灰水再利用技術研究與效益分析

李云LI Yun

（鄭州市節(jié)約用水中心，鄭州 450004）

1 灰水再利用的必要性與可行性

1.1 灰水再利用的必要性

水是事關國計民生的基礎性自然資源和戰(zhàn)略性經濟資源，是生態(tài)環(huán)境的控制性要素，水資源短缺是我國生態(tài)文明建設和經濟社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。提高用水效率，加強非常規(guī)水利用，是解決水資源短缺的有效途徑?；宜欠浅Ｒ?guī)水的重要組成部分，《全民節(jié)水行動計劃》明確提出“將洗衣、洗浴和生活雜用等污染較輕的灰水收集并經適當處理后循序用于沖廁”。調查研究顯示：沖廁用水是生活用水中用水量最多的一類用水，且對水質要求較低。灰水再利用技術研究為沖廁用水提供了一條行之有效、簡單易做的節(jié)水新方法。

1.2 灰水再利用的可行性

灰水產生于生活、工作、學習等環(huán)境中洗衣、洗浴、洗漱、保潔、清洗等清潔用水活動，除清洗下的灰塵、泥沙、毛發(fā)、纖維、細小污垢和洗滌清洗化學物品外，細菌、油污和難以分離處理的其他雜物含量低。灰水經過濾、沉淀和消毒后，在避免污垢堆積變質、二次污染和產生異味情況下，通過集中收集、適當處理，就可回用沖廁。生活中灰水產生時段與沖廁用水基本同步，這就決定了灰水儲存和調蓄空間不至于太大，為灰水收集處理、儲存、回用提供了有利條件。與其他再生水回用沖廁模式相比，灰水處理工藝相對簡單，避免了收集、處理、回用需大量改造室內外管網(wǎng)和建設處理站所帶來的投資大、運行成本高、維護困難等制約再生水利用的難題。

2 灰水再利用技術

根據(jù)不同樓宇灰水和沖廁管網(wǎng)結構、用水情況，設計了兩種結構模式：集中處理模式和上沖下模式。

2.1 集中處理模式

根據(jù)不同樓宇內洗漱間、衛(wèi)生間結構布局不同，采用兩種集中收集、處理、回用結構流程方案。

2.1.1 系統(tǒng)結構及流程示意圖

方案一：

公共洗漱間、衛(wèi)生間灰水收集、處理、回用系統(tǒng)結構流程示意圖（如圖1所示）。

圖1 屋面集中收集、回用示意圖

系統(tǒng)結構組成：一套相鄰的衛(wèi)生間和洗漱間，從一層至頂層組合為一套系統(tǒng)，采用一套全自動灰水集中收集、處理、回用沖廁系統(tǒng)。

方案二：

獨立衛(wèi)生間、洗漱間灰水收集、處理、回用結構流程示意圖（如圖2和圖3所示）。

圖2 灰水收集示意圖

圖3 灰水回用示意圖

系統(tǒng)結構組成：將樓體一側所有獨立洗漱間、衛(wèi)生間組合為一套系統(tǒng)，采用一套全自動灰水集中收集、處理、回用沖廁系統(tǒng)。

系統(tǒng)流程：室內洗漱間洗漱、洗衣、洗浴、保潔廢水→經水池、地漏篦子的粗過濾→廢水收集管道→室外過濾、沉淀水箱→室外儲存調劑水箱（室外水箱內含全自動過濾、自動沉淀排污、自動噴淋清洗、自動補水、水泵自動供水）→灰水回用供水管道→紫外線消毒器→屋面調劑水箱（內含自動噴淋、自來水應急補水）→經管道自壓回送至室內各層衛(wèi)生間→供手電一體全自動節(jié)水閥沖廁用水，實現(xiàn)了全程自動化控制。

2.1.2 技術原理

在公共宿舍樓內每天會產生一定量的洗漱、洗衣、洗浴、保潔灰水，其污染程度相對較低，利用洗漱間和衛(wèi)生間相鄰的建筑結構特點，和灰水實時產生、沖廁實時用水的用水規(guī)律，將本樓洗漱間的灰水經管網(wǎng)收集和適當快速處理、短暫停留、適量儲存調劑，實現(xiàn)灰水隨來、隨處理、隨時回用相鄰衛(wèi)生間沖廁。

