中水回用技術(shù)在建筑項(xiàng)目中運(yùn)用研究*

魏志勇

(甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 蘭州 730030)

中水回用技術(shù)是指將城市居民生活廢水、污水集中處理后,滿足一定安全標(biāo)準(zhǔn),再回用到小區(qū)綠化澆灌、道路清洗等,以此實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水的目標(biāo)。中水作為城市水源之一,具有水量大、可就地采取的特點(diǎn)。站在現(xiàn)實(shí)角度來看,做好中水回用,有利于解決城市廢水處理難題,緩解城市的用水荒,是推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展的重要對(duì)策。

1 建筑小區(qū)污水來源

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,建筑小區(qū)的服務(wù)功能越來越豐富,比如住宅、娛樂設(shè)施等,但也正因此,導(dǎo)致小區(qū)污水來源更加復(fù)雜,污水性質(zhì)更加惡劣。例如:沐浴廢水,有機(jī)物濃度較低,皂液含量偏高;廚房廢水,油脂懸浮物濃度較高;便溺水,細(xì)菌濃度較高。此類污水外觀較為渾濁,水中含有一定浮油,容易發(fā)生惡化,若處理不夠及時(shí),會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生變黑、散發(fā)惡臭等問題。

2 中水回用技術(shù)探究

通常來說,中水會(huì)根據(jù)實(shí)際用途的差異性分為以下幾種處理方式:一是將其處理至飲用水標(biāo)準(zhǔn),從而直接應(yīng)用到日常生活,實(shí)現(xiàn)水資源的回收再利用,適用于水資源極度缺乏的地區(qū),但投資相對(duì)較高,且工藝流程較為復(fù)雜;二是將其處理至非飲用水標(biāo)準(zhǔn),用于不與人體直接接觸的用水,例如便器沖洗、綠化澆灑、消防等。在實(shí)際應(yīng)用過程中需要切實(shí)滿足水質(zhì)安全要求,比如:符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),要求大腸菌群數(shù)、懸浮物、磷化物等指標(biāo)合格;滿足人們感觀要求,避免產(chǎn)生臭味、濁度超標(biāo);符合設(shè)備構(gòu)造要求,防止水質(zhì)引發(fā)設(shè)備腐蝕、結(jié)垢等。

2.1 物理法

物理法可以理解為借助機(jī)械設(shè)備將廢水內(nèi)的懸浮物雜質(zhì)去除,比如:膜濾法,通常適用于水質(zhì)變化較大的情況,需要在外力作用下,使被分離的溶液以一定速度沿濾膜表面流動(dòng),使溶液中溶劑、無機(jī)離子經(jīng)過濾膜進(jìn)入低壓側(cè),之后作為濾液排出。

2.2 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法是指將物理法與化學(xué)法有機(jī)結(jié)合,借助化學(xué)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、分離與回收,常用于工業(yè)廢水的處理。比如混凝、催化氧化、電解等。其中混凝法是指在現(xiàn)有混凝劑結(jié)構(gòu)加入新的基團(tuán),或?qū)⒕酆衔锱c化合物結(jié)合,形成能夠與污染物高效結(jié)合的復(fù)合混凝劑,進(jìn)而去除水中溶解性有機(jī)物。吸附法則是采用活性炭等吸附劑,實(shí)現(xiàn)污染物的清除,其優(yōu)勢(shì)在于出水水質(zhì)良好、吸附速度快,但也存在預(yù)處理復(fù)雜、材料投資大的不足之處。至于催化氧化法則適用于有機(jī)量較高的污水,相較于其他化學(xué)法,具有氧化徹底、操作便捷的優(yōu)勢(shì),但也存在催化劑價(jià)格偏高的問題。

