中水回用技術(shù)在江蘇省常州紡織高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院基建中的應(yīng)用

仇金標(biāo) 徐震興 趙明華

(1.江蘇省水利科教中心,南京 210029;2.江蘇省農(nóng)村水利科技發(fā)展中心,南京 210029)

1 引言

中水回用技術(shù)是一項(xiàng)生活污水重復(fù)使用的節(jié)水技術(shù),起步于國(guó)外20世紀(jì)60年代,一些發(fā)達(dá)國(guó)家規(guī)定:新建筑面積3萬(wàn)m2以上,或可回用水量在100m3/d以上,都必須使用中水回用技術(shù);中國(guó)起步較晚,但隨著中國(guó)水資源的日益緊缺,該項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)逐步得到應(yīng)用并推廣,具有極大的發(fā)展前景和生命力。

2 項(xiàng)目概況

江蘇省常州紡織高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院位于江蘇省常州市南部新區(qū),占地面積852畝,在校師生12000多人,該校在新校區(qū)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)初期,就將中水回用技術(shù)系統(tǒng)納入基建計(jì)劃。2006年在新校區(qū)建設(shè)項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí),同步進(jìn)行中水收集回用管網(wǎng)的敷設(shè)施工和地下水池和中水處理站房施工;2007年系統(tǒng)完成設(shè)備安裝調(diào)試投入運(yùn)行;2008年,針對(duì)使用情況進(jìn)行全面的優(yōu)化和完善。目前系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定,運(yùn)行正常,達(dá)到日處理回用中水500t的設(shè)計(jì)指標(biāo),項(xiàng)目取得預(yù)期的效果。

3 中水回用技術(shù)工藝流程設(shè)計(jì)

項(xiàng)目在確定中水水源與設(shè)施設(shè)置位置方面,首先考慮取用學(xué)生公寓優(yōu)質(zhì)生活用水為處理對(duì)象,學(xué)生公寓糞便水不進(jìn)入,因此產(chǎn)生異味源大量減少,對(duì)于處理過(guò)程中少量的沉渣和反沖洗水直接排入市政污水管網(wǎng),不產(chǎn)生固體廢物;同時(shí)中水回用處理設(shè)備選用進(jìn)口設(shè)備達(dá)到有效減少噪音,力爭(zhēng)將環(huán)境的影響降低到最小。經(jīng)過(guò)處理后的中水必須達(dá)到《再生水利用于城市非飲用水控制項(xiàng)目和指標(biāo)限值》。

項(xiàng)目確定新校區(qū)學(xué)生宿舍的內(nèi)部設(shè)施,即每間宿舍設(shè)有獨(dú)立的衛(wèi)生間,并配有一卡通刷卡計(jì)量使用的熱水淋浴器;學(xué)生用水標(biāo)準(zhǔn)為210L/(人?d),實(shí)際約為150L/(人?d),其中,洗浴、洗衣水量約為100L/(人?d),相當(dāng)于中水進(jìn)水量為500m3/d,以此確定中水處理項(xiàng)目規(guī)模。

4 中水回用技術(shù)建設(shè)管理

(1)管材。由于中水處理回用的主要去向是送回學(xué)生宿舍沖廁,回收管為UPVC加筋管;回用總管為球墨鑄鐵管,室內(nèi)為PPR管。

(2)站房建設(shè)。為了減少占地,中水處理站設(shè)計(jì)為地下中水調(diào)節(jié)水池、接觸氧化池和中水儲(chǔ)水池;站房則建在水池上方,鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),可以方便水泵等中水設(shè)備、管線的安裝;縮短了站房管線敷設(shè)距離、減少系統(tǒng)投資。

