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详解国标《城市污水再生利用 城市杂用水水质》
发布时间:2021-02-02   浏览:104次

国家标准《城市污水再生利用 城市杂用水水质》GB/T 18920-2020,由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会于2020年3月31日联合发布,2021年2月1日正式实施。该标准是对GB/T 18920-2002的修订。相对于原现行标准制定的时期,我国在政策和技术等两方面都有重大的变化,有必要对GB18920-2002进行修订,通过规范城市杂用水,推动污水的再生利用,实现再生水用水安全和再生水行业发展的双赢。

1 标准修订主要原则

(1)响应政策导向,促进行业进步

习近平主席就保障国家水安全问题提出了“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”和“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的发展思路。2015年4月16日,国务院发布《水污染防治行动计划》(水十条),其中规定“发展中水处理,污水回用是保护水资源的重要措施之一”,其中也列举了城市杂用水推广应用的若干用水类型。

以国家政策为导向制定城市杂用水的标准,宽严适当,有利于推动再生水行业发展和技术进步。

(2)继承与前瞻性兼顾

总结国内外的相关成果是标准修订的必要环节。

GB/T18920-2002自2002年颁布实施迄今16年,标准实施的外部环境已经发生很大的变化,我国污水处理量已经由原标准制定时的2001年的119.70亿m³/a增长到2018年的497.61亿m³/a,增长316%;当时采用的污水处理排放标准为GB 8978-1996一级标准,主要污染物指标总体略宽于现行的GB 18918-2002的一级B标准,而目前一级A标准已经成为主流,相当的省市采用了更为严格的地方标准;污水的处理工艺也已经广泛延伸到各类深度处理。对再生水的安全需求,仍将继续推动处理工艺的进步。

参考国外标准和成果,应结合其背景和应用情况。各国再生水再生水标准和相关成果根植于其历史条件、用水需求、法律法规、管理制度等而有所差异,应在考察其实际应用情况的基础上选择性吸收借鉴。

(3)明确用户定位,做用户友好的标准

标准为再生水行业服务。因此满足监管部门、建设部门、运行管理部门和杂用水的终端用户等技术关联方的共同需求,便于各方的安全应用,需求和便利,确保安全用水和再生水的推广应用。

2 城市杂用水的应用与相关标准

不同国家和地区对于污水的再生利用和排放定义、再生水的分类与统计口径、统计方法有所区别,因此其再生水使用量不能简单横向比较。

由于欧美多以法规形式规范再生水,引文层级较多,尽管对能收集到的英文版原始文本进行了解读,但难免有所疏漏。

2.1 东亚

东亚地区城市杂用水应用较多、且有相关标准的,除中国大陆以外,还包括日本、中国香港特区、新加坡。

(1)中国大陆

根据住建部统计数据,我国大陆地区城市再生水量逐年增长,2018年再生水利用量达到85.45亿m³,利用率为16.4%;从再生水利用区域分布情况来看,广东、山东、北京、江苏、河南、河北再生水利用量居前六位,占比分别为21.87%、14.35%、12.60%、10.56%、6.42%、5.69%,合计占比71.49%。

我国目前还缺少不同类别再生水用量的总体和长期统计,特别是缺少计量的销售水量统计数据。部分调研数据表明不同城市的城市杂用水比例相差悬殊,2007年北京为7%、天津主城区为65%。我国已经形成了城市污水再生利用系列国家标准,包括分类、城市杂用水水质、景观环境用水水质、工业用水水质、地下水回灌水质、农田灌溉用水水质、绿地灌溉水质等。

(2)日本

日本再生水应用较早,因1978年大旱后寻求替代水源、自1980年福冈市开始使用再生水作为冲厕用水以来,再生水主要集中于水资源短缺、较为频繁出现干旱缺水的关东临海地区(东京都、横滨市等)、西日本北九州地区(福冈市)和东海地区,截止2007年,再生水利用设施数分别为1280项、646项和273项。

根据日本国土交通省下水道部统计,2013年日本再生水总量为1.90亿m³,其中冲厕、城市绿化、道路清扫、施工用水(土壤压实和灰尘抑制)分别占4.1%、0.2%、0.05%、0.05%。2014年提供城市绿化、施工现场用水、冲厕用水、道路清扫等供水的再生水厂比率分别居于2~5位;2010年日本国土交通省对3654项设施的统计结果表明,供应冲厕、散水(对应城市绿化、道路清扫、建筑施工的灰尘抑止等用水)、消防用水的设施(可复选)比率居于再生水类别的前3,分别为79.1%、37.1%、8.6%。

