基于案例的雨水回用系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

顧蔚華

（上海建科造價(jià)咨詢有限公司， 上海 200032）

0 引 言

城市的擴(kuò)張不可避免地導(dǎo)致了不透水地面面積的增加和地表雨水徑流系數(shù)及徑流量的相應(yīng)提高，因此需加大排水系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模和投資資金來排放雨水。同時(shí)，由于減少了雨水的地下滲入量，地下水得不到充分的涵養(yǎng)，對城市的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了非常不利的影響。據(jù)資料顯示，目前全國 60 多個(gè)城市日平均缺水 100 萬 m3，造成全國年財(cái)政收入減少 20億元。在 20 世紀(jì) 70 年代末，各國開始逐漸重視雨水的回收利用，特別是城市建筑中的雨水收集、滲透與利用技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。雨水回用工程實(shí)施以后，能提高水資源的重復(fù)利用率，有效緩解國家水資源缺失的現(xiàn)狀，增加水資源的真實(shí)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。雨水回用系統(tǒng)還能減少為了消除雨水污染而造成的社會(huì)損失，節(jié)約城市排水設(shè)施的運(yùn)行費(fèi)用。因此，對雨水回收利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 雨水回收系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和基本工藝

雨水回用的基本方案是：經(jīng)過雨水處理系統(tǒng)處理后儲(chǔ)備在清水池中，一般用作展館內(nèi)盥洗、廁所沖洗、道路澆灑、綠地澆灑、地板清潔、建筑物清洗及少量景觀水體置換補(bǔ)充用水。

根據(jù)具體項(xiàng)目用水方案，來確定雨水處理系統(tǒng)的處理后水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。目前，雨水回收系統(tǒng)的基本工藝有生化處理工藝、物化方法和膜生物反應(yīng)器工藝。

傳統(tǒng)的生化處理工藝(生化處理+沉淀過濾+消毒工藝)的工藝技術(shù)比較成熟、穩(wěn)定，掌握程度高，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)低，初期造價(jià)低。但傳統(tǒng)生化處理系統(tǒng)的污泥濃度不高、污泥負(fù)荷較低，加上二沉池的水力負(fù)荷限制，占地面積較大、處理工藝流程長；同時(shí)工藝自身耗水較多，產(chǎn)生的化學(xué)污泥易引起二次污染。

采用物化方法(混凝沉淀+膜分離＋消毒工藝)不會(huì)產(chǎn)生生化法那樣的氣味，污泥量少、操作方便。但是，膜分離技術(shù)會(huì)出現(xiàn)初期產(chǎn)水水質(zhì)高而隨著運(yùn)行出現(xiàn)出水水質(zhì)逐漸惡化的現(xiàn)象。如果采用反滲透技術(shù)，則對進(jìn)水水質(zhì)要求高、預(yù)處理復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高。

膜生物反應(yīng)器工藝(MBR)使用得最多。其工藝簡單，無需設(shè)置二沉池，對污染物的去除率高，能夠高效固液分離，出水水質(zhì)良好。膜的高效截留作用能延長污泥齡(SRT)，大大減少污泥處置的費(fèi)用，還能提高對氨氮的去除率。膜生物反應(yīng)器工藝的一次設(shè)備投資低于其他工藝，但是處理成本(包括電費(fèi)、藥劑、人工費(fèi)及膜更換費(fèi)用)高于傳統(tǒng)生物處理及物化工藝。隨著膜分離技術(shù)的不斷發(fā)展和新型膜材料的開發(fā)研制，處理成本將會(huì)逐步下降。

經(jīng)過這幾種雨水處理系統(tǒng)的處理，所得到的水能基本滿足用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 雨水回用工程實(shí)例的初步經(jīng)濟(jì)效益和財(cái)務(wù)效益分析

本節(jié)通過調(diào)研三個(gè)不同類型的工程實(shí)例，了解各個(gè)工程雨水系統(tǒng)的主要設(shè)備并計(jì)算其造價(jià)，運(yùn)用工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的方法來對雨水回用系統(tǒng)進(jìn)行初步經(jīng)濟(jì)效益和財(cái)務(wù)效益分析。

