实践再生水回用于间接饮用的典范——美国UOSA（Upper Occoquan Service Authority）再生水厂。
这座水厂的旁边坐落着一个水库（Occoquan），UOSA水厂的再生水将作为补充量流入水库，总量占水库入流的8%。
既然是用作饮用水的补给，UOSA水厂的出水水质也是相当过硬的，下面我就来为大家说说这座污水厂是如何工作的。
文章将围绕3个问题展开：
1.为什么要建这样一座污水厂？
2.污水厂是如何工作的？
3.出水效果如何？能否直接饮用？
UOSA再生水厂全貌
01
为什么要建这样一座污水厂？
想知道UOSA再生水厂建立的原因，我们必须先了解水厂旁边的那座Occoquan水库。
Occoquan水库是一个4200万平方米的水库，是北弗吉尼亚州的主要饮用水供应，是周围超过130万人的主要供水源。
所以，UOSA的建立就与这座水库的状况息息相关，主要原因有两点：水库污染和水库蓄水能力不足。
UOSA再生水厂卫星图
1. 水库污染严重
在1960年代，由于Occoquan水库接收了流域近十个污水处理厂排放的处理后废水。废水中高含量的氮和磷使蓝细菌（蓝藻）过度生长。随着大量蓝藻的腐烂，水中的氧气含量几乎降到了零，并且在夏末时水库几乎发臭。
当地政府想将污水从水库中转移出去，泵送排入波托马克河中，但这样做的成本太高，也不能彻底解决问题。
于是在1978年，UOSA成立了，并建造一个先进的废水处理厂，去除废水中的污染物，并排放干净的水。
UOSA将高度硝化的再生水排入Bull Run（该水库的主要支流）。必要时，可通过在储液罐表面施用硫酸铜来抑制过量的蓝细菌。
同时，将旧的废水处理厂关闭，使Occoquan水库再次成为一个有吸引力的人工湖。
2. 水库的流量补给
前面我们就说过了，经过UOSA水厂处理的水可为流入Occoquan水库，每年大约能提供20％的水量，该水可提供至费尔法克斯饮用水处理厂处理为饮用水。
在干旱期间，水厂可能会短暂提供多达90％的水库入水量。
下图为Occoquan水库中饮用水和废水处理厂之间的再循环过程，整个过程在UOSA污水厂→Occoquan水库→费尔法克斯饮用水处理厂中完成并不断循环。
饮用水-废水循环过程
UOSA再生水厂的排放管位于Occoquan水库的上游，因此Bull Run和水库中的大部分水都是循环污水。
Bull Run向下流入Occoquan水库，水从Occoquan水库中抽出，在费尔法克斯饮用水处理厂处理后达到饮用水标准，然后通过管道输送给周围居民。
02
污水厂是如何工作的？
在了解了UOSA建立的原因后， 我们知道处理后的污水是要直接排入饮用水源的，但是污水中的高浓度和复杂的污染物存在着很多潜在风险。
如果没有经严格处理，水中的有毒有害污染物、重金属和病源微生物很可能污染饮用水源，并通过摄入途径进入人体，从而引发潜在健康风险。
因此，对间接补充饮用水的水质要求很高。下面，我们就来看看这座水厂到底是如何处理污水的呢？
目前，UOSA的处理量为20.5万吨/日，处理过程包括常规处理和高级处理过程：脱氮除磷的二级处理，石灰沉淀，中间沉降的两阶段再碳化，重力过滤，颗粒活性炭吸附，离子交换，加氯消毒和脱氯，下图为污水厂处理总流程。
UOSA再生水厂处理流程
1. 常规处理
通过常规处理可去除废水中90％以上的污染物，并为后续的高级处理过程提供高处理水。
常规处理流程
处理过程包括：格栅（滤去大直径颗粒物），沉砂池（重的固体颗粒物沉到底部），生物反应池（利用微生物去除污染物）和二沉池（泥水分离）。
二级处理设施
沉淀池
2. 化学高级处理
UOSA使用石灰工艺将磷降至0.10 mg/L以下。
该过程还可以去除污水中的病毒，捕获有机物并进行二次处理，沉淀出重金属。
化学处理流程
在过程中，首先在快速混合池将石灰与污水混合，形成石灰浆（pH控制到11），送至沉淀池加絮凝剂沉淀。
接着，污水进入两阶段的再碳化处理过程，第一阶段的再碳酸化将pH降低到10，第二阶段的pH降低到7。两个阶段都使用从蒸汽炉，碳再生炉和制粒机的废气中引入二氧化碳。
在第一阶段和第二阶段之间设置再碳化沉淀池，以收集沉淀的碳酸钙。
控制系统
化学池污泥和再碳化污泥进入重力浓缩装置，排出的浓缩液经板框压滤机压滤为脱水污泥进行填埋处理。
3. 物理高级处理
UOSA许可证要求TSS低于1 mg/L，COD低于10 mg/L。为了满足这些严格要求，UOSA采用了两套工艺流程，一套采用重力过滤（沙子和其他介质），另一套采用加压过滤。
物理处理流程
活性炭用于吸附水中残留的有机物，使用完的活性炭通过多炉膛炉进行现场再生。
UOSA采用新型多炉膛碳再生炉，每天可生产5.5吨再生碳。
碳再生炉
4. 消毒
污水处理的最后一步是使用漂白剂消毒。UOSA使用次氯酸钠和亚硫酸氢钠，并根据需要进行断点氯化。
消毒处理流程
5. 污泥处理
沉淀池污泥经过过滤，消化，脱水和干燥后，生产为肥料颗粒。
污泥处理流程
旋转鼓式干燥机
热电联产
03
出水效果如何？能否直接饮用？
在了解了UOSA的处理过程后，我们不难发现该工厂为了使出水达标可以说是费尽心机，又加药又加压，烧钱来达标。
