建筑给排水的发展趋势-中水道应用

简介： 介绍了国内外中水处理技术、应用方式、水质标准、费用分析等，并提出笔者的看法。
关键字：中水 污水回用

0　概述

　　在人类即将步入21世纪的时候，当今世界却有80个国家，约20多亿人口面临淡水资源危机，其中26个国家的3亿多人正生活在缺水状态中。预计到2010年，还将增加8个国家，缺水已成为一个世界性的问题。节水是缓解这一问题较现实的办法，而污水回用是一条有效的节水途径。采用建筑中水系统，使污水处理后回用，有着双重意义既可减少污染，又可增加可利用的水资源，有明显的社会效益和经济效益。因此在建筑逐步向绿色生态建筑发展的同时，建筑中水系统成为建筑给排水的一个发展方向。
　　不少国家已着手建筑中水道系统的研究和实施，各国根据自己区域特点确定出适合其国情的中水回用技术。早在1926年，美国亚利桑那州的Crand Canyon国家公园将处理过的废水回用于冲厕所、草地喷水、冷却水和锅炉给水。1960年科罗拉多州修建了一套中水回用系统提供高尔夫球场、公园、高速公路等的景观用水。美国在1975年的中水利用量占总取水量的38.7%，并以每年4%～5%递增。1977年，佛罗里达州建成一套200km长的中水系统为公园、高尔夫球场、校园、住宅区草地、冷却塔提供水源［1］。目前哥伦比亚城有1/3经生物处理的城市污水回用作为城市杂用水；加利福尼亚州约有200余座中水工程，城市污水回用中水量占污水总量的31%。南非温得和克市已建成处理能力为450m3/d的污水回用作中水的系统。印度孟买已建成7座处理能力为150m3/d～250m3/d的中水工程，用于补充空调冷却用水［2］。英国需用淡水量以每年2.5%的比例增长，其给水量的1/3不得不取自含有污水处理后排放河流的河段。前联邦德国70年代时的地面水污染较为严重，所取河滩渗滤水和人工地下水都是地面水经过不同处理后，再经渗滤和回灌地下的。这说明英、德两国的污水回用是客观存在的［3］。日本在1989年有844套中水设施，东京市就有日处理量约为200m3的中水系统建筑物60余座。我国北京市目前已建成首都机场、中国国际贸易中心、清华浴池等几十项中水工程，总设计能力约3 000m3/d。大连、天津、青岛、太原、深圳等城市也先后建成一系列中水工程。《北京市中水设施建设管理试行办法》规定：新建的面积20 000m2以上的旅馆、饭店、公寓等；新建的面积30 000m2以上的机关、科研单位、大专院校、大型文化体育建筑等；按规定应配套建设中水设施的住宅小区、集中建设区等都应配套建设中水设施，现有建筑属前两项的可根据条件逐步配建中水设施。

1　中水水源及用途

　　中水水源可取自生活污水和冷却水，一般可按下列顺序取舍：冷却水→沐浴排水→盥洗排水→洗衣排水→厨房排水→厕所排水。医院污水不宜用作中水水源。中水水源可分为3类［4］：A 不含厨、厕排水，以冷却水、雨水、洗浴水为主的优质杂排水；B 含厨房排水的杂排水；C 杂排水+厕所排水。
　　全世界人均用水量约为100L/d。加拿大埃德蒙顿市1994年人均用水量为434L/d，漏水率为4.8%；新加坡1994年人均用水量为135L/d，比1993年增加6.5%，漏水率为8%；1981年日本东京都人均用水量为250L/d，千叶县人均用水量为205L/d；广州市1997年为350L/d［5～6］。根据不同的处理程度、出水指标和各用途的用水水质标准，中水可作不同的用途，见表1。中水的最大用途是冲洗厕所，占使用量的90%以上。以东京都为例，冲厕用水为90.6%，冷却用水为3.0%，消防用水为2.4%，洗车用水为1.2%，清扫用水为1.2%，绿化用水为0.7%，其它0.9%。

表 1　各种用途用水水质标准

用　途 冲洗厕所 空调冷却 洗车、消防 洒　水 北京中水
水质标准 国　家 美国 日本 美国 日本 美国 日本 美国 日本 浊度/NTU 20 ＜5～30 10 ＜10 10 ＜5～15 20 ＜5～25 — pH — 5.8～9.0 — 5.8～9.0 — 5.8～9.0 — 5.8～9.0 6.5～9.0 CODCr/mg/L — ＜20～60 — ＜20～60 — ＜20～60 — ＜20～60 50 余氯/mg/L — — — — — ＞0.2 — ＞0.2 管网末端＞0.2 硬度/(以CaCO3计)mg/L — ＜300～500 300 ＜300 — ＜200～500 — ＜300～500 — 悬浮物/mg/L 　 　 　 　 　 　 　 　 10 蒸发残渣/mg/L — ＜500～1 000 800 ＜300 500 ＜500 — ＜1 000 — 氨氮/mg/L — ＜20 — ＜20 — ＜10 — ＜10 — ABS/mg/L ＜1 ＜2 ＜1 ＜1 ＜1 ＜1 ＜1 ＜1～2 ＜2 大肠杆菌/个/L — 0～1 — — — 0～1 — 0～1 ＜3 细菌总数/个/mL — ＜100 — — — — — — ＜100 BOD5/mg/L — ＜10～20 — ＜10 — ＜10 8 ＜10 ＜10 色度/度 40 ＜10～50 30 无不快感 30 ＜20～30 30 ＜20～50 ＜40 　　注：嗅除北京中水水质标准为无不快感外，其他各种用途用水水质标准皆为无异臭味。2　处理工艺流程与水质