(3)設(shè)備安裝。中水收集處理回用系統(tǒng)采用PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)中央控制,各個(gè)水池 (中水調(diào)節(jié)水池、接觸氧化池、生化沉淀池、中水儲(chǔ)水池)的液位控制;提升泵、過(guò)濾泵、回供水增壓泵、增氧機(jī)、過(guò)濾及反沖等設(shè)備的運(yùn)行及切換,均通過(guò)可編程控制器根據(jù)液位、壓力、時(shí)序等物理量,實(shí)現(xiàn)自控聯(lián)動(dòng)。同時(shí),控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),必要時(shí)可切換至手動(dòng)控制。各類(lèi)動(dòng)力電器 (電動(dòng)格柵、鼓風(fēng)機(jī)、潛水泵、增壓泵等驅(qū)動(dòng)電機(jī))元件均設(shè)有斷路、短路、缺相、過(guò)流、過(guò)載等保護(hù)功能,整套污水處理設(shè)施無(wú)需專(zhuān)人管理。

(4)中水處理回用系統(tǒng)的流程圖和原理圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 中水回用技術(shù)的系統(tǒng)流程圖

圖2 中水回用技術(shù)的系統(tǒng)流程原理圖

5 中水回用技術(shù)工藝流程

5.1 工藝說(shuō)明

污水由排水系統(tǒng)收集后,進(jìn)入中水處理站的格柵井,去除頭發(fā)等雜物后,進(jìn)入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池中設(shè)置預(yù)曝氣系統(tǒng),對(duì)污水進(jìn)行預(yù)曝氣,再經(jīng)液位控制儀傳遞信號(hào),由提升泵將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的污水送至接觸氧化池,進(jìn)行生化處理;在池中污水中絕大部分有機(jī)污染物通過(guò)生物氧化、吸附得以降解。生化后溢出水自流至下一個(gè)集水池,然后由過(guò)濾泵提升送入砂過(guò)濾器和活性炭吸附器作進(jìn)一步凈化處理;過(guò)濾吸附后中水經(jīng)加次氯酸鈉消毒達(dá)到中水要求;處理后中水排入儲(chǔ)水池,由變頻恒壓供水機(jī)組泵送至使用點(diǎn)和管網(wǎng)回用。

5.2 工藝特點(diǎn)

處理系統(tǒng)核心的接觸氧化部分采用先進(jìn)的微孔曝氣技術(shù),充分提高氧氣的利用率,節(jié)約動(dòng)力,降低運(yùn)行成本。活性炭、石英砂兩級(jí)過(guò)濾器進(jìn)出端水管采用電動(dòng)組合閥控制,真正實(shí)現(xiàn)過(guò)濾和反沖洗全自動(dòng)控制。

本系統(tǒng)電器控制采用PLC可編程控制器全自動(dòng)程序控制,各設(shè)備的運(yùn)行及切換通過(guò)可編程控制器實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)自控聯(lián)動(dòng)。同時(shí),控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),必要時(shí)可切換至手動(dòng)控制。各類(lèi)動(dòng)力電器元件均設(shè)有斷路、短路、缺相、過(guò)流、過(guò)載等保護(hù)功能。系統(tǒng)所有設(shè)備的運(yùn)行狀況都在系統(tǒng)模擬屏上顯示,管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定,高效率的實(shí)現(xiàn)中水的收集處理回用。

5.3 中水處理站建設(shè)和系統(tǒng)主要設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

5.3.1 中水處理站和收集回用管網(wǎng)建設(shè)

(1)站房占地170m2,分地下水池和地上站房?jī)蓪?地下水池中水調(diào)節(jié)池346.5m3;接觸氧化池(生化池)87.5m3;處理后中水儲(chǔ)水池105m3。地上站房面積70m2。分中水處理設(shè)備間、水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析實(shí)驗(yàn)室。

(2)中水回收和處理后中水回用管道隨各宿舍樓和室外道路施工同步敷設(shè),匯集至中水處理站,即所有樓宇均為兩套給排水管線。

5.3.2 中水回用系統(tǒng)主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

(1)自動(dòng)電動(dòng)機(jī)械格柵。

1)外形尺寸:800mm×1200mm。

2)柵隙:2mm細(xì)格柵,有效地?cái)r截原水中毛發(fā)等的雜物。

3)材質(zhì):不銹鋼。

4)數(shù)量:1臺(tái)。

(2)中水調(diào)節(jié)水池。中水調(diào)節(jié)水池用于調(diào)節(jié)水量和均衡水質(zhì)。容積按日處理水量的50%確定,根據(jù)工程設(shè)計(jì),調(diào)節(jié)池容積為346.5m3。為提高處理效果,調(diào)節(jié)池內(nèi)采用預(yù)曝氣,曝氣量為25m3/h。