东京都水道局将水的再利用分为个别循环、地区循环和广域循环等三种模式,分别指的建筑物内部处理后利用、小规模处理设施处理后利用、大规模集中处理厂处理后利用。前两种在早期也曾被称为“中水”,主要用于城市杂用水;后者也称为“再生水”,有更广泛的用途。个别循环、地区循环等两类用水计划值2013年3007万m³,2019年增长到3801万m³。根据东京都下水道局统计,“再生水”2012年3015万m³,其中城市杂用水525万m³;2019年增长到3547万m³,其中城市杂用水595万m³。

GB/T 18920-2002制定时,日本的有效标准包括国土交通厅1997年的“排水再利用及雨水利用设计基准”、厚生省1981年“暂定水质基准”、建设省住宅局1981年污水回用水质标准、建设省1981年散水用水方案,地方标准则以东京1993年标准及福冈市1979年标准为代表。

目前的有效标准主要包括国土交通省都市地域整备局下水道部、国土技政策合研究所下水道研究部2005年联合发布的《下水处理水的再生利用标准》和日本厚生劳动省发布的《建筑物环境卫生管理标准》,以及东京都2003年发布的《水的有效利用设施指南》[[viii]]等。国土交通省标准规定了冲厕、散水、修景、亲水用水等四类用水水质。厚生劳动省标准规定了散水、修景、清扫用水,以及冲厕用水等两类用水水质。东京都标准规定了冲厕和其他杂用水等两类用水水质。

(3)中国香港特区

香港是水资源匮乏的地区。

香港的海水冲厕自1950年开始得到广泛应用。根据主管部门香港水务署统计,现状年用水量约3亿m³,占总供水规模的约20%,覆盖85%的城市人口;按使用人口计,人均约46.9m³/a。

除了《海水冲厕水质标准》,为进一步节约用水,制定了再生水计划,2015年发布的《灰水回用及雨水利用技术规程》,规定了单一的建议水质标准,列举了冲厕、洗车、消防等8类用途,并规定不得用于6类用途。

3.2 指标项目

(1)基本控制指标

现行标准包括pH、色度、嗅、浊度、五日生化需氧量、氨氮 、阴离子表面活性剂、铁、锰、溶解性总固体、溶解氧、总余氯、总大肠菌群等13个指标项目。其中两个指标项目有所变化:

总余氯依GB5750-2006的规定更名为总氯;

指标项目总大肠菌群调整为大肠埃希氏菌(Escherichia coli)。城市杂用水的指示微生物常用大肠埃希氏菌、粪大肠菌、总大肠菌。经统计所参考的18项海外标准中,3项采用总大肠菌、4项采用粪大肠菌、13项采用大肠埃希氏菌(部分标准允许2种指标选择1种)。大肠埃希菌为肠埃希菌科埃希菌属的模式种,各类试验重现性高;检测快速,以多管发酵法为例,总大肠菌群在初培养(24±2h)确定为阳性时要定量需经过两个周期(18~24h、24±2h)的培养确定,大肠埃希氏菌仅需再经过一个周期(24±2h)的培养,粪大肠菌和大肠埃希氏菌培养周期相同但要同步对照试验。需要指出的是,我国现行粪大肠菌的检测方法和美国食品和药物管理局(US FDA)标准较为相似,而与欧洲规定有所差异。相对其他2种方法,选用大肠埃希氏菌有利于标准试验和降低分析工作量。

部分海外标准选用了肠球菌、病毒、线虫或线虫卵等指标,考虑到我国当前的实践情况,暂不采用。

(2)选择性控制指标

增加选择性控制指标,指标项目包括氯化物、硫酸盐。其中氯化物针对城市绿化及管道腐蚀设置,硫酸盐针对管道腐蚀问题设置。

3.3 指标值

不同标准的常规物理、化学指标,以及消毒和病原生物指标的指标项目及指标值比较分别如表2、表3所示。

表2 不同标准的物理化学指标比较

(单位: 毫克每升)

图片1图片2备注:“”表示未做要求。

表3 不同标准的消毒及病原生物指标比较

图片3图片4 

备注:消毒指标中,C为接触后总氯、以mg/L计,T为接触时间、以min计;“”表示未做要求。

(1)基本控制物理、化学指标

1)色度:由原有的一档限值30铂钴色度单位,对冲厕、洗车用水调整为15铂钴色度单位两档,提升感官接受水平。

2)浊度:浊度或悬浮物是消毒控制的重要指标。原三档限值5/10/20 NTU,其中建筑施工限值为20NTU。考虑到一般浊度(NTU):悬浮物(mg/L)比值1:1.5~2.0,一级A和一级B的SS限值分别为10/20mg/L,大致对应5/10 NTU;参考标准浊度多为5~10NTU、悬浮物多为5~30mg/L。保留20NTU的限制既无必要也不适当,故调整为10NTU。

