中水在居民住宅中的应用实践

巩晓东,孙晓红

（1.大连海洋大学海洋与土木工程学院,辽宁大连116023；2.大连海洋学校,辽宁大连 116023）

中水在居民住宅中的应用实践

巩晓东1,孙晓红2

（1.大连海洋大学海洋与土木工程学院,辽宁大连116023；2.大连海洋学校,辽宁大连 116023）

论述了中水在居民住宅中应用的经验及所存在的问题.介绍了中水的调节氧化技术,以及将调节容量转化成氧化工作空间的效果；分析了中水的化学、物理和生物指标；总结了中水原水容量调节、利用的主要方法.风机电耗占中水处理总电耗的80%左右,提出渐减曝气和溶解氧负反馈—变频控制风机风量,使风机综合节能效果提高60%左右,有效地控制了中水处理成本,进而提高了中水处理的经济效益.对中水在居民家中应用和管理也提出了建议.

居民住宅；中水回用；调节容量；经济效益；成本控制

环境保护和节约能源是我国的基本国策,淡水资源的严重缺乏是摆在我们面前的重要课题.解决水资源短缺,实现污水资源化是一个非常有效的途径[1].目前我国中水、污水处理事业发展较快,在全国已经建成了一批将中水应用于居民住宅的示范工程[1-2].中水处理系统在居民住宅中的应用很复杂,有些看似简单的问题,却直接影响到工程投资的大小、运行成本的高低、处理效果的好坏、居民使用的方便性,尤其是要使居民认识和接受中水还有很多后续工作要做.本文通过一项住宅小区中水回用工程的设计、施工和后期管理,对住宅区中水回用的经验和存在的问题进行了深入探讨.

1 中水处理系统

1.1 循环利用系统

小区现有1 500住户,还有部分公建,每天最大用水量600m3,其中自来水用量420m3,占70%,污水再生中水用量180m3,占30%.小区的中水循环利用系统包括：污水提升、污水处理、中水传输、天然水库蓄水、二次处理和中水回供等6部分.

再生水处理是中水循环利用的主体,污水处理不达标,所有中水回用都将成为泡影.小区所采用的分流取水器技术是针对污水量大于取水量的情况下,应用的专用取水技术,不需要动力和排渣.综合池在传统的调节池中实现了调节、水解酸化、厌氧脱氮、初次沉淀等功能.综合池中共设4个氧化池,采用脱氮工艺,分别进行厌氧、耗氧、硝化混合回流.为了加强脱氮和BOD5的去除效果,在综合池的厌/兼氧段和第1、第2氧化池中添加悬浮填料.解磷后的污泥回流到氧化池前端,清液经化学除磷后回流到综合池,剩余污泥进入排除系统.解磷池需要提供碳源作为解磷和增值的能源.在综合池内首先设水解酸化段,既可以向解磷池中的聚磷菌提供含有大量低级脂肪酸类物质,又可避免大量亚硝酸盐和硝酸盐的产生.沉淀池出水添加混凝剂和石灰消解液进行絮合反应和沉淀反应,进一步除去悬浮物和磷酸钙沉淀物[2-3].

1.2 污水提升和中水传输系统

中水一般以地表排水、优质杂排水和民用污水混合为水源.地表水只会出现在较大的降雨后,平时供水量很小.优质杂排水以洗浴水为主,排水非常不均匀,晚间20-22时会较多地集中排放,其他时间排水很少.民用污水量也很不均匀,通常情况下,早6-8时、晚20-22时排水量较大.处理后的中水使用的对象以冲厕为主,配以洗车浇花等用途,早晚两个时段用水较多[4].

由于中水处理设施一般连续均匀运行,中水的原水调节容量很大,一般按8~12 h最大日平均时流量设计,其容积占中水处理水池（含清水池）的40%左右.因此,如何利用原水调节容量,发挥调节池更多的功能,是中水处理非常重要的一个环节.在调节池中预曝气对改善原水水质的作用不大,因此需要单独设置预曝气风机并进行变频控制.这套系统无法与氧化池共用风机,无形中增加了设备投资和成本.调节氧化新技术是将调节池和氧化池设计成了氧化区和氧化保护区的调节氧化池,采用接触氧化复合工艺.调节氧化区的有效调节容量为8~10 h,氧化保护区有效停留时间为4 h,实际氧化时间为4~14 h.调节氧化池的使用,将调节容量转化成了氧化工作空间,进而节约了运行成本.