1)規(guī)格:11000mm×9000mm×3500mm。

2)材質(zhì):混凝土結(jié)構(gòu)。

3)數(shù)量:1只。

(3)接觸氧化池87.5m3。用于水質(zhì)的增氧曝氣、生化處理。

1)規(guī)格:5000mm×5000mm×3500mm。

2)材質(zhì):混凝土結(jié)構(gòu)。

3)停留時(shí)間:3h。

4)曝氣量:180m3/h。

5)數(shù)量:1只。

(4)全自動(dòng)砂過(guò)濾器。用于生化后中水的第一級(jí)過(guò)濾,凈化水質(zhì)。

1)規(guī)格:φ 1500。

2)材質(zhì):304(SUS)不銹鋼板。

3)數(shù)量:1臺(tái)。

(5)全自動(dòng)炭吸附過(guò)濾器。用于中水的碳吸附過(guò)濾,進(jìn)一步凈化水質(zhì)。

1)規(guī)格:φ 1500。

2)材質(zhì):304(SUS)不銹鋼板。

3)數(shù)量:1臺(tái)。

(6)全自動(dòng)消毒設(shè)備。給經(jīng)過(guò)濾凈化的中水加次氯酸鈉消毒,殺滅水中有害菌體。

1)規(guī)格:全自動(dòng)消毒液加裝計(jì)量泵5～500mL/h可調(diào)。

2)數(shù)量:1臺(tái)。

(7)污水泵。用于調(diào)節(jié)池污水提升至接觸氧化池。

1)型號(hào):40ZW20-12。

2)流量:20m3/h。

3)揚(yáng)程:12m。

4)功率:2.2kW。

5)數(shù)量:2臺(tái) (一備一用)。

(8)過(guò)濾泵。用于生化沉淀后中水提升加壓過(guò)濾。

1)型號(hào):65ZW20-30。

2)流量:20m3/h。

3)揚(yáng)程:30m。

4)功率:5.5kW。

5)數(shù)量:2臺(tái) (一備一用)。

(9)風(fēng)機(jī)。用于調(diào)節(jié)池、接觸氧化池中水增氧、曝氣。

1)型號(hào):HC-80S。

2)風(fēng)量:2.66m3/min。

3)功率:4kW。

4)數(shù)量:2臺(tái) (一用一備)。

(10)變頻恒壓供水機(jī)組。用于回用中水的增壓泵送。

1)型號(hào):QZG -800。

2)水量:40m3/h。

3)揚(yáng)程:40m。

4)功率:7.5kW×3。

5)數(shù)量:1套3臺(tái)。

(11)中水儲(chǔ)水池:105m3。用于處理后中水的儲(chǔ)存。

1)規(guī)格:5000mm×6000mm×3500mm。

2)材質(zhì):混凝土結(jié)構(gòu)。

3)數(shù)量:1只。

(12)中水洗車(chē)及儲(chǔ)存調(diào)節(jié)水箱。用于洗車(chē)和中水供水高低峰儲(chǔ)存調(diào)節(jié)。

1)規(guī)格:4000mm×3000mm×2500mm(30m3)。

2)材質(zhì):304(SUS)不銹鋼板。

3)數(shù)量:1只。

(13)生化沉淀池。用于生化后中水沉淀,減少過(guò)濾器污物和雜質(zhì),提高水質(zhì)和產(chǎn)水量。

1)規(guī)格:4000mm×3000mm×2500mm(35m3)。

2)材質(zhì):Q235結(jié)構(gòu)鋼板。

3)數(shù)量:1只。

6 中水處理系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

根據(jù)學(xué)校的使用具體情況,在中水項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),主要改進(jìn)有如下幾個(gè)方面。

