校園雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)可行性分析

□文/劉 平 趙 健 嚴(yán) 婭 張春旺 王鵬程 董文強(qiáng) 安凌霄

□文/李 娜 蔡青竹

引言

雨水收集和中水回用分別是高校節(jié)水措施之一，從實(shí)踐情況來(lái)看，這兩種方法對(duì)于高校節(jié)水起到了較好的作用。但是，目前對(duì)于高校雨水中水聯(lián)合互補(bǔ)運(yùn)行的研究和實(shí)踐都較少，那雨水中水是否可以聯(lián)合互補(bǔ)運(yùn)行，效益如何？針對(duì)此疑問(wèn)，筆者梳理了國(guó)內(nèi)外關(guān)于雨水、中水的相關(guān)研究，對(duì)華北電力大學(xué)（保定）二校區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)華電二校）所在城市的水資源情況、華電二校的用水等情況進(jìn)行了調(diào)查，提出了校園雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)，并對(duì)其技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行分析，并對(duì)雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)的建設(shè)提出了建議。

一、華電二校所處城市水資源情況

華電二校位于河北省保定市。據(jù)統(tǒng)計(jì)，保定市多年平均水資源總量為33.1047億m3，人均水資源占有量313m3/人，不到全國(guó)人均水資源占有量的1/4，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)際缺水警戒線，屬重度缺水城市。雖然南水北調(diào)工程中線一期工程在2010年竣工以后，保定市的水資源供需矛盾得到了一定的緩解，但是，保定市的水資源短缺情況并沒(méi)有從根本上得到解決。并且，這一矛盾?chē)?yán)重影響著保定市人民的日常生活和制約著保定市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

二、華電二校學(xué)生用水現(xiàn)狀

（一）用水量大。華電二校校園用水主要是師生的生活用水、綠化用水、基建工程用水、供暖用水等。據(jù)調(diào)查，2009年華電二校年用水總量為46，3071m3，2010年的年用水總量在2009年的基礎(chǔ)上增加了5%，達(dá)到486，227m3。相比于處于同一城市的其他高校來(lái)講，這一用水量較大。

（二）用水浪費(fèi)現(xiàn)象明顯。根據(jù)筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，華電二校區(qū)用水浪費(fèi)現(xiàn)象較為明顯，其主要體現(xiàn)在以下方面：

1、學(xué)生洗衣洗漱用水量大，浪費(fèi)嚴(yán)重。部分學(xué)生在洗衣時(shí)，直接開(kāi)滿(mǎn)水龍頭進(jìn)行沖洗，造成大量用水浪費(fèi)；學(xué)生洗漱時(shí)，未使用臉盆接水而直接沖洗，造成浪費(fèi)。

2、學(xué)生淋浴時(shí)間長(zhǎng)，用水量大。部分學(xué)生淋浴時(shí)間超過(guò)30分鐘，淋浴時(shí)間長(zhǎng)，造成大量水資源的浪費(fèi)；同時(shí)，部分學(xué)生在不淋浴時(shí)仍打開(kāi)水龍頭，造成水資源的白白浪費(fèi)。

3、校園灌溉時(shí)間長(zhǎng)，用水量大。筆者經(jīng)過(guò)多次觀察發(fā)現(xiàn)，校園綠化帶的灌溉時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)持續(xù)一兩天，甚至在下雨天依舊進(jìn)行澆灌，造成水資源的浪費(fèi)。

三、校園雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)可行性分析

面對(duì)保定市嚴(yán)峻的水資源短缺形勢(shì)和華電二校用水量大，浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)狀，筆者對(duì)華電二校如何節(jié)水進(jìn)行了研究。結(jié)合相關(guān)調(diào)查，本文提出了一種節(jié)水措施，即校園雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)。以下是結(jié)合華電二校的實(shí)際情況，進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性分析。

（一）雨水收集系統(tǒng)技術(shù)可行性

1、雨水收集量可行性。華電二校校園占地面積681畝，建筑物眾多，有大量建筑物適合雨水收集，比如房屋屋頂、地面廣場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、道路等。筆者結(jié)合校園的建筑實(shí)際情況和綜合考慮雨水收集成本，選擇房屋屋頂、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)及看臺(tái)和部分廣場(chǎng)為集水面積計(jì)算。經(jīng)過(guò)對(duì)校園建筑分析，得到校園部分可集水面積如表1。（表1）結(jié)合雨水收集量計(jì)算公式：

