向社会公告;对破损的资料及时修补、复制或做其他技术处理。


06

水质管理制度

再生水厂应根据水质管理目标、相关行政主管监管部门和国家相关标准要求,制定系统、完善和规范的水质管理制度。水质管理制度包括水质管理岗位责任、档案资料管理办法等。水质管理制度需向上级主管部门备案,并向再生水用户和公众公告。


再生水厂应设置水质管理人员(机构)和水质检测人员(机构),建立完善的水质管理责任体系,明确岗位职责。水质管理人员(机构)负责制定水质管理工作计划、落实工作安排、水质结果分析、报送与发布等任务。水质管理人员在上岗前,需接受专业职业技能培训,掌握处理工艺和设施、设备的运行和维护基本要求,严格按照安全操作规程进行操作,熟悉水质指标及技术指标检测监控和数据处理。水质检测人员(机构)负责水质的检测和数据质量保障。水质检测人员需经过水质检验、测试专业技术培训合格后上岗,获得相应的操作技能等级资格证书。


再生水厂应建立健全水质档案管理制度,完善水质检测和监控原始记录、汇总表、检测报告、统计表等各类档案资料的管理。水质管理中的所有程序和过程需进行全面准确的记录、备份和归档。保证取样记录、化验记录、数据分析报告及相关的水质管理资料的准确完整、字迹清晰、真实有效。记录、备份和归档材料需做到妥善保管、存放有序、查找方便;装订材料需符合存放要求,达到“实用、整洁、美观”。


07

结语

再生水利用既可提高城市水资源供给能力、缓解供需矛盾,又可减少水污染,保障水生态安全,是推进我国水资源循环利用和生态文明建设的重要措施。我国再生水利用起步较晚,目前城镇再生水利用率仍然较低,进一步规范再生水厂水质管理、拓展再生水利用空间和途径将为我国城镇污水资源化利用发展提供有力支撑。


《水回用导则》系列国家标准旨在从再生水分级、评价和管理等角度为再生水行业开展项目规划、设计、运营、评价和管理等工作提供专业指导意见和规范。《水回用导则 再生水厂水质管理》国家标准是其中之一,为首次发布,其规定了再生水厂水质管理的相关术语和定义、目标、措施、检测监控与报告及制度,对于保障再生水的安全高效利用具有重要意义。今后需进一步做好该标准的宣贯工作,加强实施和监督管理,充分发挥国家标准的规范和引领作用。


转自《给水排水》