3) 五日生化需氧量(BOD5)中原有的城市绿化、道路清扫、消防、建筑施工限值为15mg/L、20mg/L。处理排放标准一级A为10mg/L,运行良好的二级处理也能达到;参考标准多为5~30mg/L。故将原标准中的3档限值缩减为1档限值10mg/L。

4) 氨氮指标限值原有的10/20mg/L两档,考虑到处理率的提升,以及与处理排放标准一级A/B的协调,相应指标分别从严调整为5/8mg/L两档。

5) 阴离子表面活性剂指标限值原有的0.5/1.0 mg/L两档调整为0.5 mg/L一档,与处理排放标准一级A的0.5mg/L一致。

6) 溶解性总固体原有的按不同用水类别分3档1000/2000/不设限调整为按区域1档,按地域分设限值1000/2000mg/L。考虑到溶解性固体主要受不同低于水源的影响,在大多数地区,原水中的溶解性总固体含量较低,再生水不经特别处理可达到1000mg/L以内;对于原水中溶解性固体含量较高的地区,居民已经适应此种用水用于清洁洗车、城市绿化所用植物也是适应的,因此适当放宽;对于建筑施工用水,包括两类场所应用,一类建筑施工现场,另一类是集中的商品混凝土用水,一般和街道冲洗等共同使用,用水点变化较大或用水量较小,难以独立接管和单设处理系统,因此和街道冲洗等用水统一指标。

7)溶解氧指标限值,原为不低于1mg/L,因该限制在生物处理中属于“缺氧段”控制值,容易产生歧义,兼顾可达性和避免受众歧义,提高到不低于2mg/L。

(2)消毒及病原生物指标

1)总氯:与检测标准协调,由“总余氯”更名为“总氯”。其中城市绿化用水,考虑植物对氯的耐受能力,参考国内相关研究成果,以及新加坡标准、美国NSF/ANSI标准,增加上限值2.5mg/L。

2)大肠埃希氏菌:大肠埃希氏菌或粪大肠菌是17项标准中,采用最多的2项病原生物控制指标,两者具有一定的关联。其中9项标准规定不得检出或超过半数以上水样不得检出。原标准的限值为总大肠菌群不超过3个/L,与此宽严大致相当。原标准延用已久,未见不适当的报导,故不放松。考虑到与新检测方法的协调,调整为不得检出(以/100mL计)。

(3)选择性控制指标

1)氯化物

该限值主要针对高盐度地区采用杂用水作为城市绿化大比例或主要用水的情形,对管道腐蚀性的影响也是考量因素之一。

我国现行的《城市污水再生利用 绿地灌溉水质》GB/T 25499-2010和《城市污水再生利用 工业用水水质》GB/T 19923-2005规定的氯化物限值为250mg/L,而当前《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006规定的氯化物的限值为250mg/L,《污水排入城镇下水道水质标准》GB/T 31962-2015规定为500-800mg/L。如再生水套用饮用水标准的同等限值,那么从饮用水使用到产污过程中,有水量上的浓缩、氯化物物质的添加,以及处理过程中的药剂投加等,势必造成沿海或其他高氯地区,大量常规的生活污水处理后无法达标的情形,因此应从使用用途的角度确定限值。

美国环保署指南把氯化物含量70 - 355mg/L和溶解性总固体含量450-2000mg/L列为对绿化作物产生轻度-中度影响的区间;澳大利亚指南根据作物的耐受程度取值,其中175~350mg/L对应中度敏感植物;欧洲再生水指南限值250mg/L,未说明原因。可见氯离子的设置应依据作物的耐受程度而定,而在沿海或其他高氯离子地区,为节约用水,城市绿化的作物已经选用并宜选用具一定的氯离子耐受能力的景观植物。因此确定氯离子限值为350mg/L。在高氯离子区域,管道及设备应考虑一定的耐腐蚀能力。

