同济大学校园可持续项目中的污水回用示范

张志强，王荣昌，夏四清，等

(编译自Journal of Water Sustainability 2012年第2卷第2期)

《自然》杂志于2009年9月出版的“你的校园有多绿色”的专题报告中，称赞同济大学加入由联合国环境计划署(UNEP)领导的气候平衡网络，旨在帮助社会达到低碳排放甚至是零排放的目标。自2003年以来，同济大学已经实施建筑升级改造和资源节约项目。2007年，同济大学被认定为绿色校园示范项目。此后，同济大学一直引领着中国绿色校园建设，并将其纳入了校园文化建设。由同济大学开发的资源节约技术在2010年上海世博会中也扮演了重要角色，使这届世博会不仅是成功、精彩、难忘的，同时也是环境友好的和能源高效利用的一届世博会。

污水回用是同济大学可持续校园计划的重要组成部分之一。同济大学四平校区有大量的学生(约15000)和自有设施，这些条件提供了一种在可控的情况下开发和测试新技术的绝佳机会。同济大学在校园内进行了若干项目，旨在解决一些不断增长的、严重的污水问题。

图1 同济大学生态楼中水回用工艺

图2 污水回用中的浸没式膜生物反应器

其中的一项工程就是同济大学环境学院生态楼实验室的污水回用示范项目，其设计规模为40 t/d，工艺流程见图1。实验楼中的冲厕水以及屋面雨水被收集在调节池中，随后流经箱式膜生物反应器(MBR)单元(见图2)，该单元是由膜技术和微生物生化降解双重作用对水中污染物进行去除。其中膜组件能过滤掉污泥、花粉、胶体物质、细菌、原生动物、较大的病毒及其他类似物质。膜生物反应器总体积为5.2m3，其中厌氧部分和好氧部分分别为1.9m3和3.3m3。膜生物反应器安装有表面积为111m2，标称孔径0.4μm的聚乙烯中空纤维膜组件(由日本东京三菱丽阳株式会社制造)。膜组件运行方式为间歇式(抽吸泵工作15min然后暂停3min)，膜通量恒定在0.36m3/m2·d。反应器中混合液悬浮固体浓度(MLSS)维持在4～6 g/L。由表1可知MBR单元出水水质质量优于中国城市杂排水用水水质要求。其中大部分经过消毒后回用于实验楼冲厕以及其他景观用水。剩余部分(大约400 L/d)继续经超滤、反渗透以及离子交换过程，最终可得到超过政府所规定的饮用水标准的纯水。

表1 污水回用示范系统中膜生物反应器的进出水水质与国标的比较

由表2、表3可知最终出水的水质能够达到医用肾透析、碳晶片洗涤或者补充应用水所需的水质要求。虽然很多国家将中水及循环水用于农业及工业生产非常普遍，但作为饮用水则还很少，不过同济大学利用此示范项目获得了超越饮用水水质要求的出水。我们相信像这种组装容易的处理工艺系统应该能够被迅速推广并应用到那些水资源紧缺的地区。

表2 净水处理的进出水水质与国家分析实验室使用的水质标准的比较

表3 净水处理出水水质与国家电子行业的超纯水水质标准的比较

同济大学不仅研究节水技术，还一直在进行致力于节省学校公共浴室用水和能量的项目。在这一项目尝试中，能够充分利用学校大量学生群体以及集中式淋浴设施。每天有3000～5000人次的学生在浴室洗澡，产生大量(300～360m3/d)的废水和热量。本项目利用膜生物反应器(MBR)系统对淋浴废水进行回收利用。MBR池的体积为31m3，配备有聚乙烯材质的中空纤维微滤膜组件(膜面积为900m2、膜孔径为0.4μm)。反应器内混合液MLSS维持在5～7 g/L。其出水的水质达到国家景观用水质量标准而被用于周边园林的灌溉以及校园特色水景观(见表4、图3～图6)。

图3 同济大学洗浴废水回用工艺

图4 处理后洗浴废水的出水用于花园灌溉和校园内的特色水景观

图5 污染治理前后的同济大学三好坞溪水

图6 目前同济大学三好坞的溪水

这个项目的创新点在于节约用水和能量。淋浴设施项目可以把从喷淋水里面获取的热量再利用。放置在废水水箱的铜盘管收集用过的喷淋水(见图7)。之后自来水流经线圈来吸收废水里面的残留热量。铜盘管的总面积接近6m2。收集箱里面废水的温度通常在30℃左右。当自来水流经铜盘管时温度会被提高4～11℃。余留的热量每天可以将70m3自来水提高8℃，这将减少淋浴水达到淋浴必须温度所需热量。因此，捕获的热量可以补充自来水的加热过程。这等于每天节约20～28 kg的汽油，也就是说这种方法每年可以节约7m3的汽油，节能减排明显。这个项目尝试提高水和能量的利用效率，未来这两者不仅对于中国甚至对于世界都极为重要。

通过污水回用系统，同济大学有如下几个方面的收益:

(1)水资源得到了很大程度的保护，减少了排入水体中的污染物质，与此同时校园的环境变得越来越好。

(2)可持续校园项目具有教学和科研的功能。活生生的节水教育实例呈现在所有在校学生和各种来访群体眼前。部分教师将节水作为其主要的研究领域并取得了一系列的创新成果。

(3)同济大学还侧重于经验交流和成果推广，并全力支持上海市乃至全国校园的可持续建设。

(4)可持续校园项目得到了全世界的肯定，这也将进一步促进同济大学的国际影响。