2.1 項(xiàng)目A

2.1.1 項(xiàng)目A概況

現(xiàn)有華東地區(qū)某公建項(xiàng)目 A，用地面積 13 222 m2，總建筑面積 21 814 m2，建筑基底面積 3 294 m2。本項(xiàng)目通過收集屋面及下沉式庭院的雨水，經(jīng)過凈化處理，用作綠化、道路澆灑、垃圾房及廚房地面沖洗、冷卻塔補(bǔ)水及水景池用水；雨季時(shí)水景池兼做雨水收集池。本項(xiàng)目收集的雨水來自屋面及下沉式庭院。大部分屋面為綠化屋面，徑流系數(shù)為 0.4，屋頂面積為 3 500 m2，年可收集雨水量 1 630.3 m3。下沉式庭院及側(cè)墻面積 1 550 m2，地面徑流系數(shù)為 0.9，年可收集雨水量1 624 m3。

本項(xiàng)目水處理流程為：屋頂花園滲透→雨水管收集→雨水蓄水池→絮凝劑→全自動(dòng)砂濾系統(tǒng)→次氯酸鈉消毒→清水池→供水水泵→冷卻塔、綠化噴灌、道路澆灑、垃圾房及廚房地面沖洗等。

根據(jù)工程措施分析，該小區(qū)的雨水回用系統(tǒng)中的主要設(shè)施及構(gòu)筑物型號、構(gòu)造尺寸及造價(jià)如表 1 所示。

表1 項(xiàng)目A主要設(shè)備及造價(jià)構(gòu)成表

2.1.2 項(xiàng)目A初步經(jīng)濟(jì)效益和財(cái)務(wù)效益分析

(1)初步經(jīng)濟(jì)分析。工程建成后，該項(xiàng)目平均每年處置的總水量為 5 344.5 m3，工程造價(jià)為 353 223 元，假設(shè)折舊期為30 年(不計(jì)殘值)，每年的折舊費(fèi)為 1.18 萬元。

(2)年運(yùn)營階段費(fèi)用分析。

①藥劑費(fèi)。藥費(fèi)主要為 10%NaClO 和絮凝劑的費(fèi)用，約為 0.10 元/t 水。年處理水能力為 5 344.5 m3，故藥劑費(fèi)用為534.45 元。

②處理系統(tǒng)動(dòng)力費(fèi)用。上海市夏季電價(jià)在每年 7 月 1日至 9 月 30 日執(zhí)行。分時(shí)電價(jià)分兩段：峰段為 6：00～22：00，谷段為 22：00～次日 6：00(不分季)。辦公樓用電屬二類用戶。非夏季分時(shí)電價(jià)：峰價(jià)為 1.019 元/kW·h，谷價(jià)為 0.488 元/kW·h。夏季分時(shí)電價(jià)：峰價(jià)為 1.044 元/kW·h，谷價(jià)為 0.513 元/kW·h。

正常運(yùn)行功率 22.892 kW。白天運(yùn)行由于電費(fèi)差別不大，故取 1.019 元/kW·h，功率因數(shù)：0.8。

22.892 /24×1.019×0.8/10=0.078 元/t 水

所以系統(tǒng)動(dòng)力費(fèi)用為 416.87 元。

③維修費(fèi)：根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，維修費(fèi)平均約0.05 元/t 水，維修費(fèi)為 267.23 元。

年運(yùn)行總費(fèi)用為 1 218.55 元(根據(jù)水質(zhì)波動(dòng)，運(yùn)行成本可能會(huì)在+15% 內(nèi)波動(dòng))。

2.2 項(xiàng)目B

2.2.1 項(xiàng)目B概況

總用地面積 10 312 m2，總建筑面積 54 338 m2；項(xiàng)目設(shè)計(jì)年平均降雨量 1 200 mm。本項(xiàng)目將屋面雨水收集并經(jīng)過濾后，用作綠化澆灑用水，以達(dá)到減少市政自來水用量的目的。在雨水收集箱(22.5 m3)儲(chǔ)存滿水的情況下，約能滿足一周綠化澆灑用水的需求。

項(xiàng)目雨水收集利用的工藝流程(見圖 1)。

圖1 項(xiàng)目雨水收集利用的工藝流程

根據(jù)工程措施分析，該項(xiàng)目的雨水回用系統(tǒng)中主要設(shè)施及構(gòu)筑物型號、構(gòu)造尺寸及造價(jià)如表 2 所示。