　　中水原水水质不同，处理流程也不一样。我国一般采用以下几种中水处理流程［7］：
　　流程1(物化处理为主)适用于A、B类原水
　　　原水→格栅→调节池→混凝处理或气浮→过滤→消毒→中水
　　流程2(生化处理为主)适用于A、B类原水
　　　原水→格栅→调节池→生物处理→沉淀→过滤→消毒→中水
　　流程3(二段生化处理)适用于B、C类原水
　　　原水→格栅→调节池→一段生物处理→沉淀→二段生物处理→沉淀→过滤→消毒→中水
　　流程4(物化+生化处理)适用于B、C类原水
　　　原水→格栅→调节池→混凝处理或气浮→沉淀→生物处理→沉淀→过滤→消毒→中水
　　日本、美国、南非等国还采用活性炭吸附、臭氧消毒、反渗透等方法进行中水处理，其中日本在中水处理及应用方面较为突出，一些实例［8～9］见表2。日本中水原水多为生活杂排水，也有试验用水和研究用水。处理流程中多采用了活性炭吸附和混凝沉淀法。我国80年代起建立了一些中水回用试点工程并逐步推广，主要采用物化与生化相结合的方法，其实例［10～11］见表3。

表 2　日本中水处理利用实例

单位名称 中水用途 原水水质 处理量/m3/d 处理流程 出水水质 东京工业大学长津田地区 研究用水

冲厕用水 生活杂排水pH 7.7，SS 250，BOD 200，COD 150，硬度614，氨氮19 1 200 原水→活性污泥→生化脱氮→混凝沉淀→砂滤→活性炭吸附 栗田工业会社大楼 冲厕用水 冷却水pH 7.7～8.1
BOD 33～84
电导率390～840 100 原水→快滤→消毒 pH 5.8～8.0
BOD 20～60
电导率 ＜823 A制造会社总部大楼 冲厕用水 生活杂排水BOD 200，COD 150，SS 250 140 原水→油水分离→旋转圆盘→快滤→活性炭吸附 BOD 5，COD 5，SS 1 日本住宅公寓芝山住宅区 冲厕用水
垃圾箱
冲洗用水 生活杂排水 最大161 原水→活性污泥→混凝沉淀→砂滤→臭氧处理→活性炭吸附 pH 5.8～8.6，BOD 10，COD 20，SS 5 神户制钢所机械研究所化学部门研究楼 试验用水
冷却水 研究楼排水 140 试验用水→中和→混凝沉淀→反渗透→活性炭吸附→再利用
冷却水→砂滤→再利用 pH 6.7，电导率 65，COD ＜0.5，TDS 49，Ca 6.8，Mg 1.8，Cl- 15.9 横兵国立大学 冲厕用水
冷却水 试验排水BOD 20，COD 20，SS 20 500 原水→过滤→调节pH→混凝沉淀→2次过滤→活性炭吸附→臭氧杀菌 BOD ＜5
COD ＜5
SS ＜5 大阪市公园局 二级出水 城市环境用水 10 000 二级出水→快滤→去除ABS→消毒 东京都中央市场 芝浦处理厂
二级出水 清扫　水池
洗车　冷却水 150 二级出水→过滤 　　注：表2、表3中SS、COD、BOD、TDS、Cl-、各种金属含量、硬度、氨氮含量的单位是mg/L；电导率的单位是μS/cm；大肠杆菌的单位是个/L。

表 3　中国中水处理利用实例

单位名称 中水用途 原水水质? 处理量/m3/d 处理流程 出水水质 北京结核病医院 冲厕所、绿化、洗车、景观、施工用水 二级处理出水COD 40～50，BOD 10～20，SS 30～40，氨氮 4～10，余氯 6～8，大肠杆菌＜500 200 二级出水→调节池→管道反应器→平流沉淀池→过滤→消毒 COD 12～28，BOD 1.6～16，余氯 0.8～2，大肠杆菌＜5 首都机场 冲厕所、绿化 二级处理出水COD 24.1，BOD 9.7，SS 18.7 960 二级出水→调节池→管道反应器(消毒)→平流沉淀池→过滤→消毒 COD 12，BOD 1.1，SS 4.5 北京市劲松宾馆 冲厕所、绿化、景观、喷泉 浴室宾馆淋浴水COD 33～103，BOD 50～80，ABS 1～2.7，大肠菌2 500，油脂 20.5～33.5，SS 200～318 120 原水→曝气调节池→一级接触氧化→二级接触氧化→纤维球过滤 余氯 0.5～1，COD 1～20，BOD 0.75～10，ABS 0.08～1，大肠杆菌＜3，油脂 0.3～1，SS＜5 北京市万泉公寓 冲厕所、绿化、洗车 洗浴水COD 150，BOD 80，SS 60 120 原水→调节池→接触氧化→沉淀→过滤→消毒 COD＜50，BOD＜10，SS＜10 北京市亚洲大酒店 冲厕所、绿化、洗车、景观 洗浴水COD 150，BOD 80，SS 60 120 原水→格栅→调节池→混凝过滤→生物活性炭→消毒 出水达北京市规定的标准 国际服务中心 冲厕所、绿化、洗车 SS 100～150，BOD 100～150 1 500 原水→调节池→曝气池→混凝沉淀→砂滤→活性炭吸附→消毒 SS＜5，BOD＜5，余氯＜1

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