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住宅小区灰水回用设计探析

时间:2016-11-28来源: 作者: 点击: 98次

马伟辉1,程华艳2

1. 中国建筑上海设计研究院有限公司,上海  200063;2. 上海朝晖药业有限公司 上海  201908

摘要:住宅灰水回用是缓解城市居民生活用水短缺的重要举措。首先住宅灰水水源水质、水量等方面均满足灰水回用系统的要求。其次灰水三类处理技术均具有各自的成熟处理工艺。最后工程实例表明住宅灰水回用系统投资回收期约25年,折算年产值约6.9万元。

关键词:住宅小区;灰水回用;生态处理;投资回收期;年产值

Exploration And Analysis On Residential Grey Water Reusing

Ma Weihui1, Cheng Huayan2

1. China shanghai architectural design & resarch institue Co.,Ltd,Shanghai 200063;2. Shanghai Zhaohui Pharmaceutical Co.,LtdShanghai 201908)

Abstract: Residential grey water reusing is an important measure to alleviate the shortage of domestic water. At first, grey water quality grey water quantity and so on can reach the requirements of grey water reusing system. Secondly, the three kinds of grey water processing technology all have their own mature technology. Finally, the engineering examples show that the investment recovery period of residential grey water reusing system is about 25 years, the annual output value is about 6.9 million yuan.

Keyword: residence community, grey water reusing, ecological treatment, investment recovery period, annual output value

引言

由于迅速的经济增长和城市化,水的需求量也成为另一个挑战。中国每年平均缺乏400亿吨的水。2011年,665个城市用水量共440亿吨水,平均每个城市使用6600万吨水。到2020年,当中国的城市人口比例达到60%时,城市的需水量可能达到580亿吨。科学合理利用污水资源,发展中水回用成了最佳解决解决水资源不足途径之一。灰水1]作为优质中水,将其回用作生活杂用水的方式工艺最简单、成本最低,公众也可接受,是最有发展前途的。


1工程实例简介

本项目包括住宅以及配套商业等,项目用地92003.29平米,总建筑面积233480.25平米,其中地下建筑56896.87平方米,地上建筑面积176583.38平方米,其中住宅168061.61平方米,商业6653.72平方米,配套1868.05平方米,容积率1.919。

根据上述相关指标,本工程各用水项目生活用水量汇总表如下。

1 小区生活用水量计算表

 

序号

名称

用水定额

用水规模

时变化系数

使用时间(hr)

最高日

用水量(m³/d)

最大时用水量(m³/h)

1

商业

6L/ m².d

6654m²

1.5

12

39.92

4.99

2

住宅

250L/ 人

6052

2.5

24

1513

157.60

3

物业办公

40L/ 人

110

1.5

12

4.4

0.55

4

绿地及道路浇洒

2L/ m².d

32202

1.0

8

64.40

8.05

5

地下车库

2L/ m².d

46866 m²

1.0

8

93.73

11.72

6

未预见水量10%

 

 

 

 

171.55

18.29

7

总  计

 

 

 

 

1887

201.2

2灰水回用对象和灰水水质、水量

住宅小区灰水回用的用途有以下三种:第一,作为生活饮用水;第二,回用于与人体接触的用水,如洗澡、洗涤水等;第三,不与人体接触的用水,如冲厕、绿化、喷洒道路用水等。

纳米比亚首都温得和克将城市污水经深度处理后直接作饮用水水源2],自从2011年后,在美国新墨西哥州、德克萨斯州的一些地方已经在考虑回用水直接饮用。国内也有许多示范工程有关将污水直接净化成饮用水,但是真正长期运行实用的几乎没有。结合我国当前国情,住宅小区的灰水回用在不与人体接触的冲厕、绿化等方面切实可行3],[4]

灰水作为住宅优质杂排水,其实际水量可以参考建筑住宅生活用水水量及各部分组成百分比而定。住宅灰水主要包括生活用水中的烹调、淋浴、盥洗、洗衣废水,其占住宅生活水的比例如表2所示5]

将住宅生活废水分类进行收集处理,会增加住宅部分管道建设费用,但由于灰水水质良好、水量较大,灰水回用不仅能满足住宅回用水水量的需求,而且可以大大降低回用处理工艺的难度和运行费用,因此回用系统长期运行具有缓解水资源短缺实际战略意义。

