仇金標 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)是一項生活污水重復(fù)使用的節(jié)水技術(shù),起步于國外20世紀60年代,一些發(fā)達國家規(guī)定:新建筑面積3萬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);中國起步較晚,但隨著中國水資源的日益緊缺,該項技術(shù)在中國逐步得到應(yīng)用并推廣,具有極大的發(fā)展前景和生命力。

2 項目概況

江蘇省常州紡織高等職業(yè)技術(shù)學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)計初期,就將中水回用技術(shù)系統(tǒng)納入基建計劃。2006年在新校區(qū)建設(shè)項目啟動時,同步進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)試投入運行;2008年,針對使用情況進行全面的優(yōu)化和完善。目前系統(tǒng)狀態(tài)穩(wěn)定,運行正常,達到日處理回用中水500t的設(shè)計指標,項目取得預(yù)期的效果。

3 中水回用技術(shù)工藝流程設(shè)計

項目在確定中水水源與設(shè)施設(shè)置位置方面,首先考慮取用學生公寓優(yōu)質(zhì)生活用水為處理對象,學生公寓糞便水不進入,因此產(chǎn)生異味源大量減少,對于處理過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;同時中水回用處理設(shè)備選用進口設(shè)備達到有效減少噪音,力爭將環(huán)境的影響降低到最小。經(jīng)過處理后的中水必須達到《再生水利用于城市非飲用水控制項目和指標限值》。

項目確定新校區(qū)學生宿舍的內(nèi)部設(shè)施,即每間宿舍設(shè)有獨立的衛(wèi)生間,并配有一卡通刷卡計量使用的熱水淋浴器;學生用水標準為210L/(人?d),實際約為150L/(人?d),其中,洗浴、洗衣水量約為100L/(人?d),相當于中水進水量為500m3/d,以此確定中水處理項目規(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)計為地下中水調(diào)節(jié)水池、接觸氧化池和中水儲水池;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可編程控制器實現(xiàn)中央控制,各個水池 (中水調(diào)節(jié)水池、接觸氧化池、生化沉淀池、中水儲水池)的液位控制;提升泵、過濾泵、回供水增壓泵、增氧機、過濾及反沖等設(shè)備的運行及切換,均通過可編程控制器根據(jù)液位、壓力、時序等物理量,實現(xiàn)自控聯(lián)動。同時,控制系統(tǒng)設(shè)有手動、自動轉(zhuǎn)換開關(guān),必要時可切換至手動控制。各類動力電器 (電動格柵、鼓風機、潛水泵、增壓泵等驅(qū)動電機)元件均設(shè)有斷路、短路、缺相、過流、過載等保護功能,整套污水處理設(shè)施無需專人管理。

(4)中水處理回用系統(tǒng)的流程圖和原理圖見圖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 工藝說明

污水由排水系統(tǒng)收集后,進入中水處理站的格柵井,去除頭發(fā)等雜物后,進入調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池中設(shè)置預(yù)曝氣系統(tǒng),對污水進行預(yù)曝氣,再經(jīng)液位控制儀傳遞信號,由提升泵將經(jīng)過預(yù)處理的污水送至接觸氧化池,進行生化處理;在池中污水中絕大部分有機污染物通過生物氧化、吸附得以降解。生化后溢出水自流至下一個集水池,然后由過濾泵提升送入砂過濾器和活性炭吸附器作進一步凈化處理;過濾吸附后中水經(jīng)加次氯酸鈉消毒達到中水要求;處理后中水排入儲水池,由變頻恒壓供水機組泵送至使用點和管網(wǎng)回用。

5.2 工藝特點

處理系統(tǒng)核心的接觸氧化部分采用先進的微孔曝氣技術(shù),充分提高氧氣的利用率,節(jié)約動力,降低運行成本?；钚蕴?、石英砂兩級過濾器進出端水管采用電動組合閥控制,真正實現(xiàn)過濾和反沖洗全自動控制。

本系統(tǒng)電器控制采用PLC可編程控制器全自動程序控制,各設(shè)備的運行及切換通過可編程控制器實現(xiàn)協(xié)調(diào)自控聯(lián)動。同時,控制系統(tǒng)設(shè)有手動、自動轉(zhuǎn)換開關(guān),必要時可切換至手動控制。各類動力電器元件均設(shè)有斷路、短路、缺相、過流、過載等保護功能。系統(tǒng)所有設(shè)備的運行狀況都在系統(tǒng)模擬屏上顯示,管理簡單、運行穩(wěn)定,高效率的實現(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兩層,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)測分析實驗室。

(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)自動電動機械格柵。

1)外形尺寸:800mm×1200mm。

2)柵隙:2mm細格柵,有效地攔截原水中毛發(fā)等的雜物。

3)材質(zhì):不銹鋼。

4)數(shù)量:1臺。

(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,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)停留時間:3h。

4)曝氣量:180m3/h。

5)數(shù)量:1只。

(4)全自動砂過濾器。用于生化后中水的第一級過濾,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。

(5)全自動炭吸附過濾器。用于中水的碳吸附過濾,進一步凈化水質(zhì)。

1)規(guī)格:φ 1500。

2)材質(zhì):304(SUS)不銹鋼板。

3)數(shù)量:1臺。

(6)全自動消毒設(shè)備。給經(jīng)過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:全自動消毒液加裝計量泵5～500mL/h可調(diào)。

