海绵城市设施参与小区中水系统的探讨

汪小明，许崇崴，康凯

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

我国是世界上缺水状况较严重的国家之一， 我国有80%的城市由于工业生产发展和人口增加等原因存在不同程度的缺水状况，同时我国排放的污水量也逐年递增。 这使得我国众多城市供水能力一方面显得不足， 另一方面受纳水体日益受到不同程度污染。 这就要求推广和开发节水技术，其中建筑小区中水回用技术就是一种重要的节水技术。 中水系统回收小区中的各种污废水，处理达标后作为小区冲厕、绿化及道路浇洒用水等。 这提高了水资源的循环利用率，减轻了污水排放对市政排水系统及环境水体的负担。

与此同时，随着中国城市化进程的快速发展，原有城市规划及市政条件已经无法满足城市高速发展的需求， 国家提出并大力推行海绵城市的城市设计理念。 建筑小区的海绵城市设计，是消减雨水排水对市政雨水系统冲击的重点之一。

海绵城市采用低影响开发设计理念， 通过LID 设施综合源头消减、中途转输、末端调蓄的手段，落实海绵城市建设理念[1]；中水系统回收小区可利用的污废水资源，经过处理后回用，达到节能减排的绿色建筑的目的。

2 小区中水水源系统

建筑小区可选用的中水水源有以下几种[2]。

2.1 小区生活污废水

小区生活污废水指的是小区内建筑物生产生活中产生的污水及废水的集合，包括卫生间冲厕用水、盥洗及沐浴用水、洗衣机厨房洗涤废水等。

小区生活污废水不分质收集，小区内不只一套管道系统，可在管网末端收集中水水源；但因为含有卫生间冲厕用水，水质污染物含量多，水质差，处理费用及能耗大。

2.2 小区内杂排水

小区内杂排水是指冲便器污水以外的生活污废水， 包括居民的盥洗和淋浴废水，洗衣废水以及厨房废水。

相对生活污废水，杂排水中污染物含量较少，水质好，设备处理量小，处理费用及能耗小；但同时生活污水需要分质排放，需要至少设置两套排水系统，管网投资和设计的难度大。

2.3 建筑小区内的雨水

以小区为单位建设海绵城市设施，在下雨时吸水、渗水、蓄水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。 提升城市生态系统功能和减少城市洪涝灾害的发生[3]。

而通过设施蓄存的雨水，亦可作为中水水源。海绵设施雨水调蓄池内的雨水，入池前经过前期截流及拦污后，水中污染物组成单一，污染物浓度低，可生化有机物含量低，污水处理工艺简单，处理成本较低。但是，作为水源而言，雨水受天气及季节的影响较大，水源水量供应不稳定，需要占有较大的地下空间设置调蓄水池，在普通的小区中水运用中，有着一定的局限性。

3 中水处理方式

中水处理的对象为污水， 按处理方法不同可分为物理化学处理法、生物处理法、膜处理法3 大类。

3.1 物理化学处理法

物理化学处理法是以混凝沉淀技术和活性炭吸附技术相结合的基本方式，主要用于处理水质较好的雨水及优质杂排水。

主要优点是占地面积相对较小，处理流程较短，运行灵活方便，管理简单；缺点是出水水质受所使用的混凝剂类型、数量和质量的影响。

3.2 生物处理法

生物处理法即是指利用微生物的吸附、氧化作用，降解污水中可降解的有机物， 主要包括活性污泥法、 生物接触氧化法、人工湿地法等。

生物处理法的特点是适用于较大处理规模的中水处理工程及小区中使用，占地面积大，剩余污泥处理麻烦；其优点是运行费用较小，出水水质稳定。

3.3 膜处理法

膜处理是指利用生物膜技术来处理水， 使之符合一定的水质标准。 膜处理法包括接触氧化法、生物曝气池法和膜生物反应器法（MBR）等。

小区中水系统污水处理方式，多采用MBR 工艺，MBR 工艺具有出水水质好，占地面积小，操作管理方便的优点；缺点则主要表现在MBR 膜制造成本较高，运行成本较高等。