(1)PLC可編程控制器輸入輸出控制點(diǎn)數(shù)由60增加到80,使系統(tǒng)控制更穩(wěn)定、可靠。在中水池增加了自來(lái)水補(bǔ)水系統(tǒng)控制,在進(jìn)水處增加了河水補(bǔ)水系統(tǒng)控制,可確保學(xué)生的用水。增加了兩級(jí)過(guò)濾前端的生化沉淀池控制,提高了中水處理質(zhì)量和產(chǎn)水量。

(2)在進(jìn)水處除了原來(lái)的固定格柵外,又增加了電動(dòng)機(jī)械格柵FXZN,可定時(shí)循環(huán)自動(dòng)工作,有效地去除洗浴廢水中大量的頭發(fā)和漂浮物,防止污水泵的堵塞。

(3)把原系統(tǒng)的污水泵、過(guò)濾泵由自吸泵改為潛水泵,進(jìn)一步減少了地處學(xué)生公寓中的中水處理站產(chǎn)生的噪音。

(4)出水增壓泵端的PVC管改為鍍鋅管,更適應(yīng)變頻供水機(jī)組的壓力變化,防止管線開(kāi)裂漏水。

(5)池子觀察口的井口蓋板改為不銹鋼板,可有效地防止中水的侵蝕,延長(zhǎng)它的使用壽命。

(6)由于處理源水的水溫較高,站房?jī)?nèi)結(jié)露濕度大,采光的鋁合金玻璃窗改為鋁合金百葉窗,增加通風(fēng)去濕效果,以防設(shè)備受潮銹蝕。

(7)中水回收處理回用系統(tǒng)產(chǎn)出的中水除用于學(xué)生沖廁之外,還利用富裕中水用于教職工洗車(chē)和一般清潔養(yǎng)護(hù),主動(dòng)設(shè)法解決教職工洗車(chē)問(wèn)題,杜絕以往教工在校區(qū)內(nèi)用自來(lái)水零星洗車(chē),造成水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象。洗車(chē)系統(tǒng)建專(zhuān)用設(shè)備間,設(shè)大功率高壓清洗機(jī)一臺(tái)、吸塵器一臺(tái)、清洗泡沫涂抹機(jī)一臺(tái)、氣泵一臺(tái)、甩干機(jī)一臺(tái),形成完整的洗車(chē)服務(wù)系統(tǒng)。為減小和避免洗車(chē)操作時(shí)對(duì)中水供水管網(wǎng)壓力的影響,設(shè)30m3中水輸出調(diào)節(jié)水箱一只 (不銹鋼板制作),水箱儲(chǔ)水平時(shí)供洗車(chē)使用,所存水量可在學(xué)生用水高峰回補(bǔ)到中水儲(chǔ)水池,起緩沖調(diào)節(jié)作用。洗車(chē)形成的污水通過(guò)洗車(chē)臺(tái)入口的攔水溝收集進(jìn)入隔油沉淀池,經(jīng)去油沉淀后,回送到中水收集管末端井 (電動(dòng)格柵前端),進(jìn)入中水收集池,經(jīng)系統(tǒng)重新處理使用。

7 中水綠化噴淋系統(tǒng)

江蘇省常州紡織高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院在中水回收處理回用系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)初期,就考慮利用處理后的中水作綠化灌溉用水,故在道路施工時(shí)便設(shè)計(jì)敷設(shè)了環(huán)路中水總管,使中水管網(wǎng)遍布校園每一塊綠地,并在大面積草坪區(qū)敷設(shè)了噴灌系統(tǒng),總管線敷設(shè)長(zhǎng)度1600余m;噴灌系統(tǒng)管線長(zhǎng)度1200余m,設(shè)噴頭136個(gè)。校區(qū)綠化全部使用中水灌溉、噴淋,一年減少綠化新鮮水資源取用5萬(wàn)余t。

8 項(xiàng)目實(shí)施后達(dá)到的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)