2 住宅各项给水百分比及排水污染浓度表

类别

住宅给水

住宅排水

比例(%)

BOD5(mg/L)

CODcr(mg/L)

SS(mg/L)

冲厕

21.3~21

300~450

800~1100

350~450

厨房

20~19

500~650

900~1200

220~280

沐浴

29.3~32

50~60

120~135

40~60

盥洗

6.7~6.0

60~70

90~120

100~150

洗衣

22.7~22

220~250

310~390

60~70

3灰水回用系统水量计算

  灰水原水量按照下式计算5]

    QY=∑α·β·Q·b

式中:QY——灰水原水量m3/d)α——最高日给水量折算成平均给水量的折减系数,一般取0.670.91,β——建筑物按给水量计算排排水量的折减系数,一般取0.80.9,Q——建筑物最高给水量,按照《建筑给水排水设计规范》中的用水定额计算确定(m3/d),b——建筑用水分项给水百分率

根据表1住宅用水量数值,代入上述公式计算。其中α取值0.80,β取值0.80,冲厕用水百分率取值21%。

本项目住宅可回用灰水量为765m3/d,考虑管道运输过程中水流漏失等,取折减系数取值0.85,因此中水回用设施进水量为650m³/d。

按照《建筑中水设计规范》,本工程中商业冲厕给水百分数取值6%,物业办公冲厕给水百分数取值65%。本工程灰水回用系统需求给水量如下表所示。

3 小区灰水回用给水量计算表

序号

名称

最高日用水量(m³/d)

1

商业冲厕

2.40

2

住宅冲厕

317.73

3

物业办公冲厕

2.86

4

绿地及道路浇洒

64.40

5

地下车库

93.73

6

未预见水量10%

48.11

7

总  计

529.23

 

 

 

 

 

 

根据相关规范,该工程中水水源水量最小值是590m³/d。

实际本工程可回收灰水水量为650m³/d,完全满足住宅小区内冲厕、绿地及道路浇洒和地库冲洗的用水量要求。

4灰水处理系统技术工艺

灰水处理工艺可以分成三大类,包括物化处理工艺、生物处理工艺和生态处理工艺。灰水处理后其水质应符合国家标准《城市杂用水水质》(GB/T18920)和《景观环境用水水质》(GB/T18921)等相应水质要求。

4.1物化处理工艺

 

混凝主要去除原水中的悬浮物和胶体杂质,对可溶性杂质(如阴离子表面活性剂)去除能力较差;沉淀与气浮都是混凝反应后的有效分离手段,但由于气浮池中的微小气泡可以粘附带有极性的表面活性剂,易上浮分离,因此适合在建筑中使用。

絮凝、砂滤和颗粒活性炭组合工艺的处理结果显示,对COD的去除率高达93%,对BOD5和阴离子表面活性剂的去除率高达95%6]。通过超滤UF预处理灰水后再经反渗透RO工艺处理的研究表明,对COD、BOD5和油脂的去除率分别高达98.9%、99.2%、75%6]。还有一些学者在新膜制备工艺及技术上进行研究,例如磺化聚芳醚矾超滤膜的制备7]、对PVDF共混改性膜的研究等8]。不过这些研究当中部分还只处于实验室研究阶段,工程阶段研究还有待开发。

该工艺具有可间歇运行的特点,特别适用于住房使用率波动较大、水源水量变化较大或间歇性使用的公共建筑的灰水处理。

4.2生物处理工艺

 

 

生物处理一般采用接触氧化法、曝气生物滤池等高负荷工艺,无需设置缺氧区脱氮。若选择序批式反应器如SBR、CASS等,应综合考虑间歇排水与后续处理的衔接及对后续处理设施投资的影响。生物膜分离是在活性污泥法的曝气池内设置超滤膜组件,用超滤膜替代常规的二沉池和后置的过滤消毒工艺,能在较大程度上节省处理构筑物的占地和提高活性污泥法的出水水质。

钱靓等用IMMBBR 和BAF工艺两种工艺在优化的工况下对灰水中COD、NH3-N、LAS、SS、浊度均有较好的去除效果,且出水可以达到回用水标准9],[10]。黄霞等利用MBR处理灰水结果表明,出水COD<40mg/L。NH4+-N<0.5mg/L,阴离子表面活性剂<0.2 mg/L,各项指标均满足回用水要求11]。Cornelia Merz等人对膜生物反应器处理灰水进行了研究,结果表明,在低污染负荷条件下,该技术对水中的COD、浊度、TN及TP的去除率分别可以达到85%、98%、63%和19%,出水可以回用作冲厕水等12]。采用MBR和RO组合工艺处理灰水已经在德国实现工程化,灰水的回用率>90%13]

