再生水地下安全储存的水质调控原理

This project in view of huge potential of resource space in our country, aiming at controlling the security of municipal reclaimed water quality in the underground storage process, the project of using municipal reclaimed water as the object is proposed. The kinetics of reclaimed water processes during the underground storage process, the response of vadose zone changes with water quality and the feedback mechanisms of vadose zone-aquifer stability in structure of the recharge mode of surface filtration, artificial rapid infiltration, well irrigation are studied. The influence of groundwater quality affected by reclaimed water storage process, and its response mechanisms are clarified. To protect the underground water quality, we determine the characteristics of reclaimed water quality based on different groundwater function zoning by studying the mixing ratio of reclaimed water and natural groundwater and the law of pollutants static decay. On this basis, we will use ultrafiltration as the key technique, enhanced coagulation, activated carbon adsorption, advanced oxidation, ozone disinfection process as the main line for the reclaimed water treatment technology, then evaluate the removal efficiency of inorganic salts, dissolved organic matter, microorganisms, disinfection byproduct precursors in reclaimed water for individual parameter and comprehensive parameters during these processes; The disinfection byproduct formation potential under different disinfection conditions is also evaluated; The parameters of each processing unit are optimized; The independent and collaborative decontamination mechanisms of each processing unit are illustrated. The integrated control principles for underground storage of reclaimed water based on underground water quality are proposed, providing a scientific basis for large-scale use of municipal reclaimed water in our country.

本项目针对我国巨大的再生水资源空间，以城市再生水地下储存为对象，以保障再生水地下储存过程中的水质安全为目标。研究地表渗滤、人工快渗、井灌等回灌方式下，再生水地下储存动力学过程、包气带变化对水质响应、包气带-含水层结构稳定的反馈机制；阐明再生水地下储存对地下水水质影响及其响应机制；通过对再生水与天然地下水混合比例、污染物静态衰减规律等研究，以保护地下水水质为目的，确定基于不同地下水功能区划的再生水水质特性。在此基础上，采用以超滤为核心，强化混凝、活性炭吸附、高级氧化、臭氧消毒工艺为主线的再生水处理技术，分析评价各处理单元对再生水中无机盐、溶解性有机物、微生物、消毒副产物前体物等的单项参数与综合参数去除作用；评价不同消毒条件下消毒副产物生成潜能；优化各处理单元参数；阐明各单元独立及协同去污机制；提出基于地下水水质安全的再生水地下储存综合调控原理，为我国城市再生水的大规模利用提供科学依据。

本项目针对我国巨大的再生水资源空间，以城市再生水地下储存为对象，以保障再生水地下储存过程中的水质安全为目标，基于野外回灌区水文地质背景的概念模型、室内模拟实验物理模型、耦合过程的数学模型，围绕“典型城市二级出水及再生水的水质特征解析”→“再生水地下储存过程中的堵塞和渗流效率变化机制”→“再生水地下储存过程中典型污染物的迁移扩散（水质变化机理）”→“实际野外场地再生水地下回灌示例研究”→“再生水深度处理工艺技术研究”这一主线开展五项相应内容的研究工作。重要研究结果包括：（1）通过系统地采样分析，以污水厂二级出水及混凝沉淀过滤后的二级出水为出发点（再生水源水），筛选出再生水回灌可能引起高风险水质指标；（2）系统研究了再生水回灌过程中的物理、化学及生物堵塞机制，特别揭示了再生水中悬浮颗粒物独特的堵塞模式、依托实际场地水文地球化学演化导致的化学沉淀堵塞、残余混凝剂堵塞及生物膜堵塞，实现了从堵塞微观机理到模型预测的全体系研究；（3）基于（1）的认识，系统研究了包气带渗流过程中典型污染物在水-土界面上的环境行为，包括溶解性有机物、重金属、悬浮胶态物质、抗生素、药物及个人护理品等多类物质的吸附、对流、弥散特性，揭示了再生水回灌过程中污染物的迁移扩散机制，提出了这些污染物迁移沉积的影响因素及其机理；（4）依托我国北方某再生水回灌区，探明了回灌区的地质与水文地质条件，在率定工程运行参数的背景下，通过大量的野外调研、勘察采样、测试分析，揭示了回灌工程运行过程中入渗量变化、入渗水质与储水区水质及区域地下水水质之间的相互关联，判明了再生水回灌对地下水质的影响；（5）针对COD、氮（硝酸盐）、雌激素、三氯生、磷等典型污染物，研发了高效降解有机废水及硝酸盐污染水的光催化技术，实验室成功制备出松针炭、磁性氧化石墨烯、磁性多孔石墨烯等吸附剂。松针炭、磁性氧化石墨烯的联合使用实现了再生水中雌激素及磷的同时高效去除；采用磁性多孔石墨烯与臭氧联合技术实现了对再生水中三氯生的快速完全去除；采用UV/Cl高级氧化技术在有效控制再生水中10种微量有机物的同时降低消毒副产物产生。