1.3 水库自然处理系统

由于经中水站处理后的中水,仍存留一些硫化物气体,直接应用于住户会产生一些气味.本小区为了减少和消除这些气味,应用了一个中间调解处理程序,就是利用当地已有的地形建立起一个拥有储水量40 000m3的小型水库,中水站处理后的中水在水库中经曝气处理和循环流动28 d后,再经二次处理,方可使用.水库自然处理系统除了能进一步净化改善水质以外,还具有收集部分空山水、调节收集雨水、设计成景观水体和人工瀑布、养殖观赏性水禽和鱼类等功能.

水库自然处理系统虽然能有效地改善水质,但同时也会受雨水及地表水的流入,影响水的清澈度.为了避免此类问题,在中水入户前又设计了一个二次处理系统,其出水目标同时满足中水标准和地表水环境质量标准的Ⅳ类水质标准.处理工艺为常用的地面水处理程序：混凝→沉淀→过滤→消毒→净化.二次处理后的中水可直接输送到小区应用.中水回供系统主要有高位水池、低位水池、加压泵、输水管线等组成.

2 水质分析

经过2006-2011年6 a的跟踪检验分析,分别观测分析了中水站水质、天然水库水质和二次处理站水质,出水目标质量均达到大连市中水设施管理办法中的中水标准和地表水环境质量标准的Ⅳ类水质标准.分析数据详见表1[5-7].

表1 中水水质分析Tab.1 Wastewaterquality analysis

3 存在问题及处理方法

3.1 能耗和收费不平衡

中水处理能耗成本费用主要构成有：电费、设备维修费、管线维修费和管理人员工资等.根据城市水费收取规定,中水的水费不得超过自来水水费的50%.由此中水处理能耗成本的这些费用之和若高于收取的中水费用,则开发商或物业公司将会赔钱,对中水的普及使用非常不利.

3.1.1 电耗成本风机电耗是中水处理的主要成本,占中水处理总电耗的80%左右,占中水处理总运行成本的40%~60%.风机电耗高的原因,除提供微生物生长必需的溶解氧所消耗的能量较大外,其他因素不可忽视,主要有：

（1）设计处理规模大于实际用水量.中水处理规模按最大日用水量和备用水量设计,一般是平均日用水量的1.3~1.5倍.由于中水实际用水量小,处理规模也很小,通常在每天几百立方米,仅仅占设计处理水量的1/3左右,而风机都按一用一备配置,必须在额定的功率下工作,造成电能的巨大浪费.

（2）当中水池（清水池）满水时,深度处理单元停止工作,氧化单元停止进出水；当调节池水位过低时,氧化单元无进出水.氧化单元停止进出水期间,风机继续工作,造成过量供气,也造成了能源的浪费.

（3）供需氧量不平衡.中水的氧化单元通常采用推流式流态,风机连续恒量供氧.部分区段和面积供氧量不足,而另一部分区段和面积供氧量过剩.供氧不足不利于微生物生长,供氧过量造成能源浪费.

（4）调节氧化技术是变负荷运行,需氧量周期性变化,如果风机连续恒量供氧,供氧量按最大需氧量设计,会在较长时段出现供氧过量,造成能源浪费.

由此可见,中水处理中风机的能源浪费很多,具有很大的节能潜力.为此在小区内的用风机渐减曝气、风机保护性运行和风机变频运行,节能效果显著.

3.1.2 设备维修与更换成本设备维修与更换的投资也比较高.一般设备的使用周期通常为10 a左右,易损件的使用周期3~5 a甚至更短.这部分资金的解决主要有开发商政策性投资和开源使更多小区使用中水,也可以申请减免水资源费,以保证设备的正常运行.此外,选用品牌设备、加强日常维护也可以节约成本.

3.1.3 管理人员工资 中水处理涉及水泵运行风机运转等,应有值班和维护人员.一个小型的中水站往往需要3位工人倒班值班,1 a的工资要十几万.该项费用也是中水处理费用的重要组成部分.笔者认为值班人员可以兼职于物业的水暖维修工人,白天没事的时候为住户进行维修或有偿服务,可节约成本.

3.2 管线维修

由于中水管线不同于自来水管线,受小区回填土质影响,极易拉裂漏水.在小区形成以后找漏挖掘不仅复杂而且费时,且造成停水,居民意见很大.漏点多,中水的跑冒滴漏也会造成大量的浪费,无形中增加了中水处理成本.笔者建议在中水水管施工时应考虑以下措施：①在回填土上施工时必须做混凝土板带,使管线均匀沉降；②最好使用PPR或PE管,严禁使用PVC管；③做好详细的管线平面和埋深施工记录,以备维修时查寻；④水管填埋时做好粉煤灰填埋层.

