通过可靠的有机物监测来实现饮用水再利用

小苗芽

回收与再利用水能够提高运营效率、节约成本，但目前企业和城市只是偶尔实施水的再利用。气候变化、城市化加剧、人口增长等因素要求发展水的再利用技术、发掘更多更安全的可用水源。为此，监管机构致力于提高批量水处理的可靠性、制定充分的分析标准来确保安全运营。有机物监测就是满足高水质要求、保障公众健康、保证污染物去除的最优处理效率的重要部分。

挑战

间接饮水用再利用（IPR，Indirect Potable Reuse）事业发展迅猛，各种项目遍布美国和世界各地。但水资源的日益短缺迫使研究和监管机构制定直接饮用水再利用（DPR，Direct Potable Reuse）的规则框架。在回收水时，水处理厂将污水处理和饮用水处理结合起来，设置多道安全屏障，以保障公众健康。这些工作包括：

降低生物需氧量（BOD）

控制养分

去除病菌/病毒

确保正确的消毒

控制味道/气味

消除微量有机污染物

正确的消毒要求在杀灭活性病菌/病毒和产生致癌消毒副产物（DBP，Disinfection Byproduct）之间取得合理平衡。致癌消毒副产物产生于消毒剂和天然有机物（NOM，Natural Organic Matter）的反应。为了进行监测和平衡，处理厂必须更好地了解各个回收阶段的进、出水水质和工艺水水质。总有机碳（TOC）分析是确定水质的可靠方法。同其它标准（详见表1）相比，TOC测量具有诸多优点。TOC包括NOM、味道和气味化合物、微生物和细菌、微量有机污染物、有机工业废水等。

表1：TOC与其他可替代参数的比较

解决方案

TOC监测可以改善污水处理工艺，提高目标污染物的去除效率。TOC监测的优势在于：

控制污水处理工艺

根据实际数据作出决策

维护系统的整体健康

使出水水质达到要求

在设计水再利用处理系统时，关键在于找出关键控制点（CCP，Critical Control Point） 和质量控制点（QCP，Quality Control Point），才能监视系统性能、确保工艺水质。除了监测水源变化和最终出水水质之外，表2还列出了得益于有机物监测的水处理工艺应用实例。

表2：有机物监测解决方案

实例

加州地下水回灌的回收水量（RWC，Recycled Water Contribution）由TOC量来决定，加州用TOC量作为替代参数，表征未被规定的有机污染物的量。美国其他州也将TOC标准，作为回灌水法规标准，如表3所列。

表3：各州的回灌与回收水的TOC 水平

回收水处理厂以TOC监测为分析手段，用于改进工艺控制、满足补充水规则、改善处理工艺，如表4所列。

表4：回收处理和TOC 监测实例

BAC-Biological Activated Carbon，生物活性炭过滤；GAC-Granulated Activated Carbon，颗粒活性炭；GMF-Granular Media Filtration，颗粒介质过滤；MF-Microfiltration，微过滤；O3-Ozone，臭氧；RO-Reverse Osmosis，反渗透；UF-Ultrafiltration，超滤；UV AOP-Ultraviolet Disinfection Advanced Oxidation，紫外线消毒高级氧化

在为回灌地下水提供可靠的高品质再生水方面，以及在防止海水浸入地下水方面，奥兰治县水区（OCWD）是领先者。从二级污水到MF、RO、UV高级氧化，OCWD的处理工艺生产了满足或超过再生水标准以及州、联邦饮用水标准的高质水。OCWD采用TOC分析来测试膜完整性、监测去除效率、防止膜污染。对MF、UF、RO进行不当的预处理，都可能导致高昂的能源成本和昂贵的清洁费用，并可能被迫更换膜。了解有关膜过滤前后的TOC浓度，有助于帮助优化有机物去除效率，以及监控入厂水质的变化。

总结

监测TOC，能使操作人员根据实际数据作出实时决策以优化工艺，还能使处理厂监控整个处理系统的功效，并达到出水质量目标。对再生水的日益增长的需求，以及新兴的污水处理技术，推动着直接饮用水再利用（DPR）的架构发展。该架构将依赖于TOC分析等可靠的实时监控，以保障公众健康、确保高效运行。