海綿城市設(shè)施參與小區(qū)中水系統(tǒng)的探討

汪小明，許崇崴，康凱

（中機第一設(shè)計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

我國是世界上缺水狀況較嚴重的國家之一， 我國有80%的城市由于工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和人口增加等原因存在不同程度的缺水狀況，同時我國排放的污水量也逐年遞增。 這使得我國眾多城市供水能力一方面顯得不足， 另一方面受納水體日益受到不同程度污染。 這就要求推廣和開發(fā)節(jié)水技術(shù)，其中建筑小區(qū)中水回用技術(shù)就是一種重要的節(jié)水技術(shù)。 中水系統(tǒng)回收小區(qū)中的各種污廢水，處理達標后作為小區(qū)沖廁、綠化及道路澆灑用水等。 這提高了水資源的循環(huán)利用率，減輕了污水排放對市政排水系統(tǒng)及環(huán)境水體的負擔。

與此同時，隨著中國城市化進程的快速發(fā)展，原有城市規(guī)劃及市政條件已經(jīng)無法滿足城市高速發(fā)展的需求， 國家提出并大力推行海綿城市的城市設(shè)計理念。 建筑小區(qū)的海綿城市設(shè)計，是消減雨水排水對市政雨水系統(tǒng)沖擊的重點之一。

海綿城市采用低影響開發(fā)設(shè)計理念， 通過LID 設(shè)施綜合源頭消減、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄的手段，落實海綿城市建設(shè)理念[1]；中水系統(tǒng)回收小區(qū)可利用的污廢水資源，經(jīng)過處理后回用，達到節(jié)能減排的綠色建筑的目的。

2 小區(qū)中水水源系統(tǒng)

建筑小區(qū)可選用的中水水源有以下幾種[2]。

2.1 小區(qū)生活污廢水

小區(qū)生活污廢水指的是小區(qū)內(nèi)建筑物生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的污水及廢水的集合，包括衛(wèi)生間沖廁用水、盥洗及沐浴用水、洗衣機廚房洗滌廢水等。

小區(qū)生活污廢水不分質(zhì)收集，小區(qū)內(nèi)不只一套管道系統(tǒng)，可在管網(wǎng)末端收集中水水源；但因為含有衛(wèi)生間沖廁用水，水質(zhì)污染物含量多，水質(zhì)差，處理費用及能耗大。

2.2 小區(qū)內(nèi)雜排水

小區(qū)內(nèi)雜排水是指沖便器污水以外的生活污廢水， 包括居民的盥洗和淋浴廢水，洗衣廢水以及廚房廢水。

相對生活污廢水，雜排水中污染物含量較少，水質(zhì)好，設(shè)備處理量小，處理費用及能耗小；但同時生活污水需要分質(zhì)排放，需要至少設(shè)置兩套排水系統(tǒng)，管網(wǎng)投資和設(shè)計的難度大。

2.3 建筑小區(qū)內(nèi)的雨水

以小區(qū)為單位建設(shè)海綿城市設(shè)施，在下雨時吸水、滲水、蓄水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。 提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生[3]。

而通過設(shè)施蓄存的雨水，亦可作為中水水源。海綿設(shè)施雨水調(diào)蓄池內(nèi)的雨水，入池前經(jīng)過前期截流及攔污后，水中污染物組成單一，污染物濃度低，可生化有機物含量低，污水處理工藝簡單，處理成本較低。但是，作為水源而言，雨水受天氣及季節(jié)的影響較大，水源水量供應(yīng)不穩(wěn)定，需要占有較大的地下空間設(shè)置調(diào)蓄水池，在普通的小區(qū)中水運用中，有著一定的局限性。

3 中水處理方式

中水處理的對象為污水， 按處理方法不同可分為物理化學(xué)處理法、生物處理法、膜處理法3 大類。

3.1 物理化學(xué)處理法

物理化學(xué)處理法是以混凝沉淀技術(shù)和活性炭吸附技術(shù)相結(jié)合的基本方式，主要用于處理水質(zhì)較好的雨水及優(yōu)質(zhì)雜排水。

主要優(yōu)點是占地面積相對較小，處理流程較短，運行靈活方便，管理簡單；缺點是出水水質(zhì)受所使用的混凝劑類型、數(shù)量和質(zhì)量的影響。

3.2 生物處理法

生物處理法即是指利用微生物的吸附、氧化作用，降解污水中可降解的有機物， 主要包括活性污泥法、 生物接觸氧化法、人工濕地法等。

生物處理法的特點是適用于較大處理規(guī)模的中水處理工程及小區(qū)中使用，占地面積大，剩余污泥處理麻煩；其優(yōu)點是運行費用較小，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

3.3 膜處理法

膜處理是指利用生物膜技術(shù)來處理水， 使之符合一定的水質(zhì)標準。 膜處理法包括接觸氧化法、生物曝氣池法和膜生物反應(yīng)器法（MBR）等。

小區(qū)中水系統(tǒng)污水處理方式，多采用MBR 工藝，MBR 工藝具有出水水質(zhì)好，占地面積小，操作管理方便的優(yōu)點；缺點則主要表現(xiàn)在MBR 膜制造成本較高，運行成本較高等。

4 海綿設(shè)施末端調(diào)蓄的利用

小區(qū)海綿設(shè)施經(jīng)過滯留、下滲、轉(zhuǎn)輸?shù)冗^程后，系統(tǒng)的超滲溢流雨水，通過雨水管道系統(tǒng)經(jīng)雨水棄流及過濾裝置后，排至雨水回用調(diào)蓄水池中。

雨水回用調(diào)蓄水池的有效容積， 在降雨時用來調(diào)節(jié)洪峰雨量和調(diào)整外排徑流系數(shù)，降雨結(jié)束后，可回用為小區(qū)中水的水源。