2)數(shù)量:1臺。

(7)污水泵。用于調(diào)節(jié)池污水提升至接觸氧化池。

1)型號:40ZW20-12。

2)流量:20m3/h。

3)揚程:12m。

4)功率:2.2kW。

5)數(shù)量:2臺 (一備一用)。

(8)過濾泵。用于生化沉淀后中水提升加壓過濾。

1)型號:65ZW20-30。

2)流量:20m3/h。

3)揚程:30m。

4)功率:5.5kW。

5)數(shù)量:2臺 (一備一用)。

(9)風機。用于調(diào)節(jié)池、接觸氧化池中水增氧、曝氣。

1)型號:HC-80S。

2)風量:2.66m3/min。

3)功率:4kW。

4)數(shù)量:2臺 (一用一備)。

(10)變頻恒壓供水機組。用于回用中水的增壓泵送。

1)型號:QZG -800。

2)水量:40m3/h。

3)揚程:40m。

4)功率:7.5kW×3。

5)數(shù)量:1套3臺。

(11)中水儲水池:105m3。用于處理后中水的儲存。

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)中水洗車及儲存調(diào)節(jié)水箱。用于洗車和中水供水高低峰儲存調(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

根據(jù)學校的使用具體情況,在中水項目運行過程中對系統(tǒng)進行優(yōu)化改進,主要改進有如下幾個方面。

(1)PLC可編程控制器輸入輸出控制點數(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水補水系統(tǒng)控制,在進水處增加了河水補水系統(tǒng)控制,可確保學生的用水。增加了兩級過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)在進水處除了原來的固定格柵外,又增加了電動機械格柵FXZN,可定時循環(huán)自動工作,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、過濾泵由自吸泵改為潛水泵,進一步減少了地處學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)變頻供水機組的壓力變化,防止管線開裂漏水。

(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,延長它的使用壽命。

(6)由于處理源水的水溫較高,站房內(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)出的中水除用于學生沖廁之外,還利用富裕中水用于教職工洗車和一般清潔養(yǎng)護,主動設(shè)法解決教職工洗車問題,杜絕以往教工在校區(qū)內(nèi)用自來水零星洗車,造成水資源的浪費現(xiàn)象。洗車系統(tǒng)建專用設(shè)備間,設(shè)大功率高壓清洗機一臺、吸塵器一臺、清洗泡沫涂抹機一臺、氣泵一臺、甩干機一臺,形成完整的洗車服務(wù)系統(tǒng)。為減小和避免洗車操作時對中水供水管網(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),水箱儲水平時供洗車使用,所存水量可在學生用水高峰回補到中水儲水池,起緩沖調(diào)節(jié)作用。洗車形成的污水通過洗車臺入口的攔水溝收集進入隔油沉淀池,經(jīng)去油沉淀后,回送到中水收集管末端井 (電動格柵前端),進入中水收集池,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)學院在中水回收處理回用系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計初期,就考慮利用處理后的中水作綠化灌溉用水,故在道路施工時便設(shè)計敷設(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)長度1600余m;噴灌系統(tǒng)管線長度1200余m,設(shè)噴頭136個。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5萬余t。

8 項目實施后達到的經(jīng)濟、技術(shù)指標

(1)經(jīng)濟指標。經(jīng)安裝水表、電表計量測算,該系統(tǒng)處理回用1m3水的能耗為1kW?h,按市場電價0.51元/(kW?h)計算,設(shè)備、房屋及管線折舊按30年計,每年折舊6.7萬元,管理及藥劑費按每年5000元,每天處理回用500t中水,一年按300天計,全年產(chǎn)中水15萬t左右,每年的運行成本為7.5萬元,按目前的自來水單價2.65元/m3,每年可為學校節(jié)約水費開支25萬元左右 (已扣除運行成本和房產(chǎn)設(shè)備折舊)。

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

1)進水: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)測中心站監(jiān)測的數(shù)據(jù)

9 項目實施的經(jīng)濟、社會、環(huán)境及其他效益

(1)經(jīng)濟效益。2009年江蘇省常州紡織高等職業(yè)技術(shù)學院入住學生規(guī)模已經(jīng)達到12000名,經(jīng)測算,該系統(tǒng)處理1m3水的能耗為1.18kW?h,按市場電價0.51元/(kW?h)計算,設(shè)備、房屋及管線折舊按每年折舊5.7萬元,管理及藥劑費按每年5000元,中水站一年收集處理回用中水13余萬t,運行成本約為12.63萬元,約合每立方米水的成本為0.97元;按目前的自來水單價2.65元/m3,每年可為學校節(jié)約水費開支21.82萬元;按此計算,該系統(tǒng)的投資將在9年內(nèi)收回。經(jīng)實際測算,2008年全年取用生活新水總計358000t,同比2007年減少新水取用近15萬t,減少水費開支25.2萬余元(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)學院平均日用水量降至117L/(人?d),節(jié)水降耗的經(jīng)濟效益十分明顯。

本項目中水處理回用設(shè)備科技含量較高,可增強學校培訓教學任務(wù)的實踐性,項目實施中注重環(huán)境保護和循環(huán)經(jīng)濟意識,具有極高的示范、推廣作用,增強群眾的節(jié)水和環(huán)境,產(chǎn)生良好的社會效益和示范作用。

(2)環(huán)境效益。本項目考慮中水設(shè)施位于學生公寓范圍內(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整體環(huán)境產(chǎn)生的負面影響,選擇了優(yōu)質(zhì)雜排水為處理對象,糞便水不進入,因此不會產(chǎn)生異味;處理過程中產(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;選用進口設(shè)備有效地減少噪音,將系統(tǒng)對環(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、校園水系補充、教職工洗車等,可謂校園環(huán)境的綠化、美化、凈化功能和循環(huán)經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展理念的實際體現(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,每年可節(jié)約新鮮水資源15萬t,使得校區(qū)生活污水排放量減少一半以上;進水 CODCr按 150mg/L,出水 CODCr按50mg/L計算,每年可減少CODCr排放15t,具有十分明顯的環(huán)境效益。