式中：W—可利用雨量（m3）；ψ—流量徑流系數(shù)；H—年平均降雨量（mm）；hy—初雨拋棄量（mm）；F—匯水面積（m2）。

計(jì)算華電二校校園理論可雨水收集量：

表1 華北電力大學(xué)（保定）二校區(qū)部分可集水面積（單位：m2）

2、雨水收集技術(shù)可行性。雨水收集系統(tǒng)在我國(guó)的一些地區(qū)已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)也正日趨完善。如，北京工業(yè)大學(xué)和福州七中都建成并投用了雨水收集系統(tǒng)。而華電二校多為坡屋頂建筑，適用虹吸式分散雨水收集，集成式雨水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟，并有專(zhuān)業(yè)公司生產(chǎn)集成式雨水收集系統(tǒng)。因此，校園雨水收集在技術(shù)上可行。

（二）雨水中水聯(lián)合系統(tǒng)技術(shù)可行性。華電二校于2008年建成并投用了中水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論最大中水供應(yīng)量為1，100m3，每日設(shè)計(jì)運(yùn)行供應(yīng)中水為1，000m3，每年2學(xué)期按運(yùn)行10個(gè)月計(jì)，年理論上可節(jié)省水資源30萬(wàn)m3。中水處理系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。下面分析華電二校區(qū)雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)的可行性。

1、水質(zhì)可行性分析。雨水收集系統(tǒng)處理雨水與中水處理系統(tǒng)提供的中水均需滿(mǎn)足《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，兩者分設(shè)處理、互補(bǔ)運(yùn)行，水質(zhì)上可行。

2、技術(shù)可行性分析。雨水收集中水處理系統(tǒng)互補(bǔ)運(yùn)行水質(zhì)上能夠滿(mǎn)足要求，其雨水池、中水池分設(shè)運(yùn)行方式可利用連接管道及閥門(mén)、泵等輔助設(shè)備相連，可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)運(yùn)行，其流程圖如圖1所示。（圖1）

圖1 雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)流程

（三）校園雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析。筆者根據(jù)華電二校的中水處理系統(tǒng)建設(shè)，模擬了雨水收集系統(tǒng)的投資，其投資為203.34萬(wàn)元。下面分析雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，如表2。（表2）

表2 雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析（一）

由于保定市降水量少，雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)的靜態(tài)回收期還是較長(zhǎng)，達(dá)18.90年。下面筆者選取了降水量較多的浙江省浦江縣為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算華電二校雨水收集系統(tǒng)在降水量增大時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。

該地全年降水為1，457.1毫米，全年每月降水量超過(guò)10毫米，故每月均可雨水收集，全年可雨水收集降水量為（除去初雨拋棄的20%）：

雨水收集量：

降水量增大后，假設(shè)中水處理量不變（即經(jīng)濟(jì)性不變），研究雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性分析，見(jiàn)表3。（表3）

表3 雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性（二）

根據(jù)上述分析，降水量增大使雨水收集量增大，雨水收集系統(tǒng)靜態(tài)回收期變短，雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)靜態(tài)回收期也變短，為11.31年。因此，根據(jù)地域特點(diǎn)選擇合適雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)運(yùn)行可以使經(jīng)濟(jì)效益提高，實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

四、結(jié)語(yǔ)

雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)作為一種高效的節(jié)水系統(tǒng)在校園推廣具有重要意義。首先，校園用水量巨大、水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，該系統(tǒng)可達(dá)到很好節(jié)水效果；其次，雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)從校園開(kāi)始可以充分發(fā)揮校園自身優(yōu)勢(shì)和示范帶動(dòng)作用，促進(jìn)雨水中水利用的推廣，培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)水意識(shí)和行為。對(duì)于雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)的建設(shè)，筆者提出如下建議：

1、對(duì)于年降水量偏少、年降水量不平均的北方地區(qū)，雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)應(yīng)以中水處理系統(tǒng)為主，雨水收集系統(tǒng)輔助中水處理系統(tǒng)運(yùn)行的方式設(shè)計(jì)。該種方式可實(shí)現(xiàn)更好的水資源回收利，減少初期投資，較好地節(jié)約水資源，控制運(yùn)行成本。

2、對(duì)于年降水量大、年降水量平均的南方地區(qū)，雨水中水聯(lián)合處理系統(tǒng)可以以雨水收集處理系統(tǒng)為主，中水處理系統(tǒng)為輔的設(shè)計(jì)方式。該種方式可以降低中水的運(yùn)行成本，增加年凈經(jīng)濟(jì)效益，更好地利用可再生水資源，降低靜態(tài)回收期。

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