表2 項(xiàng)目B主要設(shè)備及造價(jià)構(gòu)成表

2.2.2 項(xiàng)目B初步經(jīng)濟(jì)效益和財(cái)務(wù)效益分析

(1)初步經(jīng)濟(jì)效益。工程建成后，該項(xiàng)目平均每年處置的總水量為 4 561.2 m3, 工程造價(jià)為 313 918.17 元，假設(shè)折舊期為 30 年(不計(jì)殘值)，每年的折舊費(fèi)為 1.05 萬元。

(2)年運(yùn)營階段費(fèi)用分析。

①藥劑費(fèi)。藥費(fèi)主要為 10%NaClO 和絮凝劑的費(fèi)用，約為 0.10 元/t 水。年處理水能力為 4 561.2 m3，故藥劑費(fèi)用為456.12 元。

②處理系統(tǒng)動(dòng)力費(fèi)用。上海市夏季電價(jià)在每年 7 月 1日至 9 月 30 日執(zhí)行。分時(shí)電價(jià)分兩段：峰段為 6：00～22：00，谷段為 22：00～次日 6：00(不分季)。辦公樓用電應(yīng)屬二類用戶。非夏季分時(shí)電價(jià)：峰價(jià)為 1.019 元/kW·h，谷價(jià)為 0.488 元/kW·h。夏季分時(shí)電價(jià)：峰價(jià)為 1.044 元/kW·h，谷價(jià)為 0.513 元/kW·h。

正常運(yùn)行功率 15.83 kW。白天運(yùn)行由于電費(fèi)差別不大，故取 1.019 元/kW·h，功率因數(shù)：0.8。

15.83 /24×1.019×0.8/10=0.054 元/t 水

所以系統(tǒng)動(dòng)力費(fèi)用為 246.30 元。

③維修費(fèi).根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，維修費(fèi)平均約 0.05 元/t水，維修費(fèi)為 228.06 元。

年運(yùn)行總費(fèi)用為 930.48 元(根據(jù)水質(zhì)波動(dòng)，運(yùn)行成本可能會(huì)在+15% 內(nèi)波動(dòng))。

2.3 項(xiàng)目C

2.3.1 項(xiàng)目C概況

總建筑面積 27 000 m2，年用水總量為 20 149.5 m3；其中可采用非傳統(tǒng)水源供水綠化噴灌及道路澆灑等的總量為2 354.3 m3，占總用水量的 11.7%。建筑物屋面及場地雨水經(jīng)雨水斗、管道、雨水口收集后，經(jīng)棄流設(shè)施儲(chǔ)存于雨水收集池；處理達(dá)標(biāo)后供綠化、道路澆灑等用水，其不足部分由自來水自動(dòng)補(bǔ)充。同時(shí)，采取防止生活飲用水被污染的措施，在區(qū)域內(nèi)安裝一套雨水回用系統(tǒng)。部分屋面雨水經(jīng)初期棄流后，將進(jìn)入地下雨水收集池(有效容積為 50 m3)；經(jīng)膜處理后，進(jìn)入清水池(有效容積為 20 m3)。最后由加壓泵加壓后，供綠化澆灑用水。清水池上同時(shí)設(shè)置自來水補(bǔ)水管并設(shè)有液位控制，在雨水量不能滿足要求的情況下，利用自來水作為綠化澆灑備用水源。

工藝采用：屋面雨水→初期雨水棄流→雨水蓄水池沉淀→膜處理(消毒)→雨水清水池。

根據(jù)工程措施分析, 該項(xiàng)目的雨水回用系統(tǒng)中主要設(shè)施及構(gòu)筑物型號、構(gòu)造尺寸及造價(jià)如表 3 所示。

表3 項(xiàng)目C主要設(shè)備及造價(jià)構(gòu)成表

2.3.2 項(xiàng)目C初步經(jīng)濟(jì)效益和財(cái)務(wù)效益分析

(1)初步經(jīng)濟(jì)效益。工程建成后，該項(xiàng)目平均每年處置的總水量為 2 354.3 m3，工程造價(jià)為 260 288.67 元。假設(shè)折舊期為 30 年(不計(jì)殘值)，每年的折舊費(fèi)為 0.87 萬元。