生物处理效果稳定可靠、投资运行费用低、占地少等优点,生物膜处理具有占地少、出水水质稳定、排泥少、自动化程度高等优点。上述工艺均适合于住宅和公共建筑中广泛推广使用。

4.3生态处理工艺

 

灰水的生态处理技术有效地利用生物链来处理自然界的污染物或者污染源,既达到生态平衡作用,又达到净化环保作用,主要包括氧化塘、人工湿地等自然净化系统。目前生态处理技术研究主要集中在的人工湿地。

郭小瑜等指出居住区人工湿地景观应以模拟自然生态空间为出发点进行建设,并提出一般性居住区人工湿地景观设计的一些基本原则和方法14]。王凯军等用微型复合垂直流人工湿地对灰水中COD去除率为70%,总氮去除率为99%15]。Gross等利用垂直流人工湿地循环系统对灰水进行处理研究,结果显示,该系统运行8h后可以去除水中几乎全部的悬浮物质和BOD及大约80%的COD,同时对大肠杆菌也有明显的抑制作用16]

人工湿地运行稳定之后,具有管理方便,运行费用低,出水效果好等优点,而且可以充当住宅小区的花园景观。但人工湿地需要一定的占地面积,处理效果慢,污水需要的停留时间较长,植物生长迅速,并且易滋生蚊蝇等飞虫和其他生物,容易受到天气及环境等因素的影响。该工艺适合在拥有生态景观型绿色住宅小区中推广使用。

5灰水回用系统经济效益分析

根据文献资料17],灰水回用系统的经济效益采用下列计算式分析。

E0=E1+E2+E3+E4-E5-E6

式中:E0——灰水回用系统经济效益(万元)E1——小区节省用水费用(万元)E2——小区节省污水处理费用(万元),E3——城市节省给水设施的建造费用(万元)E4——城市节省排水设施的建造费用(万元)E5——灰水回用系统基础设施建设费(万元)E6——灰水回用系统综合运行费(万元)。

参照相关中水回用工程及研究资料18]23],并结合当前物价成本,上述各参数取值如下:

E1:自来水费用1.92元/m3, E2:城市污水处理费用1.70元/m3, E3: 2500元/(m3.d-1),E4: 2300元/(m3.d-1), E5:系统综合管网投资费取4500元/(m3.d-1),系统处理设施投资费取3500元5300/ (m3.d-1),E6:1.33.0/m3

本次分析取相应大值计算,灰水回用设施进水水量650m³/d,小区灰水给水水量约530m³/d,根据运行时间增长绘制经济效益曲线如下图。

 

 

  1 灰水回用系统经济效益变化表

由上图可以看出,本工程灰水回用系统投资回收期为25年,第25后开始经济效益为正值。在住宅产权70年情况下,本工程在住宅产权期内最终产生经济效益约482万元,折算成年均产值约6.9万元。

6结论

1)住宅小区灰水回用系统具有节水与减污双重效果,它对我国国民经济可持续发展具有深刻的意义。政府相关部门应加强灰水水利用宣传工作,通过多种途径、方式向市民、企业介绍灰水利用相关的政策法规和推广意义。

2)住宅小区灰水系统在源水水量上远远满足小区内冲厕、绿地浇洒等用水量需求。灰水回用处理技术有物化处理工艺、生物处理工艺和生态处理工艺三大类,各小区应根据自身条件综合分析,选择最佳的处理工艺。

3)住宅小区灰水系统在经济核算上是盈利的,折算年产值约6.9万元。灰水回用系统投资回收期约25年。但灰水回用系统利润薄、投资周期长,政府应开放回用水市场,鼓励投资主体多元化,建设成熟的回用水投资、建设、运营管理产业链。

 

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第一作者:马伟辉(1986-),男,江西临川,汉族,同济大学2007级环境工程硕士研究生,就职于中国建筑上海设计研究院有限公司,中级给排水工程师,研究方向为建筑给排水设计及资源化技术。通讯地址:上海市武宁路503号四楼第七设计院,电话:13788986679,Email:woyaniya@163.com

 

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