2.3 生物法

生物法是指借助微生物的新陳代謝實(shí)現(xiàn)污水內(nèi)膠體狀有機(jī)污染的處理,主要分為:①好氧生物處理法,是指利用好氧微生物在氧氣環(huán)境下,能夠進(jìn)行生物代謝實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解的處理方法;②厭氧生物處理法,是指利用兼性厭氧菌將污水大分子有機(jī)物降解為低分子化合物,再轉(zhuǎn)化為二氧化碳的污水處理方法。若依照微生物在水中的狀態(tài),還可將生物法細(xì)分為:①活性污泥法,是以活性污泥為主體的廢水生物處理方法,可以將廢水與活性污泥混合攪拌并曝氣,使有機(jī)污染物得到分解,使生物固體被分離出來,再根據(jù)實(shí)際需要將部分回流至曝氣池。②生物膜法,是污水土壤自凈過程的一種強(qiáng)化處理,比如高負(fù)荷生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等。③自然處理法,比如土地處理等。

3 膜-生物接觸氧化法的應(yīng)用原理

膜-生物接觸氧化法是指從生物膜法衍生出的一種廢水生物處理法,同樣是利用生物膜上的微生物作用,使污水得到凈化。該方法主要采用與曝氣池一致的曝氣方法,用于提供微生物所需氧量,從而起到攪拌與混合的作用。同時(shí)在曝氣池內(nèi)加入填料,以供微生物附著生長,可以理解為一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物處理法,并兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。具體的工藝流程為污水→調(diào)節(jié)池→膜生物反應(yīng)器→消毒→清水池→回用。

在應(yīng)用膜-生物接觸氧化法時(shí),需要與其他生物污水工藝進(jìn)行適當(dāng)融合,相較于傳統(tǒng)的污水處理方法來說,不僅具有處理效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、能夠?qū)崿F(xiàn)水力停留時(shí)間與污泥齡的徹底分離的優(yōu)勢(shì),還具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、剩余污泥產(chǎn)量少,有助于部分微生物的培養(yǎng),同時(shí)系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)化控制,設(shè)備化水平較高。該工藝能夠有效替代以往采用的活性污泥二沉池,通過將膜分離技術(shù)作為固液分離的手段,使微生物完成污染物的降解,并在壓力作用下,將膜過濾出水作為系統(tǒng)出水,而微生物也能在生物反應(yīng)器當(dāng)中實(shí)現(xiàn)富集。此外,由于膜本身具有一定的截留效果,因此膜-生物接觸氧化法可以在低水力停留時(shí)間下完成污水凈化操作,保證去除率在90%以上。

4 工程案例

筆者將以某地方住宅小區(qū)作為研究對(duì)象,其建筑面積大約在40 000 m2,綠化占比達(dá)到30%,日常情況下,排水、用水、中水間的關(guān)系表現(xiàn)為:最大日排水量=0.9×最大日用水量,最大日中水原水量=最大日排水量,單位為m3/d。

至于中水水源則主要表現(xiàn)為生活廢水,比如洗浴、廚房排水等,具體的可收集中水原水量為:廚房,用水量標(biāo)準(zhǔn)30 L/人/d,日給水量22.8 t/d,日排水量27 t/d,日中水原水量27 t/d;洗浴,用水量標(biāo)40 L/人/d,日給水量30.4 t/d,日排水量36 t/d,日中水原水量36 t/d;廁所,用水量標(biāo)準(zhǔn)40 L/人/d,日給水量30.4 t/d,日排水量27.4 t/d,日中水原水量27.4 t/d。

4.1 建筑規(guī)模

中水回用工藝應(yīng)用過程中需要涉及以下設(shè)備:污水處理設(shè)施,要求設(shè)施的處理能力依照以下公式進(jìn)行計(jì)算:

其中:Q——設(shè)施處理能力,m3/d;

Q1——經(jīng)過水平平衡后的中水原水量,m3/d;

t——中水設(shè)備的每日運(yùn)行時(shí)間,h;

N——設(shè)施的耗水系數(shù),通常取10%,若實(shí)施處于每天24 h不間斷運(yùn)行,則N 取值為0.2。

經(jīng)計(jì)算后,設(shè)施處理能力趨近于100 t/d;調(diào)節(jié)池,一般情況下,調(diào)節(jié)池的容積需要結(jié)合日處理水量的50%進(jìn)行計(jì)算;中水貯存池,其容積要結(jié)合日中水量的35%進(jìn)行計(jì)算[1]。

