住宅小區(qū)雨水資源化與中水回用模式與技術(shù)

鄭煒，陳呂軍,2

（1.浙江清華長三角研究院生態(tài)環(huán)境研究所，浙江嘉興 314016；2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084）

住宅小區(qū)雨水資源化與中水回用模式與技術(shù)

鄭煒1，陳呂軍1,2

（1.浙江清華長三角研究院生態(tài)環(huán)境研究所，浙江嘉興 314016；2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084）

住宅小區(qū)雨水資源化利用與中水回用是建設(shè)節(jié)水型城市，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的重要組成部分。住宅小區(qū)的雨水資源化利用技術(shù)將雨水收集、雨水分散處理、雨水集中利用、雨水滲透等技術(shù)進(jìn)行集成優(yōu)化，具有處理效果好、雨水利用率高、管理方便的優(yōu)點。住宅小區(qū)中水回用屬于封閉式污水再生回用系統(tǒng)，采用膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)作為小區(qū)中水回用技術(shù)，具有占地面積少、工藝流程短、處理效率高等優(yōu)點。

住宅小區(qū)；雨水資源化；中水回用；膜生物反應(yīng)器

我國面臨著非常嚴(yán)重的水資源短缺形勢：人均占有水資源量約為世界平均值的1/4，水資源的地區(qū)分布很不均勻，同時我國用水效率不高、用水浪費(fèi)的現(xiàn)象也普遍存在。此外，我國城市水體污染嚴(yán)重，環(huán)保部門統(tǒng)計90%以上城市水體受到不同程度污染，水質(zhì)型缺水城市已經(jīng)增加到20多個。因此，加大節(jié)水力度、治理城市水污染的同時，積極開展雨水利用及污水資源化的實踐，是實現(xiàn)城市水資源可持續(xù)利用的有效途徑。與此同時，為了促進(jìn)節(jié)水與污水資源化在住宅建筑與公共建筑的有效發(fā)展，我國實施的《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2006）對住宅建筑與公共建筑提出了不同的節(jié)水與水資源利用指標(biāo)[1]。以住宅建筑為例，主要包含了節(jié)水規(guī)劃、提高用水效率、雨水綜合利用等3方面的要求。在一般項中要求對非傳統(tǒng)水源（主要是雨水和再生水及海水等）的利用率≥10%，而優(yōu)選項則要求住宅區(qū)對非傳統(tǒng)水源的利用率≥30%，一般情況下，需要考慮雨水、優(yōu)質(zhì)雜排水、中水的聯(lián)合使用。

1 住宅小區(qū)的雨水資源化

1.1 雨水利用的形式

雨水利用是城市治水方針由“排蓄結(jié)合，以泄為主”向“排蓄結(jié)合，以蓄為主”轉(zhuǎn)變的重要體現(xiàn)。雨水利用從形式上可分為直接利用和間接利用。雨水直接利用是指將雨水徑流收集后，根據(jù)用戶水質(zhì)要求經(jīng)適當(dāng)處理后供用戶使用；雨水間接利用是指通過各種措施強(qiáng)化雨水下滲，補(bǔ)充地下水。

1.2 住宅小區(qū)雨水資源化利用技術(shù)

小區(qū)雨水主要可分為：路面雨水、屋面雨水、綠地及透水性鋪地等其他雨水。住宅小區(qū)的雨水資源化利用技術(shù)（見圖1）將雨水收集、雨水分散處理、雨水集中處理、雨水滲透等技術(shù)進(jìn)行集成優(yōu)化。工藝確定時可以針對不同的氣象條件、不同建筑和地形特征、不同的雨水利用目的等諸多因素進(jìn)行各種工藝段的選擇與組合。

1.2.1 住宅小區(qū)雨水收集與分散處理系統(tǒng)

1.2.1.1 路面雨水

路面雨水的收集與分散處理可根據(jù)兩種方案選擇。路面雨水污染物種類及濃度均較高，對于一些水量相對較富余的綠色建筑小區(qū)，可以對路面雨水直接棄流，雨水經(jīng)過路面雨水口收集后從市政雨水管排出小區(qū)。對于嚴(yán)重缺水城市的綠色建筑小區(qū)，若需收集處理路面雨水，可以利用下凹式綠地進(jìn)行處理。降雨后的路面雨水徑流流入下凹式綠地[3]，經(jīng)綠地蓄滲截流后將多余的雨水再通過上凸式雨水篦后由雨水管集中收集。采用下凹式綠地收集處理方案相對直接棄流的工藝，具有增加雨水下滲量、去除雨水污染物、收集雨水利用等優(yōu)點。