一般來說，雨水作為中水水源，多用作小區(qū)內(nèi)綠化澆灌及道路澆灑用水。 這樣雖然能夠利用雨水補充某一時段，某一部分的中水，但是同時也存在如下問題：（1）雨水受氣候和降雨影響較大，回用存在水源不穩(wěn)定的情況；（2）水資源浪費，綠化及道路用中水，采用單一雨水作為水源，在無雨水供給的情況下，多采用市政自來水補水，最終就產(chǎn)生以自來水作為中水用途的狀況，對自來水資源造成浪費。

針對這一狀況，可以對海綿設(shè)施調(diào)蓄雨水在中水系統(tǒng)中的使用范圍及系統(tǒng)設(shè)置工序進行調(diào)整。 使用雨水作為小區(qū)所有用途中水的水源補充，與雜排水一起，形成多水源中水系統(tǒng)。

5 雨水、雜排水多水源中水系統(tǒng)

小區(qū)多水源中水系統(tǒng)，同時使用調(diào)蓄雨水，及日常生活污廢水作為中水水源，這樣能兼顧不同水源的優(yōu)缺點，合理規(guī)劃處理流程及工序安排，最大限度地對水資源及能源進行優(yōu)化?？紤]到多水源系統(tǒng)水量平衡及水質(zhì)處理工藝的難易程度，生活污廢水可以截取其中的雜排水部分作為中水水源。

海綿設(shè)施調(diào)蓄雨水，以無機污染物為主，可以進行以物理化學(xué)處理法為主的水處理工藝，處理設(shè)備簡單，處理費用及能耗小。 雨水受降雨影響，水源穩(wěn)定性較差，處理達標后的雨水，可以作為小區(qū)中水系統(tǒng)季節(jié)性水源或平時補充水源注入中水回用清水池中。

生活雜用水，水中污染物構(gòu)成較復(fù)雜，污染物含量較少，水量來源相對穩(wěn)定及充足， 適宜作為小區(qū)中水系統(tǒng)常規(guī)性主水源。 雜用水以MBR 膜處理技術(shù)為主的水處理工藝；處理達標后，作為常規(guī)水源注入清水池中。 MBR 中水處理設(shè)備設(shè)計為多個處理單元，根據(jù)中水處理量開啟全部或部分處理單元：雨季時，調(diào)蓄雨水可以提供大部分中水水源，開啟部分MBR處理單元，處理部分雜排水補充雨水量的不足；干旱季節(jié)，沒有雨水作為補充水源，開啟全部MBR 處理單元，滿負荷運行，以雜排水提供中水系統(tǒng)全部水源。 這樣，既可以最大效率地利用雨水資源，又可以減少污水處理設(shè)備運行費用及能耗。

雨水、雜排水多水源中水系統(tǒng)運行流程，如圖1 所示。

圖1 多水源中水系統(tǒng)流程圖

6 中水水量平衡分析

本文以南方某擬建設(shè)住宅小區(qū)為例進行小區(qū)中水系統(tǒng)的水量平衡計算[4]。 該住宅小區(qū)計算參數(shù)，如表1 和表2 所示。

表1 給水用水量計算表

表2 住宅分項給水百分率 %

中水原水量按式（1）計算：

式中，QY為中水原水量，m3/d；Qpj為建筑物平均日生活給水量，m3/d；β 為建筑物按給水量計算排水的折減系數(shù)，取0.85；b為建筑物分項給水百分率。

綜上計算，中水日用水量，沖廁用水123.2 m3/d，綠化灌溉用水34.0 m3/d， 道路澆灑用水22.0 m3/d， 所需中水原水量為1.1×179.2=197.12 m3/d。

中水雜用水回收水量371.28 m3/d， 日常回收水量大于所需中水原水量，滿足使用需求。

雜用水水處理設(shè)備，按200 m3/d 的處理量設(shè)計，3～4 個處理單元并聯(lián)設(shè)置。 在有海綿設(shè)施調(diào)蓄雨水參與時，根據(jù)雨水量的多少，運行1～2 個處理單元，達到節(jié)能的效果。

7 綜合效果評估

根據(jù)上述計算結(jié)果， 對擬建住宅小區(qū)的中水供水系統(tǒng)對環(huán)境及水之源利用的相關(guān)影響進行分析。

1）節(jié)水。 作為沖廁、綠化灌溉、道路澆灑的中水年用水量53 650 m3。 可收集的中水原水量滿足中水用水量要求，所以，小區(qū)年節(jié)水量可達53 650 m3。

2）碳減排。 在環(huán)保被社會日益看中的今天，低碳生活已經(jīng)是主流的生活形態(tài)，中水的使用，節(jié)約水資源，也可以實現(xiàn)低碳減排。節(jié)約1 t 水，可以減排約0.91 kg CO2，中水系統(tǒng)年節(jié)水53 650 t，扣除中水處理中所消耗的能源，使用1 t 中水減排約0.65 kg CO2，小區(qū)年碳減排約35 t。

8 結(jié)語

為應(yīng)對城市發(fā)展中日益嚴重的環(huán)境污染及水資源缺乏的問題， 在城市住宅及公共社區(qū)建設(shè)中可以大力推進小區(qū)中水供水系統(tǒng)和雨水海綿城市設(shè)施， 并對海綿設(shè)施中調(diào)蓄的雨水進行統(tǒng)籌，利用調(diào)蓄雨水水量充足、處理方便的特點，將其作為中水系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)水源，緩解城市中水之源的缺乏，減輕市政污水處理的壓力，同時達到環(huán)境低碳減排的效果。