2.1.3 技術特點

從功能和流程上可劃分為：灰水收集、處理、儲存調節(jié)、供水（含應急補水）、回用沖廁、總控六個環(huán)節(jié)，以下介紹各環(huán)節(jié)的技術應用和功能特點：

2.1.3.1 灰水收集環(huán)節(jié)

針對學校等公共洗漱間洗漱池和地漏篦子普遍因過濾流量少、易堵塞、難清掃、易丟失導致的毛發(fā)和稍大件雜物堵塞管道和影響過濾器正常運行，設計了過水量大、易清掃、易改造安裝，具有防拆卸、防丟失結構功能的新型水池、地漏篦子。將體積相對較大的雜物進行過濾攔截，由保潔人員清理，實施灰水中雜物的粗過濾。

2.1.3.2 灰水處理環(huán)節(jié)

包括自動過濾、自動排污和自動清洗、自動消毒三部分。

結構組成：由室外收集過濾水箱和儲存水箱及相應功能組件組成。

①收集過濾水箱：水箱內設置有全自動過濾器、自動清洗器、排污泵、水位信號器。

②儲存水箱：水箱內設置有自動清洗器、排污泵、回用水供水泵、水位信號器，水箱外設置有紫外線自動消毒器。

各流程的技術特點：

①自動過濾流程及功能：

結構組成：由過濾器腔體、腔體上部設置的過濾篦子、設置在腔體下部安裝在水箱外的自動排污閥、篦子上部設置的自動旋轉清洗器、清洗器對接的供水電磁閥組成。

技術特點：全自動過濾器安裝在過濾水箱內，樓內所收集的灰水通過管道從過濾器腔體中部進入，利用室內外水位壓差，灰水從腔體上部過濾篦子孔向上溢出，流入過濾箱體內，篦子所攔截的毛發(fā)雜物被截留在腔體內，腔體下部的電動排污閥定時打開將雜物通過管道排入附近的窨井，在排污的同時清洗器電磁閥打開，向清洗器供水，清洗器兩側噴水管下方傾斜開設的噴射孔在自來水水壓下產生的反向推動力下，噴水管沿過濾篦子表面自動旋轉，對篦子孔洞和表面進行沖刷清洗，部分通過孔洞的清洗水對腔體內進行沖洗，實現(xiàn)灰水中雜物的自動過濾，過濾攔截下的雜物自動排出，過濾器篦子和內腔的自動清洗。

②自動排污和自清洗流程及功能：

結構組成：由安裝在過濾水箱和儲存水箱底部的排污泵、水箱內上部中間設置的自動噴淋清洗器、清洗器對接的供水電磁閥、水位器組成。

技術特點：

1）自動排污：為了有利于排污，水箱底部設計成60度錐底，排污泵安裝在錐底部中間，沉落在錐底板面上的污垢在排污泵工作時，會隨抽取的水流沿錐度底板面迅速下滑到底部，由排污泵排走，有效地提高了排污效果，減少了排污水量的浪費。

2）自動清洗：收集的灰水中含有一定量的易粘接在水箱四壁上的污垢，也需及時清洗，否則也會造成新進灰水的二次污染和異味加重。為了清除粘接污垢，在水箱內上部中間安裝噴水清洗器，對水箱四壁進行定時噴水沖刷，清洗器噴管兩端傾斜向后開設垂直噴水口，清洗時，打開供水電磁閥向清洗噴管供水，在自來水水壓產生的反向推動力下，清洗噴水口沿水箱四壁自動旋轉，對水箱四壁表面粘接的污垢進行噴水沖刷，沖刷下的污垢沉淀到水箱底部，由排污泵排入窨井。

上述自動排污和清洗實施每天二至三次短時同步排污和清洗，三天一次徹底排空和水箱內壁全面清洗，根據(jù)實際情況可以任意設定工作次數(shù)和時間。

③自動消毒流程及功能。

結構組成：采用紫外線自動消毒器實施對所收集回用灰水進行消毒殺菌，針對不同灰水收集、處理、回用結構模式，采用不同安裝方案。

技術特點：針對公共環(huán)境灰水水質污染程度較低和灰水收集水量、回用水量忽多忽少不穩(wěn)定和隨時收集、隨時處理、隨時回用的特點，采用消毒殺菌速度快、無異味的自動清洗紫外線消毒器，對所收集回用的灰水進行消毒、殺菌。

