污水处理厂中水回用于景观用水的安全性分析

污水处理厂中水回用于景观用水的安全性分析

回收水可以缓解中国目前水资源短缺的情况。与其他水资源开发相比，回收水具有经济优势，在我国北方干旱地区得到广泛应用。城市景观用水主要分为两类：娱乐景观用水（如游泳和滑冰）和装饰性景观水（如喷泉、瀑布和水池）。第一个属于身体接触面积，第二个属于无身体接触面积。在回收过程中，细菌和其他致病性微生物（如细菌和病毒）会影响人体的健康和环境，尤其是接触身体的反向水，这会对人体的健康和环境产生重大影响。因此，有必要评估回收水的健康风险，确保人体的健康安全。目前,普遍采用风险分析方法来评价中水回用过程中对人体健康和环境的影响.风险分析的特点是以“风险度”作为评价指标,把环境污染与人体健康联系起来,定量描述污染物对人体健康和环境影响的风险关系.大肠菌群在温血动物的肠道中大量存在,在水中存活时间和对氯的抵抗力等与致病菌(如沙门氏菌、志贺氏菌)相似,可以间接反映水中病原微生物的残余量以及判断水中的卫生学质量.本文以呼和浩特市某污水处理厂排放的中水为研究对象,采用细菌检验与数学分析相结合的方法,分析中水回用于城市景观用水中大肠菌群的密度分布以及大肠菌群对人体健康造成的风险性;选择合适的杀菌剂对水样中大肠菌群进行杀菌实验,根据风险表征商值法计算杀菌前后水中大肠菌群符合标准的安全保障率,以及对环境和人体健康造成的风险.1实验方法不同呼和浩特市某污水处理厂总处理规模为10万m3/d,进水主要是生活污水,主导工艺采用传统表面曝气生物活性污泥法加二沉池沉淀法.实验中取二级处理出水,采用多管发酵法对大肠菌群进行培养与检验.首先分析水中大肠菌群的分布密度,然后采用异噻唑啉酮杀菌剂对大肠菌群进行杀菌处理,分析大肠菌群对人体健康造成的风险,最后对杀菌前后中水的风险性进行对比和分析.2肠菌群密度分布规律2.1异噻唑啉酮对ml水中大肠菌群的影响大肠菌群浓度是指每升水样中所含有的大肠菌群的总数目.实验中采用多管发酵MPN法,检测每100mL水中大肠菌群的个数,进而检测出每升水中的大肠菌群.选用浓度为3mL/L的液体异噻唑啉酮杀菌8h,检测每升水中的大肠菌群.未经杀菌处理和杀菌处理后水中总大肠菌群数结果见图1.结果表明,经异噻唑啉酮杀菌后大肠菌群减少103～104数量级,去除率为99.9%～99.99%.2.2样本数据检验Q-Q(Quantile-QuantilePlots)图是按照升序重新排列原始数据的样本点和标准正态分布位点绘制的散点图.利用Q-Q图判别样本数据是否近似为正态分布,只需检验Q-Q图上的点是否大致成一条直线即可.检测结果分析采用柯尔莫哥洛夫(Kolmogorov)和斯米尔诺夫(Smirnov)非参数假设检验(K-S检验)方法.由图2和图3可以看出,中水杀菌前后的大肠菌群浓度分布密度散点图均近似于直线,在显著性水平α=0.05下,大肠菌群密度分布符合对数正态分布,与JuanM的研究结果相同.检验结果见表1.3大肠菌群浓度水中大肠菌群的浓度值随时间变化并符合一定概率分布,可以看做一个变量,用概率分析方法对风险发生的概率进行定量评价.为此,定义水中大肠菌群指标的风险值为大肠菌群指标超过国家标准限制值的累积概率值,即采用计算累积概率的方法来分析表征中水回用于景观用水时所产生的风险度.目前我国《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921-2002)标准规定,城市中水回用于观赏性景观用水(河道、湖泊类)时大肠菌群浓度不得大于10000个/L,回用于观赏性景观用水(水景类)时大肠菌群浓度不得大于2000个/L;回用于娱乐性景观用水(河道、湖泊类)时大肠菌群浓度不大于500个/L,回用于娱乐性景观用水(水景类)不得检出.