所以，它到底要达到一个什么样的标准呢？我们来看一下下面的表（UOSA排放许可证）。
UOSA许可证限制
COD 10mg/L，TP0.1mg/L，TKN 1mg/L，看到这标准水友们是不是头皮都发麻？我猜UOSA的工作人员肯定也每天都活在出水超标的恐惧中，最后只好苦逼的烧钱达标。
不过想想，也是可以理解的。污水中的污染物不仅含量高、种类复杂，还可能存在许多潜在的风险因子，若不经严格处理，水中的有毒有害污染物、重金属和病源微生物很可能污染饮用水，并通过摄入途径进入人体，从而引发潜在健康风险。
因此，对间接补充饮用水的水质要求高也不奇怪了。
那说到这里，UOSA再生水厂的处理效果到底如何呢？我们再接着看一下下面的表。
UOSA再生水厂处理效果
COD 7 mg/L，TP 0.08 mg/L，TN 12.85 mg/L，TKN 0.44 mg/L，氨氮 0.02 mg/L，看着他们的数据，我不禁由衷的感叹了一句：真有钱啊……（虽然总氮含量不算太低，但我查了查国内的饮用水水质标准，也没有规定总氮这一项，如果有所规定的话，我想他们应该也是能做到的，毕竟不远处的蓝色平原总氮出水就能达到3 mg/L。）
根据不同国家和地区再生水间接补充饮用水的水质标准：色度、臭味和浊度等与感官效果是评价水质的直观水质指标，也是再生水补充饮用水的必要指标。
再生水补充地表水水源时，需要控制和去除氮磷等营养元素，防止水源地富营养化等问题。
补充地下水水源时，需要控制氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等含氨化合物，从而防止硝酸盐在人体唾液和肠胃道内经微生物作用后被还原成有毒的亚硝酸盐，危害人体健康。
再生水中病原微生物、有毒有害有机物、重金属的控制也是保证补充饮用水安全的重要环节。
除了常见的水质指标，新兴污染物也逐渐受到高度关注，例如一些未受管理的化学品、有毒消毒副产物的前体物、达到国家法律规定浓度的化学物质、其他DHS列出的化学物质。
所以，即使UOSA的出水水质达到了饮用水标准，我还是对直接饮用该水表示怀疑态度（毕竟水里还有人们的排泄物，心理上也过不去那关，而且前不久巴西还从下水道中检测出了新冠病毒）
玩笑归玩笑，UOSA为了保证出水的质量，还要求服务范围的居民不能将油脂、食物残渣倒进下水道（需要将其凝固扔进垃圾桶），除了排泄物和卫生纸之外，几乎所有固体不能冲进厕所，任何药品、油漆、杀虫剂、除草剂等都不能冲进马桶或下水道，以保证进水水质。
况且UOSA的出水也不是用来直接饮用的，这不还有费尔法克斯饮用水处理厂吗？再加上92%自然水体里的水，当地居民真正的饮用水的质量相信还是有所保证的。
04
总结
文章读到这里，我们知道UOSA再生水厂作为实践再生水回用于间接饮用的典范，无论是在处理工艺还是处理效果上，都很有借鉴意义。
那么，回到我们开头提的三个问题：
1. 为什么要建这样一座污水厂？
UOSA的建立与Occoquan水库的水质状况息息相关，主要原因有两点：水库污染严重和水库蓄水能力不足。
水库污染严重：Occoquan水库曾在1960年代接收附近流域近十个污水处理厂排放的处理后废水，导致水库严重富营养化，大量蓝藻的腐烂，水中的氧气含量几乎降到了零，并且在夏末时水库几乎发臭。
水库蓄水能力不足：经过UOSA水厂处理的水可为流入Occoquan水库，每年大约能提供20％的水量，该水可提供至费尔法克斯饮用水处理厂处理为饮用水。在干旱期间，水厂可能会短暂提供多达90％的水库入水量。
2. 污水厂是如何工作的？
该厂处理规模约20.5万吨/日，处理工艺包括脱氮除磷的二级处理、石灰沉淀、二级再碳酸化、过滤、活性炭吸附、离子交换、加氯消毒、脱氯，主要为了去除废水中的有机物、总磷和氨氮。
3. 出水效果如何？能否直接饮用？
UOSA的出水水质可达到COD 7 mg/L，TP 0.08 mg/L，TN12.85 mg/L，TKN 0.44 mg/L，氨氮 0.02 mg/L，能够完全符合当地及国际再生水间接补充饮用水的水质标准。
但再生水间接补充饮用水不代表处理水可以直接饮用，虽然UOSA的管理人员表示处理水已经达到饮用水标准，但在水循环的时候还是需要与水源混合并进入饮用水处理公司经过处理后，才会输送给当地居民饮用。
其实，我国也有将处理水用作间接饮用水的案例：北京、天津有 “污水处理出水+混凝+过滤+活性炭吸附+反渗透+消毒”研究示范阶段的工艺，出水水质可以达到世界卫生组织规定的饮用水水质要求。
另外，神华神朔铁路分公司在其沿线车站建成规模为12m3/d-15m3/d的可饮用再生水示范工程，出水满足生活饮用水卫生标准(CB5749-2006)中“农村小型集中式供水和分散式供水部分水质指标及限制” 中的14项指标，但没有对饮用水标准中全部指标进行检测。
总之，再生水回用于间接饮用技术是缓解水资源短缺的一大利器，美国间接饮用约占再生水总利用量的15%，直接饮用约占0.2%。
但我国在这方面才刚刚起步，没有正式投入使用的案例，未来还有很长的路要走。
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