4 海绵设施末端调蓄的利用

小区海绵设施经过滞留、下渗、转输等过程后，系统的超渗溢流雨水，通过雨水管道系统经雨水弃流及过滤装置后，排至雨水回用调蓄水池中。

雨水回用调蓄水池的有效容积， 在降雨时用来调节洪峰雨量和调整外排径流系数，降雨结束后，可回用为小区中水的水源。

一般来说，雨水作为中水水源，多用作小区内绿化浇灌及道路浇洒用水。 这样虽然能够利用雨水补充某一时段，某一部分的中水，但是同时也存在如下问题：（1）雨水受气候和降雨影响较大，回用存在水源不稳定的情况；（2）水资源浪费，绿化及道路用中水，采用单一雨水作为水源，在无雨水供给的情况下，多采用市政自来水补水，最终就产生以自来水作为中水用途的状况，对自来水资源造成浪费。

针对这一状况，可以对海绵设施调蓄雨水在中水系统中的使用范围及系统设置工序进行调整。 使用雨水作为小区所有用途中水的水源补充，与杂排水一起，形成多水源中水系统。

5 雨水、杂排水多水源中水系统

小区多水源中水系统，同时使用调蓄雨水，及日常生活污废水作为中水水源，这样能兼顾不同水源的优缺点，合理规划处理流程及工序安排，最大限度地对水资源及能源进行优化。考虑到多水源系统水量平衡及水质处理工艺的难易程度，生活污废水可以截取其中的杂排水部分作为中水水源。

海绵设施调蓄雨水，以无机污染物为主，可以进行以物理化学处理法为主的水处理工艺，处理设备简单，处理费用及能耗小。 雨水受降雨影响，水源稳定性较差，处理达标后的雨水，可以作为小区中水系统季节性水源或平时补充水源注入中水回用清水池中。

生活杂用水，水中污染物构成较复杂，污染物含量较少，水量来源相对稳定及充足， 适宜作为小区中水系统常规性主水源。 杂用水以MBR 膜处理技术为主的水处理工艺；处理达标后，作为常规水源注入清水池中。 MBR 中水处理设备设计为多个处理单元，根据中水处理量开启全部或部分处理单元：雨季时，调蓄雨水可以提供大部分中水水源，开启部分MBR处理单元，处理部分杂排水补充雨水量的不足；干旱季节，没有雨水作为补充水源，开启全部MBR 处理单元，满负荷运行，以杂排水提供中水系统全部水源。 这样，既可以最大效率地利用雨水资源，又可以减少污水处理设备运行费用及能耗。

雨水、杂排水多水源中水系统运行流程，如图1 所示。

图1 多水源中水系统流程图

6 中水水量平衡分析

本文以南方某拟建设住宅小区为例进行小区中水系统的水量平衡计算[4]。 该住宅小区计算参数，如表1 和表2 所示。

表1 给水用水量计算表

表2 住宅分项给水百分率 %

中水原水量按式（1）计算：

式中，QY为中水原水量，m3/d；Qpj为建筑物平均日生活给水量，m3/d；β 为建筑物按给水量计算排水的折减系数，取0.85；b为建筑物分项给水百分率。

综上计算，中水日用水量，冲厕用水123.2 m3/d，绿化灌溉用水34.0 m3/d， 道路浇洒用水22.0 m3/d， 所需中水原水量为1.1×179.2=197.12 m3/d。

中水杂用水回收水量371.28 m3/d， 日常回收水量大于所需中水原水量，满足使用需求。

杂用水水处理设备，按200 m3/d 的处理量设计，3～4 个处理单元并联设置。 在有海绵设施调蓄雨水参与时，根据雨水量的多少，运行1～2 个处理单元，达到节能的效果。

7 综合效果评估

根据上述计算结果， 对拟建住宅小区的中水供水系统对环境及水之源利用的相关影响进行分析。

1）节水。 作为冲厕、绿化灌溉、道路浇洒的中水年用水量53 650 m3。 可收集的中水原水量满足中水用水量要求，所以，小区年节水量可达53 650 m3。

2）碳减排。 在环保被社会日益看中的今天，低碳生活已经是主流的生活形态，中水的使用，节约水资源，也可以实现低碳减排。节约1 t 水，可以减排约0.91 kg CO2，中水系统年节水53 650 t，扣除中水处理中所消耗的能源，使用1 t 中水减排约0.65 kg CO2，小区年碳减排约35 t。

8 结语

为应对城市发展中日益严重的环境污染及水资源缺乏的问题， 在城市住宅及公共社区建设中可以大力推进小区中水供水系统和雨水海绵城市设施， 并对海绵设施中调蓄的雨水进行统筹，利用调蓄雨水水量充足、处理方便的特点，将其作为中水系统的优质水源，缓解城市中水之源的缺乏，减轻市政污水处理的压力，同时达到环境低碳减排的效果。