由于水中大肠菌群浓度服从对数均值和标准差为(μ,σ)的对数正态分布,因此水中大肠菌群浓度服从对数正态分布,大肠菌群浓度c的概率分布密度f(c)和分布函数F(c)可表示为f(c)=1cσ√2πexpf(c)=1cσ2π√exp-(lnc-μ)22σ2−(lnc−μ)22σ2,c>0,(1)F(c)=φlnc-μσlnc−μσ,(2)其中φ为标准正态函数.大肠菌群人体健康产生的风险为R=R(c>c0),(3)处理水中大肠菌群符合标准的保证率为P=1-R(c>c0)=1-∫CC0CC0f(c),(4)其中μ为lnc的均值,σ为标准差.3.1考虑到景观用水的健康风险分析3.1.1水中大肠菌群累积概率二级处理出水回用于城市观赏性景观用水时,水中大肠菌群浓度的累积概率值可由(4)式查标准正态函数分布表计算得出.杀菌处理前后水中大肠菌群累积概率结果见表2.3.1.2杀菌前后大肠菌群的累积概率设在安全保障条件下,大肠菌群数安全浓度值为c0,当回用于河道和湖泊类景观用水时c0=10000个/L,取对数得lnc0=ln10000=9.2.回用水中大肠菌群浓度不超过国家标准限制值的累积概率如图4所示,图中大肠菌群浓度对数值(lnc)为横坐标,大肠菌群数累积概率为纵坐标.从图4可以看出,杀菌前大肠菌群的累积概率曲线与lnc0不相交,即当污水处理厂未经杀菌处理的中水回用于各类景观用水时,其风险值为100%,即安全保障率为0.因此,未经杀菌处理的中水不能直接回用于各类景观用水.中水经异噻唑啉酮杀菌处理后,回用于湖泊类观赏性景观用水时其安全保证率为89.07%,风险值为10.93%,对人体健康风险较小.当中水回用于观赏性景观用水(水景类)时其安全浓度值c0=2000个/L,取对数得lnc0=ln2000=7.6.回用水中大肠菌群浓度不超过国家标准限制值的累积概率如图5所示.从图5可以看出,杀菌前大肠菌群的累积概率曲线与lnc0不相交,其风险值为100%,安全保障率为0,杀菌后安全保证率仅为16.11%,风险值为83.89%.中水杀菌后健康风险值仍然较高,不宜回用于水景类观赏性景观用水.3.2微生物指标检验中水回用于娱乐性景观用水(河道湖泊类)时,取安全保障浓度c0=500个/L,对数得lnc0=ln500=6.2.回用水中大肠菌群浓度不超过国家标准限制值的累积概率如图6所示.从图6可以看出,杀菌前后大肠菌群的累积概率曲线与lnc0均没有交点,未经杀菌处理的中水回用于娱乐性环境用水(河道湖泊类)时,其风险值为100%,安全保障率为0,所以不能直接回用于娱乐性景观用水(河道湖泊类).由于回用于娱乐性景观用水(水景类)不得检出大肠菌群数,但杀菌前后水样中都含有大肠菌群,所以不宜回用于娱乐性景观用水(水景类).4杀菌前后大肠菌群的变化根据我国制定的中水回用于景观水体的水质标准,以污水处理厂二级出水中的大肠菌群为对象,分别进行了杀菌前后的健康风险分析.(1)对杀菌前后中水中的大肠菌群进行了检测分析,并对其服从的分布规律进行了Q-Q图检验,结果表明,污水处理厂杀菌前后的大肠菌群可用对数正态分布进行定量描述.(2)未经杀菌处理的中水无论是回用于观赏性景观用水还是回用于娱乐性景观用水,其安全保障率均为0,风险度为100%,不能直接回用.(3)用浓度为3mL/L的异噻唑啉酮持续杀菌8