因氯离子和溶解性总固体具有一定的相关性,在溶解性总固体已经列入指标的情况下,并非所有地区氯离子会超标,因此把氯化物作为选择性控制指标。

2)硫酸盐

《城市污水再生利用 工业用水水质》规定硫酸盐限值为250mg/L(直流冷却水为600mg/L)。《污水排入城镇下水道水质标准》规定为400-600mg/L。

《生活饮用水卫生标准》规定的限值为250mg/L,该限值主要基于感官因素。欧洲再生水指南中规定硫酸盐限值为500mg/L,应为基于管道腐蚀因素。

再生水的接触远远低于饮用水,因此腐蚀控制应为决定因素。故设定硫酸盐限值500mg/L。

4 水质监测与标识

关于采样检测频率,标准修订中,将原有的4种频率调整为2种,以便于管理。

新标准关于标识的规定,在衔接《城市污水处理厂管道和设备色标》CJ/T 158的基础上,进行了大幅度细化和强化。遗憾的是,国内关于再生水的标识标准在制定的事件和实施力度上有所滞后,如果我们的“天酞蓝管”如美国的“紫管”一样推行,并执行了“再生水管道不得与饮用水管道、设施直接连接”的规定,就有可能避免曾发生的一些误接误用事件,不至于对行业造成不良风评。

5 与国外相关标准比较

在标准的修编过程中,参考了19项海外再生水水质标准。其中基本控制指标参考了17项标准、选择性控制指标参考了3项指标(1项重复)。

这些标准中,16项为单一国家或地区(州)标准,其中美国各州、欧盟的西班牙、塞浦路斯、澳大利亚的维多利亚州等9项标准均以法规的形式呈现,而亚洲的中国、中国香港特区、日本、新加坡等则以单行的“标准”形式发布。16项标准中大多除水质指标外还包含具体的实施和监管要求,具有很强的实操性。

参考的海外标准中,还有3项为联邦或邦联标准。其中欧盟、澳大利亚标准受水的立法权问题归属问题影响。而美国环保署指南在1992年版编制中就明确是其首要目标是为没有相关标准的州的项目及标准制订,提供标准文件及支持信息,获得广泛应用,后续还形成了2004年、2012年等两个版本更新。

相比较而言,我国的再生水国家标准除《城市污水再生利用 分类》GB/T 18919外计6项国家标准,仅《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》GB 20922等1项为强制性国标,其余5项需要通过行政法规引用生效或自愿采用。其中《城市污水再生利用 城市杂用水水质》、《城市污水再生利用 景观环境用水水质》、《城市污水再生利用 工业用水水质》等部分用水类别已为“水十条”引用。某种程度上,除农田灌溉用水水质标准外,我国的再生水水质标准,在执行层面上强于上述的联邦或邦联的3项标准,而弱于法规形式的8项标准。参考美国环保署和各州的标准实施方式,通过地方的法规条例、相关规划等政策文件或地方标准的形式,发挥再生水生产和使用者的积极性,会更有助于我国水资源的有效利用、减少污染排放。

从水质指标的宽严论,修订的城市杂用水标准与海外标准大体在同一水平线上,而消毒和病原生物指标总体在较为严格的行列,这可能是在疫情中获得批准而没有延迟的原因之一。除我国常用的总大肠菌群、大肠埃希氏菌、粪大肠菌和耐热大肠菌外,病原生物指标尚有病毒类指标(肠道病毒、特异性噬菌体MS2或脊髓灰质炎病毒等)、动物类指标(贾第鞭毛虫和隐孢子虫、肠线虫及线虫卵等)、其他细菌类指标(肠球菌、军团菌等),为部分国家或地区采用。

6 结语与展望

(1)选取了19项代表性海外标准作为城市杂用水水质标准修订的参考,并调研了相关背景、再生水特别是城市杂用水的应用类型、用水量、水质类别、指标项目及指标值等情况,并结合我国的实践情况,对城市杂用水水质标准进行修订,能充分反映国际国内的应用实践和需求。

(2)修订将原4项水质类别精简为2类,水质指标中总大肠菌群调整为大肠埃希氏菌,指标限值也相应调整,相关指标总体上与发达国家在同一水平线,而消毒和病原生物指标处于较为严格的行列;并强化了标识、精简了采样监测频率的种类。修订后的标准可操作性更强。

(3)文献调研表明,再生水应用情况较好的国家和地区,绝大部分城市杂用水获得较为广泛的应用,可达到人均5~30m3/a以上。对于城市杂用水,数量最大的消费者监督并有意愿以付费的形式定量使用再生水服务,可以充分反映再生水的质量和接受程度,这是其他类别的再生水所不具备的特点。城市杂用水中以冲厕和城市绿化应用最为广泛。

我国是世界上水资源短缺的国家之一,在城市水资源紧缺的条件下,对城市污水再生利用是扩大可用水资源以及减少向环境排放污染物总量的有效途径。通过标准的修订,推动城市杂用水的安全应用和健康发展,具有重要的意义。