(1)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。經(jīng)安裝水表、電表計(jì)量測(cè)算,該系統(tǒng)處理回用1m3水的能耗為1kW?h,按市場(chǎng)電價(jià)0.51元/(kW?h)計(jì)算,設(shè)備、房屋及管線折舊按30年計(jì),每年折舊6.7萬(wàn)元,管理及藥劑費(fèi)按每年5000元,每天處理回用500t中水,一年按300天計(jì),全年產(chǎn)中水15萬(wàn)t左右,每年的運(yùn)行成本為7.5萬(wàn)元,按目前的自來(lái)水單價(jià)2.65元/m3,每年可為學(xué)校節(jié)約水費(fèi)開(kāi)支25萬(wàn)元左右 (已扣除運(yùn)行成本和房產(chǎn)設(shè)備折舊)。

(2)技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)常州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 (表1)的監(jiān)測(cè):

1)進(jìn)水:pH值為7.30,CODCr為133mg/L。

2)出水:pH值為7.19,CODCr為46.7mg/L。

表1 常州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)

9 項(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境及其他效益

(1)經(jīng)濟(jì)效益。2009年江蘇省常州紡織高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院入住學(xué)生規(guī)模已經(jīng)達(dá)到12000名,經(jīng)測(cè)算,該系統(tǒng)處理1m3水的能耗為1.18kW?h,按市場(chǎng)電價(jià)0.51元/(kW?h)計(jì)算,設(shè)備、房屋及管線折舊按每年折舊5.7萬(wàn)元,管理及藥劑費(fèi)按每年5000元,中水站一年收集處理回用中水13余萬(wàn)t,運(yùn)行成本約為12.63萬(wàn)元,約合每立方米水的成本為0.97元;按目前的自來(lái)水單價(jià)2.65元/m3,每年可為學(xué)校節(jié)約水費(fèi)開(kāi)支21.82萬(wàn)元;按此計(jì)算,該系統(tǒng)的投資將在9年內(nèi)收回。經(jīng)實(shí)際測(cè)算,2008年全年取用生活新水總計(jì)358000t,同比2007年減少新水取用近15萬(wàn)t,減少水費(fèi)開(kāi)支25.2萬(wàn)余元(扣除中水處理回用成本)。江蘇省常州紡織高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院平均日用水量降至117L/(人?d),節(jié)水降耗的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

本項(xiàng)目中水處理回用設(shè)備科技含量較高,可增強(qiáng)學(xué)校培訓(xùn)教學(xué)任務(wù)的實(shí)踐性,項(xiàng)目實(shí)施中注重環(huán)境保護(hù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)意識(shí),具有極高的示范、推廣作用,增強(qiáng)群眾的節(jié)水和環(huán)境,產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和示范作用。

(2)環(huán)境效益。本項(xiàng)目考慮中水設(shè)施位于學(xué)生公寓范圍內(nèi),在環(huán)境方面注重考慮:一是建設(shè)方式必須考慮噪聲、異味及固體廢物等不良因素對(duì)整體環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響,選擇了優(yōu)質(zhì)雜排水為處理對(duì)象,糞便水不進(jìn)入,因此不會(huì)產(chǎn)生異味;處理過(guò)程中產(chǎn)生的少量的沉渣和反沖水直接排入市政管網(wǎng),不產(chǎn)生固體廢物;選用進(jìn)口設(shè)備有效地減少噪音,將系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響降低到最小。二是經(jīng)中水回用系統(tǒng)處理后的中水,既用于所有學(xué)生宿舍沖廁所,亦將余水用作校園綠化灌溉、打掃環(huán)境衛(wèi)生、校園水系補(bǔ)充、教職工洗車(chē)等,可謂校園環(huán)境的綠化、美化、凈化功能和循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展理念的實(shí)際體現(xiàn)。三是中水處理回用系統(tǒng)的使用,每天可處理500t水,一年按300d計(jì),每年可節(jié)約新鮮水資源15萬(wàn)t,使得校區(qū)生活污水排放量減少一半以上;進(jìn)水 CODCr按 150mg/L,出水 CODCr按50mg/L計(jì)算,每年可減少CODCr排放15t,具有十分明顯的環(huán)境效益。