1.2.1.2 屋面雨水

屋面雨水的收集與分散處理工藝也提出了兩種方案選擇：綠色屋面與雨水淺草溝。綠色屋面主要是利用土壤及植物根系的吸附和過濾作用，有效降低屋面徑流系數(shù)從而削減雨水流失量；減輕大氣污染及削減雨水污染負(fù)荷；改善建筑屋頂?shù)男阅芗皽囟萚4]。淺草溝一般設(shè)置在植被草坪的綠地旁，淺草溝內(nèi)填有較大粒徑的礫石和卵石，并種植長草且形成草皮，利用這種近似自然植被的生態(tài)條件增強(qiáng)對雨水（尤其是初期雨水）懸浮物的截濾。

圖1 住宅小區(qū)雨水資源化利用技術(shù)流程圖[2]

1.2.1.3 綠地及透水性鋪地等其他雨水

綠地及透水性鋪地的初期雨水基本被下滲或截流。后期雨水再經(jīng)過淺草溝處理后，水質(zhì)較好，可直接收集，再經(jīng)過集中處理后利用

1.2.2 住宅小區(qū)雨水集中利用系統(tǒng)

雨水經(jīng)過分散處理收集后，污染物濃度大大降低，水質(zhì)較好。雨水只需經(jīng)過簡易的集中處理后即可利用。雨水經(jīng)過分散處理后進(jìn)行集中收集，經(jīng)過沉砂檢查井去除較大顆粒物后，重力流排入雨水集中收集池。

若小區(qū)內(nèi)有景觀水體（如人工湖），經(jīng)過分散處理后收集的雨水即可重力流排入景觀水體內(nèi)，作為景觀水體的環(huán)境景觀補(bǔ)水，景觀水體還同時充當(dāng)再生水利用的調(diào)蓄體。景觀水體的水質(zhì)保障通過人工濕地進(jìn)行處理[5]。小區(qū)內(nèi)不能重力流入景觀水體的雨水集中收集在小區(qū)內(nèi)地勢較低的調(diào)節(jié)池內(nèi)，景觀水體水位下降后，用泵將調(diào)節(jié)池中的雨水抽至景觀水體利用。遇到暴雨時，景觀水體和調(diào)節(jié)池中的多余雨水溢流至市政雨水管外排。若小區(qū)內(nèi)無景觀水體，可將經(jīng)過分散處理后雨水重力流入小區(qū)內(nèi)地勢較低的調(diào)節(jié)池內(nèi)集中收集，收集的雨水可以作為中水補(bǔ)充水再生回用（圖2）。

圖2 住宅小區(qū)雨水集中利用

1.2.3 住宅小區(qū)雨水滲透系統(tǒng)

雨水除了直接利用于景觀環(huán)境用水和城市、雜用水外，雨水滲透系統(tǒng)也是非常重要的一種雨水節(jié)間利用方式。通過人工強(qiáng)化雨水滲透工程的實施，具有補(bǔ)充地下水，穩(wěn)定地下水位，防止地面下沉，減少地表徑流量等作用。

2 住宅小區(qū)的污水資源化與中水回用

2.1 中水回用概念

目前，我國中水回用模式主要有“市政中水”與“建筑中水”兩種[6]。在北方一些嚴(yán)重缺水的城市，如北京、天津等城市，“市政中水”回用已形成一定的規(guī)模，例如：北京的高碑店污水處理廠建成了我國最大的中水回用工程，回用規(guī)模為30萬m3/d，天津東郊污水處理廠回用工程將二級出水過濾、消毒后回用，規(guī)模7萬m3/d；青島海泊河建成4萬m3/d的中水回用工程，用于工業(yè)冷卻、綠化和生活雜用水?！敖ㄖ兴敝饕紤]到生活污水和雨水等中水來源的收集問題，這個模式的優(yōu)點在于節(jié)約中水的采集費(fèi)用和輸送費(fèi)用，初期投資較低，是目前中水回用的主要方式。住宅小區(qū)的中水回用屬于“建筑中水”的范疇。建筑中水回用屬于封閉式污水再生回用系統(tǒng)，其集流的污水水質(zhì)有優(yōu)質(zhì)排水（不含糞便和廚房污水）、雜排水（除糞便污水以外的生活污水）和生活污水3種，經(jīng)再生處理后的水質(zhì)應(yīng)達(dá)到生活雜用水水質(zhì)，供生活洗滌、沖洗便器、綠化和澆灌道路等方面使用，所以說中水工程是介于建筑給水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)之間的雜用水供水技術(shù)。