3.3 备用水源问题

任何设备,无论多么可靠,都需要检修.中水要求不间断供水,因此必须有备用水源来解决供水安全性问题.小区的天然水库作为备用水源,可解决临时停水或系统故障给用户带来的不便.备用水源还可以用井水等临时水源,也可以用自来水作为备用水源.在用户中水用水点附近同时设自来水和中水控制水阀,用户自行选择使用自来水和中水.有时中水系统同时设中水供水备用水源和用户备用水源,以保证系统的安全和使用的方便.

3.4 中水与自来水转换问题

中水多数用于冲厕,涉及到千家万户,影响较大.中水停水时需要及时方便地启用备用水源.用户备用水源（自来水）与中水的切换,问题虽小,也应予以足够的重视.还应采取措施防止再生水管道与饮用水管道误接和误用.因此不能通过管道连接进行用户备用水源切换.应在座便水箱处设自来水管头和中水管头并做明显标志,用户可以自由选择使用,比较方便.但是由于大多数用户没有能力进行切换,物业进行切换工作量又太大,难以短时间完成,用户反应较为强烈,也暴露出了切换的问题及其重要性.建议使用可以切换的水管来区分冲厕水和自来水,很方便地解决了用户使用自来水与中水的切换问题.

3.5 中水藻类繁殖问题

由于中水需要在水库中储存20~30 d,水中有机氮、磷比较丰富,致使藻类繁殖.这样在中水入户后,住户家里的坐便器里水的颜色发绿,容易污染,很多住户对此不理解进而停止使用.加上管道维修施工造成多次反复停水,很多用户放弃选用中水冲厕.据统计,以本示范小区为例,刚交工时有93%的用户选择了中水,而5 a后只有74%的用户仍然选用中水,递减20%左右.对此问题建议在进行中水处理时,应考虑这项工艺处理方法.

4 小结

中水处理中风机节能潜力很大,通过渐减曝气、保护性运行和变频控制,可以实现总体综合节能45%以上.经检验中水水质可以达到地方行业中水标准和地表水环境质量标准的Ⅳ类水质标准.原水调节容量的利用直接关系到投资、运行成本和处理效果,调节氧化技术将单纯的调节容量转化为调节氧化工作空间,大大降低了投资和运行成本,提高了处理效果.为方便居民正常使用中水,除通常的水库储水和供水备用水源外,用户自备用水源也很重要.物业等相关单位也应做好设备维修及保证居民用水的措施.综上所述,中水在居民小区中应用前景很好,对节能环保具有很大的积极意义,可向更多的领域推广.虽然还存在很多问题,但可在实践中解决和逐步完善.

[1]吕宝兴,刘亚文,李殿海.纪庄子污水回用工程介绍[J].供水技术,2007,1（3）：58-61.

[2]陈辅利,高光智,巩晓东.生态住宅小区的水循环利用系统[J].大连水产学院学报,2004,19（2）：110-114.

[3]巩晓东,陈辅利.中水回用中的几个问题的探索与实践[J].辽宁师范大学学报,2009（32）：131-132.

[4]程云,林青博.中水回用处理技术[J].河北化工,2010（33）：78-80.

[5]中国标准出版社第二编辑室.中国环境保护标准汇编-水质分析方法[M].北京：中国标准出版社,2001：16-65.

[6]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社,2002：1-4.

[7]中国标准出版社编辑室.原子吸收分光光度法GB11911—1989[M].北京：中国标准出版社,1990：11-18.

Application practices of reclaimed water reuse in residential buildings

Gong Xiaodong1,Sun Xiaohong2
（1.Dalian Ocean University,Ocean and Civil Engineering College,Dalian 116023,China；2.Dalian Ocean School,Dalian 116023,China）

Experience and existing problems of reclaimed water reuse in residential buildings is discussed in this paper.Adjusting oxidation technology and its effect is introduced,which transforms the capacity adjustment into oxidation work space adjustment；Chemical,physical and biological index of wastewater are analyzed；The main methods for original wastewater capacity adjustment and utilization are summarized.Because of electrical energy consumption of fans is about 80%of the total power consumption of water treatment,we recommend a decreasing aeration and dissolved oxygen negative feedback-Frequency-conversion control of fan flow,which fan comprehensive energy-saving effect is increased tomore than 60%.Therefore,total water treatment cost is effectively controlled and economic benefit is significantly improved.In addition,suggestions of application and management of waste water in resident's house is thrown out.

reclaimed water reuse；residential building；adjusting capacity；economic benefit；cost control

X703

A

1008-7516（2013）01-0100-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2013.01.024

2013-01-15

巩晓东（1958-）,男,辽宁大连人,硕士,副教授.主要从事土木工程研究.

卢奇）