4.2 進(jìn)出水水質(zhì)要求

中水處理系統(tǒng)對(duì)進(jìn)出水水質(zhì)的要求表現(xiàn)如下:進(jìn)水,化學(xué)耗氧量300 mg/L,生化需氧量200 mg/L,懸浮物濃度250 mg/L;進(jìn)水,化學(xué)耗氧量50 mg/L,生化需氧量10 mg/L,懸浮物濃度10 mg/L,色度30度,濁度5度。

4.3 工藝比選

(1)方案一,傳統(tǒng)活性污泥法,其工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程

該方法的優(yōu)勢(shì)在于處理形式已得到大量實(shí)踐應(yīng)用,因此工藝技術(shù)成熟度較高,能夠有效完成脫氮除磷,但也存在工藝路線較長,工藝構(gòu)筑物占地面積較大的問題,且運(yùn)行管理相對(duì)復(fù)雜,基建投資較高。具體投資情況以及運(yùn)行費(fèi)用表現(xiàn)為:工程初期需要設(shè)置中水回用系統(tǒng),約65元/m2,共計(jì)投資130萬元;運(yùn)行費(fèi)用是確定中水價(jià)格的重要依據(jù),比如管網(wǎng)折舊費(fèi)、處理費(fèi)用、人工費(fèi)等。其中管網(wǎng)折舊費(fèi)需依照50年考慮,為0.5元/t,設(shè)備折舊費(fèi)要結(jié)合25年考慮,為0.3元/t,處理費(fèi)則主要包括廠家提供的處理設(shè)備電費(fèi)等,為1元/t。電費(fèi)要結(jié)合市場(chǎng)情況以及工程特點(diǎn)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì),為0.2元/t。人工費(fèi)則為0.4元/t。最終確定總運(yùn)行費(fèi)用為2.43元/t[2]。

(2)方案二,生化法,工藝流程如圖2所示。

圖2 生化法工藝流程

該方法的特點(diǎn)在于工藝較為成熟、設(shè)備投資較高,由于無需采用污分流,因此可以在一定程度上減少管網(wǎng)投資,且原水的時(shí)流量變化較小,但出水水質(zhì)往往只能達(dá)到?jīng)_廁與綠化的要求。具體的投資費(fèi)用以及運(yùn)行費(fèi)用為:46元/m2,總投資共計(jì)95萬元;采用的管網(wǎng)折舊費(fèi)按50年計(jì)算,為0.2元/t。設(shè)備折舊費(fèi)依照25年計(jì)算,為0.3元/t。處理費(fèi),包括廠家提供的設(shè)備電費(fèi)以及污泥處理費(fèi),為1.0元/t。電費(fèi)0.2元/t。人工費(fèi)為0.45元/t,運(yùn)行費(fèi)用總和為2.15元/t。

(3)方案三,膜-生物接觸氧化法,工藝流程如圖3所示。

圖3 膜-生物接觸氧化法工藝流程

該方法的優(yōu)勢(shì)在于污泥產(chǎn)量較少,可以實(shí)現(xiàn)可編程邏輯程序的自動(dòng)化控制,且操作較為便捷,出水水質(zhì)優(yōu)良,不僅能滿足綠化要求,也能用于洗車,但也存在設(shè)備投資較多,膜的更新會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用等不足之處。具體的投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用表現(xiàn)為:56元/m2,總投資共計(jì)110萬元;采用的管網(wǎng)折舊費(fèi)按50年計(jì)算,為0.2元/t。設(shè)備折舊費(fèi)依照25年計(jì)算,為0.5元/t。處理費(fèi),包括廠家提供的設(shè)備電費(fèi)以及膜更新費(fèi),為1.0元/t。電費(fèi)0.2元/t。人工費(fèi)為0.3元/t,運(yùn)行費(fèi)用總和為2.25元/t[3]。