消毒器安裝方案：結合樓層高度、安裝環(huán)境條件和紫外線消毒器安裝要求，實施兩種安裝方案：一種將消毒器安裝在水泵出水管上；另一種將紫外線消毒器安裝在屋面或室內調劑水箱底部回用沖廁主管道上。

2.1.3.3 回用環(huán)節(jié)

①結構組成：

由室外儲存調劑水箱內回用水供水泵、水位器、自來水補水電磁閥、補水噴淋器、樓內頂層或屋面調劑水箱及箱內水位器、自來水補水電磁閥、噴淋清洗器和通往每層衛(wèi)生間灰水沖廁供水管道組成。

②技術特點：

總控器通過水位器，實時檢測調劑水箱和儲存水箱各自實時儲水量，當調劑水箱需要供水，儲存水箱滿足供水條件時，總控器指令啟動供水泵，通過供水管道向調劑水箱供水。調劑水箱達到設定高水位或儲存水箱水量不足時，水泵停止工作。

在調劑水箱需要供水而儲存水箱水位又不滿足供水水位時，則開啟電磁閥通過清洗器噴水進行滿足暫時用水量的補充，通過水位檢測器檢測水位達到設定補水水位后，停止補水，實時等待灰水的補充，在保證沖廁用水的前提下，盡量減少自來水的補充量。調劑水箱底部與通往各層衛(wèi)生間沖廁管道對接，以自流、自壓狀態(tài)向沖廁器具供水。該灰水回用系統(tǒng)通過實時水量監(jiān)測實現(xiàn)動態(tài)供水、補水，既能滿足沖廁實時用水，又能實現(xiàn)最大程度的減少自來水補水量。

2.1.3.4 應急補水環(huán)節(jié)

①結構組成：

由通往頂層調劑水箱的自來水管和手動控制閥門、水箱內浮球閥組成。

②技術特點：

當總控或供水系統(tǒng)出現(xiàn)供水故障，在不能及時修復或停電時，手動打開應急自來水閥門通過水箱內浮球閥，向調劑水箱補充自來水，以應急沖廁。另外學生放假后，可關閉系統(tǒng)，打開應急補水，以便值班人員或少量留宿學生沖廁用水。

2.1.3.5 沖廁環(huán)節(jié)

針對不同便池結構，安裝相應的全自動手自一體節(jié)水系列沖廁閥門，該系列沖廁閥，可自動檢測、調控大小水流沖廁實施器具節(jié)水，有效地提高灰水利用率。

2.1.3.6 總控系統(tǒng)環(huán)節(jié)

①結構組成：總控箱箱體、箱體內安裝總控器箱體、多組自來水電磁閥及相應管路、供電線路、信號線路、遠程平臺通信組成。

②技術特點：灰水收集處理回用全過程所涉及的電控組件、信號，均接入總控箱，由總控器統(tǒng)一管控?？偪仄飨潴w門面板上安裝所有自動控制運行組件一對一現(xiàn)場故障檢測手動按鈕和總控板上各電控運行狀態(tài)LED指示燈，以方便現(xiàn)場快速準確檢測運行狀態(tài)、故障點位。

2.1.4 應用范圍

該集中處理模式適用于灰水相對較多的所有公共機構宿舍樓宇灰水回用沖廁的節(jié)水項目實施。

2.2 上沖下模式

根據(jù)不同樓宇內可收集灰水水量不同，采用兩種上沖下結構流程方案。

2.2.1 系統(tǒng)結構及流程示意圖（見圖4和圖5）

方案一：（圖4）

圖4 收集上幾層灰水，回用底層沖廁結構流程圖

方案二：（圖5）

圖5 收集上層灰水、回用下層沖廁結構流程圖

系統(tǒng)流程：上幾層或上一層洗漱間洗漱、洗衣、洗浴、保潔廢水→經水池、地漏篦子的粗過濾→廢水收集管道→下層過濾器→儲存水箱（水箱內含自動噴淋清洗、自來水自動補水、手動應急補水）→灰水沖廁供水管道→紫外線消毒器→供手電一體全自動節(jié)水閥沖廁用水，實現(xiàn)了全程自動化控制。

上幾層或上一層灰水經水池、地漏篦子、收水管道引入下幾層或一層自動過濾器、紫外線消毒器、儲存水箱。儲存水箱底部紫外線消毒器對接，另一端與沖廁器具進水管道對接。儲水箱內的浮球閥與自來水管道對接，清洗器電磁閥與自來水管道對接。