(2)年運(yùn)營階段費(fèi)用分析。

①藥劑費(fèi)。藥費(fèi)主要為 10%NaClO 和絮凝劑的費(fèi)用，約為 0.10 元/t 水。年處理水能力為 2 354.3 m3，故藥劑費(fèi)用為235.43 元。

②處理系統(tǒng)動(dòng)力費(fèi)用。上海市夏季電價(jià)在每年 7 月 1日至 9 月 30 日執(zhí)行。分時(shí)電價(jià)分兩段：峰段為 6：00～22：00，谷段為 22：00～次日 6：00(不分季)。辦公樓用電應(yīng)屬二類用戶。非夏季分時(shí)電價(jià)：峰價(jià)為 1.019 元/kW·h，谷價(jià)為 0.488 元/kW·h。夏季分時(shí)電價(jià)：峰價(jià) 1.044 元/kW·h，谷價(jià) 0.513 元/kW·h。

正常運(yùn)行功率 9.16 kW。白天運(yùn)行，由于電費(fèi)差別不大，故取 1.019 元/kW·h，功率因數(shù)：0.8。

9.16 /24×1.019×0.8/10=0.031 元/t 水

所以系統(tǒng)動(dòng)力費(fèi)用為 72.98 元。

③維修費(fèi)。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，維修費(fèi)平均約0.05 元/t 水，維修費(fèi)為 117.72 元。

年運(yùn)行總費(fèi)用為 426.13 元(根據(jù)水質(zhì)波動(dòng)，運(yùn)行成本可能會(huì)在+15% 內(nèi)波動(dòng))。

3 基于工程實(shí)例的雨水回用系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)三個(gè)項(xiàng)目的工程信息、效益與運(yùn)營成本的組成情況，分析并制作表 4。

表4 雨水系統(tǒng)綜合表

根據(jù)表 4 縱向比較不難看出，雨水回用系統(tǒng)的財(cái)務(wù)收益、經(jīng)濟(jì)效益及運(yùn)行費(fèi)用都與系統(tǒng)年處理水量基本成正相關(guān)。說明雨水系統(tǒng)的一系列關(guān)于經(jīng)濟(jì)的評價(jià)與雨水系統(tǒng)年處理水量的大小密切掛鉤，即：雨水系統(tǒng)年處理水量是評價(jià)該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)情況的最為核心的指標(biāo)。

根據(jù)表 4 橫向比較來看，雨水系統(tǒng)年處理水量與工程造價(jià)也存在一定的正相關(guān)關(guān)系，而處理 1 m3水的工程造價(jià)也與雨水系統(tǒng)的工程造價(jià)有一定負(fù)相關(guān)的關(guān)系。因此，將工程造價(jià)作為自變量，將年處理水量和處理 1 m3水的工程造價(jià)分別作為因變量，模擬得到函數(shù)關(guān)系(如圖 2 和圖 3 所示)。

圖2 雨水系統(tǒng)工程造價(jià)與年處理水量關(guān)系圖

圖3 雨水系統(tǒng)工程造價(jià)與處理1m3水的工程造價(jià)的關(guān)系圖

從圖 2 和圖 3 中可以清晰地看出，當(dāng)工程造價(jià)增大時(shí)，年處理水量以對數(shù)關(guān)系上升，處理 1 m3水的工程造價(jià)以指數(shù)關(guān)系下降；兩條擬合趨勢線的擬合度 R2都很高。說明它們之間的關(guān)系變化是客觀存在的，也反映出了雨水回收利用系統(tǒng)有一定的規(guī)模效應(yīng)，即：當(dāng)投入增大時(shí)，單位成本減少，單位收益增加。由此可見，在大型公共建筑使用雨水回收利用系統(tǒng)相對經(jīng)濟(jì)合理，對節(jié)能環(huán)保也有重要的正效應(yīng)。

4 結(jié) 語

本文通過總結(jié)計(jì)算三個(gè)代表性工程案例的經(jīng)濟(jì)效益和財(cái)務(wù)狀況，研究雨水系統(tǒng)造價(jià)與運(yùn)行管理費(fèi)用的相關(guān)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，大型的雨水回收利用項(xiàng)目對社會(huì)資源的利用更加合理，對生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)更大。因此，在大型項(xiàng)目中(如大型公共建筑)采用雨水回收利用系統(tǒng)，是較為科學(xué)經(jīng)濟(jì)的。

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