根據(jù)對(duì)上述3種方法的比對(duì)可以發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)污水處理方法雖然設(shè)備費(fèi)相對(duì)較低,但在管網(wǎng)建設(shè)上的支出卻相對(duì)較高,導(dǎo)致初始投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期,由此形成的高額成本,也會(huì)使該方法較低的處理費(fèi)用優(yōu)勢(shì)蕩然無存,因此不適合運(yùn)用在建筑項(xiàng)目的中水處理當(dāng)中。同時(shí)生物法雖然相較于膜-生物接觸氧化法的投資與運(yùn)行成本較低,但優(yōu)勢(shì)并不突出。而膜-生物接觸氧化法的出水水質(zhì)更能滿足用戶的心理預(yù)期,同時(shí)也能最大程度延長供水裝置、器具的使用壽命,能夠保證優(yōu)質(zhì)中水經(jīng)濟(jì)效益的最大化。隨著我國生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新升級(jí),膜組件的價(jià)格也會(huì)越來越低,因此膜-生物接觸氧化法的投資費(fèi)用以及運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)隨之減少。由此可見,站在長遠(yuǎn)利益角度來看,膜-生物接觸氧化法的應(yīng)用價(jià)值更高。

4.4 實(shí)驗(yàn)研究

為了進(jìn)一步完成3種方案的比選,筆者將利用3套實(shí)驗(yàn)設(shè)備開展針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)分析。通過對(duì)住宅小區(qū)進(jìn)行3個(gè)月的監(jiān)測(cè),探究化學(xué)耗氧量、生化需氧量、懸浮物濃度的變化情況。

方案一的進(jìn)水懸浮物去除率達(dá)到93%,出水懸浮物濃度在10 mg/L 左右。出水生化需氧量穩(wěn)定在10 mg/L,去除率達(dá)到95%。出水化學(xué)耗氧量穩(wěn)定在50 mg/L,去除率達(dá)到81%。

方案二的進(jìn)水懸浮物去除率達(dá)到93%,出水懸浮物濃度在10 mg/L 左右。出水生化需氧量穩(wěn)定在10 mg/L,去除率達(dá)到95%。出水化學(xué)耗氧量穩(wěn)定在50 mg/L,去除率達(dá)到83%。

方案三的進(jìn)水懸浮物去除率達(dá)到95%,出水懸浮物濃度在9 mg/L 左右。出水生化需氧量穩(wěn)定在9 mg/L,去除率達(dá)到95%。出水化學(xué)耗氧量穩(wěn)定在50 mg/L,去除率達(dá)到85%。

4.5 方案確定

根據(jù)上述分析后,最終確定采用膜-生物接觸氧化法來進(jìn)行建筑項(xiàng)目的中水回用。

具體應(yīng)用流程為:

原水→格柵→曝氣調(diào)節(jié)池→毛發(fā)聚集器→泵→生物接觸氧化池→豎流式沉淀池→中間水池→快濾池→消毒→超濾膜裝置→清水池→回用。

相較于方案一以及方案二來說,膜-生物接觸氧化法的污水處理時(shí)間更多,微生物濃度更高,由于污泥產(chǎn)量較低,因此無須設(shè)置污泥回流,且出水水質(zhì)較為穩(wěn)定,動(dòng)力消耗更低,能夠?qū)崿F(xiàn)間接運(yùn)行,避免污泥膨脹的問題形成[4]。

5 結(jié)語

綜上所述,通過對(duì)建筑小區(qū)污水來源開展分析討論,闡述常用的中水回用技術(shù)以及膜-生物接觸氧化法的應(yīng)用原理,并以某地方建筑項(xiàng)目作為研究對(duì)象,進(jìn)一步探討收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路徑,以及不同工藝方案的對(duì)比,最終確定膜-生物接觸氧化法。相較于其他技術(shù)來說該方法具有更高的經(jīng)濟(jì)性,且生物活性高、污泥產(chǎn)量低、出水水質(zhì)好、經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良,能夠確保水環(huán)境的有效保護(hù),解決城市水資源短缺與污染問題,最大程度降低小區(qū)的用水成本。