2.2.2 技術原理

在公共教學、辦公等樓宇每天都會產生一定量的洗漱、保潔灰水。并且污染程度和雜物含量遠低于宿舍樓灰水，經適當?shù)淖詣舆^濾和水箱清洗及消毒即可回用沖廁，但因其每層洗漱間灰水產生量相對較少，為實施灰水回用節(jié)水和減少投資，采用收集上幾層或上一層灰水，用于下層沖廁，其它樓層采用沖廁器具節(jié)水，即收集上層灰水、用于下層沖廁。

2.2.3 結構組成

上沖下廢水收集、處理回用方案由水池篦子、地漏篦子、收集水橫管、主立管、自動過濾器、紫外線消毒器、儲水箱、水位器、電磁閥、浮球閥、清洗器、電控箱組成。

2.2.4 技術特點

上沖下廢水收集、處理回用方案中所采用的水池篦子、地漏篦子、收集水橫管、主立管、自動過濾器、紫外線消毒器、儲水箱、水位器、電磁閥、浮球閥、清洗器、電控箱與集中收集、處理、回用方案中各部器件技術特點和功能相同。

2.2.5 應用范圍

該上沖下模式適用于灰水水量較少的所有公共機構辦公、教學樓宇的沖廁節(jié)水改造。也可以適用于無法安裝集中處理模式的宿舍樓，實施灰水回用沖廁節(jié)水。

2.3 解決的問題

該灰水收集、處理、回用系統(tǒng)，在“適當處理”上解決了以下三個方面的處理問題：

①通過采用粗、細兩級自動過濾，有效的解決了灰水中毛發(fā)和雜物堵塞回用水水泵、供水管道、沖廁閥門、單蹲便池出水口和小便池噴水口的問題；

②通過采用對沉淀在水箱底部污垢的自動排出、對水箱四壁粘結污垢的自動清洗，有效地避免灰水被二次污染和異味的加重；

③通過采用自動消毒，保證用水安全。

3 灰水再利用效益分析

在城鎮(zhèn)生活中，灰水主要產自居住、工作、學習的用水場所，場所不同，產生的灰水水量和水質也有差別。參照DB41/T385-2014《工業(yè)與城鎮(zhèn)生活用水額定》，人均生活用水定額在每人每天100-150升，大專院校住宿學生每人每天定額115升。在公共集體宿舍，洗衣、洗浴、洗漱、保潔用水量占總用水量的35%左右，人均月用水量普遍在1-1.5噸；沖廁用水量占總用水量的65%左右，人均月沖廁用水量普遍在2.2-3噸。在辦公、教學、集體活動場所等公共樓宇中，洗漱、保潔用水量占總用水量的15%以下，沖廁用水量占總用水量的85%以上。

目前在公共生活區(qū)域，沖廁大部分采用延時沖廁閥，灰水全部收集能夠滿足50%左右的原沖廁用水量，不足部分還需自來水補充。如同步采用節(jié)水效果顯著的新型節(jié)水器具，提高灰水利用率，實施灰水回用和沖廁節(jié)水器相結合，可達到沖廁基本不用自來水的節(jié)水效果。在家庭，因可收集灰水量高于公共場所，所以基本能夠滿足沖廁用水量。因水質污染較輕，只需簡單處理，因地制宜隨收隨用，運行維成本很低。整套系統(tǒng)設備運行壽命在30年左右，而投資回收周期一般在2-5年。

目前我國大、中院校（不含高中，職教）在校居住學生人數(shù)約1億人以上，按每生每月可收集1.2噸灰水回用于沖廁，全年按在校十個月計算，每年可直接節(jié)約12億噸沖廁用水，同時減少相同污水排放量，如同步采用灰水和節(jié)水沖廁器具實施共同節(jié)水、提高灰水利用率，按每生人均月可節(jié)約沖廁用水2.5噸計算，全年可節(jié)水25億噸同時減少污水排放25億噸。實踐已證明，在公共宿舍樓可實現(xiàn)沖廁不用自來水的顯著節(jié)水效果。在灰水較少的辦公、教學等公共樓宇，可實現(xiàn)節(jié)約原沖廁用水60%左右的節(jié)水量。