2.2 住宅小區(qū)中水回用技術(shù)

中水回用技術(shù)工藝從原理上分析，可分為物理化學(xué)工藝和生物處理工藝。中水回用技術(shù)應(yīng)用最多的是物理化學(xué)工藝主要有：混凝沉淀、活性炭吸附、砂濾以及膜過濾等。生物處理工藝是利用微生物的新陳代謝作用處理污水有機(jī)污染物的一種水處理方法。生物法分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法。通常，好氧生物法被廣泛應(yīng)用于生活污水的中水處理回用中，主要包括傳統(tǒng)活性污泥法、生物接觸氧化法[7]、生物濾池等。而隨著膜技術(shù)在水處理應(yīng)用中得到了飛速發(fā)展，膜生物反應(yīng)器[8]在中水回用方面的應(yīng)用顯示出良好的發(fā)展前景。

膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor，MBR）是一種將膜分離技術(shù)與生物處理單元相組合的污水處理與回用工藝[9]。該工藝采用高效的膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，從而具有比傳統(tǒng)活性污泥法突出的優(yōu)勢，包括固液分離效率高、出水質(zhì)量高且穩(wěn)定，可直接回用；反應(yīng)器內(nèi)可維持高濃度的微生物量、處理容積負(fù)荷高、占地面積小、剩余污泥產(chǎn)生量?。环磻?yīng)器內(nèi)硝化菌生長情況良好，氨氮去除作用明顯；操作管理方便，自動化程度高等。由于具有上述優(yōu)點，膜生物反應(yīng)器成為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高新水處理技術(shù)，其在城市污水和工業(yè)廢水處理與回用中的應(yīng)用，在全球范圍受到眾多的研究者、企業(yè)界和政府部門的廣泛關(guān)注[10]。

在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5～3.5g/L，從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25%～40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化[11]。

針對上述問題，MBR將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時，通過降低F/M比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題[12]。圖3比較了傳統(tǒng)處理工藝與膜生物反應(yīng)器工藝在中水回用方面的差異。采用MBR工藝不僅可以極大的提升處理效率，同時可以縮短工藝流程，減少占地面積，出水質(zhì)量高且穩(wěn)定，可直接回用。

2.3 住宅小區(qū)MBR工藝中水回用工程實例

圖4是典型的住宅小區(qū)MBR中水回用工藝流程。生活污水由干管經(jīng)過收集管網(wǎng)引入中水處理站，經(jīng)過3mm細(xì)格柵去除污水中的雜物，進(jìn)入集水井；污水由一級提升泵提升入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池設(shè)有潛水?dāng)嚢铏C(jī)，均衡水量調(diào)節(jié)水質(zhì)；調(diào)節(jié)池的污水通過二級提升泵提升進(jìn)入自動清洗過濾器，去除污水中的毛發(fā)和雜質(zhì)，再自流入缺氧池，與回流污泥混合后進(jìn)入曝氣池，污水中的有機(jī)污染物被好氧微生物降解去除。經(jīng)過凈化后的水通過浸沒在膜生物反應(yīng)池中的中空纖維膜過濾后被抽吸泵抽出，污泥被截留在膜生物反應(yīng)器中；出水經(jīng)過消毒后送入清水池，通過回用水泵進(jìn)行回用。格柵截留的雜物和自動清洗過濾器過濾的毛發(fā)等雜質(zhì)需要定期清掏外運(yùn)，膜生物反應(yīng)器中產(chǎn)生的少量剩余污泥定期通過污泥脫水機(jī)進(jìn)行污泥脫水，泥餅外運(yùn)處理。

2.3.1 典型工程實例

（1）北京某大學(xué)學(xué)生公寓中水回用工程（見圖5）。

廢水來源：學(xué)生公寓洗浴水；

處理工藝：膜生物反應(yīng)器；

處理規(guī)模：1200t/d；

進(jìn)水水質(zhì)：COD≤300mg/L，氨氮≤40mg/L，濁度≤450NTU；

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)；

出水水質(zhì)：COD≤10mg/L， 氨氮≤2mg/L，濁度≤1NTU；

回用用途：綠化、沖洗廁所；

運(yùn)行成本：0.9元/t水；

噸水電耗：0.6kW·h/t水；

圖3MBR工藝與傳統(tǒng)處理工藝的比較

圖4住宅小區(qū)MBR中水回用工藝流程

圖5 北京某大學(xué)學(xué)生公寓中水回用工程

（2）北京某大學(xué)地埋式中水回用工程（見圖6）。

廢水來源：學(xué)生公寓生活污水；

處理技術(shù)：膜生物反應(yīng)器；

處理規(guī)模：1500t/d；

進(jìn)水水質(zhì)：COD≤700mg/L，氨氮≤90mg/L，濁度≤900NTU；

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)；

出水水質(zhì)：COD≤30mg/L， 氨氮≤6mg/L，濁度≤1NTU；

回用用途：綠化、沖洗廁所；

運(yùn)行成本：0.8元/t水；

噸水電耗：0.55kW·h/t水；

圖6 北京某大學(xué)地埋式中水回用工程

（3）北方某小區(qū)中水處理回用工程（見圖7）。

廢水來源：小區(qū)生活污水及雨水；

解決方案：采用一體化膜生物反應(yīng)器設(shè)備；

處理規(guī)模：200t/d；

出水去向：綠化、景觀用水；

進(jìn)水水質(zhì)：COD≤400mg/L，BOD5≤220mg/L，氨氮≤40mg/L；

出水水質(zhì)：COD≤50mg/L， BOD5≤12mg/L，氨氮≤1mg/L；

運(yùn)行成本：0.7元/t水；

噸水電耗：0.6kW·h/t水。

圖7 北京某小區(qū)中水處理回用工程

3 結(jié)論

隨著我國城市化速度的不斷加快，水資源匱乏的矛盾日益突出，雨水的資源化利用與中水回用的研究與實踐已逐漸成為緩解水資源緊缺的一種重要途徑。由于落水下墊面和匯水地形的差異，將雨水分為路面雨水、屋面雨水、綠地及透水性鋪地等其他雨水，采取分類收集分散處理的方式，再集中進(jìn)行利用，并輔以雨水滲透系統(tǒng)，是一種對雨水進(jìn)行綜合利用的有效模式。住宅小區(qū)中水回用、建筑中水回用屬于封閉式污水再生回用系統(tǒng)，其集流的污水水質(zhì)有優(yōu)質(zhì)排水(不含糞便和廚房污水)、雜排水(除糞便污水以外的生活污水)和生活污水3種，經(jīng)再生處理后的水質(zhì)應(yīng)達(dá)到生活雜用水水質(zhì)，供生活洗滌、沖洗便器、綠化和澆灌道路等方面使用。中水回用技術(shù)以生物處理工藝為主，膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題，不僅可以極大地提升處理效率，同時可以縮短工藝流程，減少占地面積，出水質(zhì)量高且穩(wěn)定，可直接回用。

[1]中國建筑科學(xué)研究院等編.綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)(G B 50378)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]何強(qiáng)，柴宏祥.綠色建筑小區(qū)雨水資源化綜合利用技術(shù)[J].環(huán)境工程學(xué)報，2008，2(2)：205~207.

[3]北京市城市節(jié)約用水辦公室.節(jié)水新技術(shù)與示范工程實例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[4]車伍，李俊奇.城市雨水利用技術(shù)與管理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

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Strategy and technology of rainwater utilization and recycled wastewater reuse for residential community

ZHENG Wei1,CHEN Lvjun1，2
（1.Department of Environment of Zhejiang Tsinghua University Yangtze Delta Region Institute,Jiaxing 314016,China;2.Academy of Environment,Tsinghua University,Beijing 100084,China）

Rainwater utilization and domestic wastewater recycle for residential community was an important part of the construction of water-saving city and sustainable utilization of water resources.Rainwater collection,rainwater treatment,rainwater utilization,rainwater infiltration technology were integrated and optimized in rainwater utilization technology of residential community,which have advantage of good treatment effect,convenient management,and so on.Domestic wastewater reuse belonged to enclosed wastewater regeneration recycle system.And membrane bioreactor (MBR)technology which covered an area of less,shorted technological process,showed high pollutants removal efficiency,is highly effective wastewater advanced treatment technology for domestic wastewater reuse,

residential community;rainwater utilization;domestic wastewater recycle;MBR

2013－12－09）

X703

A

1674-0912（2014）01-0036-05

鄭煒（1983-），男，碩士研究生，研究方向：水處理工藝技術(shù)研究。