李喬莎

（山西省環(huán)境保護(hù)技術(shù)評估中心， 山西 太原 030009）

1 概述

1.1 生活污水概述

山西省是嚴(yán)重缺水大省，全省人均水資源占有量為381 m3，是全國平均水平的1/5。2005 年太原市第二次水資源評價(jià)結(jié)果顯示太原市淡水資源儲蓄總量為5.33 億m3，人均淡水資源占有量為168 m3，為全國人均占有量的1/12，為全省人均占有量的1/2。山西作為缺水大省很早就開始對水資源的保護(hù)和再利用工作，已經(jīng)建設(shè)多個中水回用項(xiàng)目，但仍缺少對城市小區(qū)中水回用系統(tǒng)的建設(shè)[1]。

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市生活污水水量大、水質(zhì)不穩(wěn)定，是地表水污染的主要來源，生活污水部分直接排入地表水，另一部分經(jīng)過市政管網(wǎng)收集，集中排入城市污水處理廠[2]。

生活污水含有大量的生活垃圾、懸浮物以及淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等有機(jī)物，生活污水中總氮、總磷、總硫含量高。未處理的生活污水中還有細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等微生物。在外排入地表水系統(tǒng)時引起水體的物理、化學(xué)、生物變化。物理變化包括引起水體色度、濁度、溫度、pH、總固體濃度的變化。化學(xué)變化包括離子濃度、有機(jī)物濃度、BOD、DO 等變化。物理和化學(xué)變化會影響水體中物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化。水中物質(zhì)沉淀、溶解、揮發(fā)、吸附、絡(luò)合-螯合作用受濃度、溫度、電勢差等影響導(dǎo)致水體中溶解物質(zhì)發(fā)生改變。當(dāng)水中有機(jī)物濃度增加將引起生態(tài)變化和溶氧變化。當(dāng)水體中有機(jī)物濃度急劇增加水中藍(lán)藻大量繁殖使溶氧量下降，水中魚類大量死亡，厭氧菌分解污水中有機(jī)物，好氧菌大量減少，以厭氧菌的分解產(chǎn)物為食。水中各生物種群及溶氧平衡發(fā)生變化，造成區(qū)域水環(huán)境生態(tài)失衡。該種污水外排方式大都出現(xiàn)在城郊、農(nóng)村這些污水處理系統(tǒng)未覆蓋地區(qū)。這些地區(qū)缺少水處理資金、技術(shù)，只得污水外排。

表1 基本控制項(xiàng)目最高允許排放質(zhì)量濃度（日均值）及其他指標(biāo)

城市小區(qū)中水處理常用辦法包括混凝沉淀法、生物接觸氧化法、膜生物反應(yīng)器、人工濕地技術(shù)[3]。生活污水進(jìn)入污水處理廠經(jīng)過污水處理工藝達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后排放，根據(jù)城鎮(zhèn)污水排入地表水域環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)的差異，將污水廠排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分為一級標(biāo)準(zhǔn)、二級標(biāo)準(zhǔn)、三級標(biāo)準(zhǔn)，其中一級標(biāo)準(zhǔn)包括A標(biāo)準(zhǔn)和B 標(biāo)準(zhǔn)。表1 為各標(biāo)準(zhǔn)基本控制項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)[4]。

一級A 標(biāo)準(zhǔn)出水可以用于景觀回用和一般回用。其中城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入國家和省確定的重點(diǎn)流域及湖泊、水庫等封閉、半封閉水域時，執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)的A 標(biāo)準(zhǔn)，排入GB3838 地表水III 類功能水域（劃定的飲用水源保護(hù)區(qū)和游泳區(qū)除外）、GB 3097海水二類功能水域時，執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)的B 標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 太原市中水回用現(xiàn)狀以及利用瓶頸

當(dāng)前太原市大型污水處理廠共十家，現(xiàn)在仍有城南污水廠西廠區(qū)在建，部分污水廠工程建設(shè)以及中水回用情況見表2。據(jù)統(tǒng)計(jì)，太原市日產(chǎn)生污水量為67 萬t。當(dāng)這些污水廠完全建成將可以處理87.6%的生活污水，并且有40%～50%回用。太原市建設(shè)有中水回用系統(tǒng)并且持續(xù)運(yùn)營的單位有山西國貿(mào)大飯店、迎澤賓館等18 家單位。

表2 太原市部分污水廠運(yùn)營情況

當(dāng)前太原市可回用中水量大大增加但中水回用仍未深入居民小區(qū)落實(shí)的原因包括三點(diǎn)：第一，中水配給管網(wǎng)建設(shè)面積小。污水廠直接中水配給主要對象是大型企業(yè)、公園，對居民區(qū)輻射很少，居民小區(qū)建設(shè)有中水回用管網(wǎng)的很少，限制了居民中水回用；第二，居民小區(qū)中水回用系統(tǒng)設(shè)施的初期投資建設(shè)費(fèi)用高，政府對此缺少政策上的鼓勵和引導(dǎo)；第三，大眾對中水處理后的水質(zhì)不信任。中水是達(dá)到某種回用標(biāo)準(zhǔn)的非飲用水，一旦中水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，中水就可能成為小區(qū)污染源，威脅到小區(qū)居民的健康安全。

在城市小區(qū)建設(shè)中水處理回用系統(tǒng)裝置，既可以將生活排水就地?zé)o害化、減量化、資源化，減少自來水取水，又解決了從污水處理廠到居民小區(qū)中水配給管網(wǎng)布設(shè)匱乏的問題。本文將結(jié)合山西萬景源房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目具體情況，根據(jù)國家規(guī)范和要求，設(shè)計(jì)中水處理設(shè)施，并提出中水回用的方式及回用環(huán)節(jié)。

1.3 中水回用概述

1.3.1 中水分類

城市小區(qū)中水系統(tǒng)是將生活排水經(jīng)過適當(dāng)處理，達(dá)到一定的回用標(biāo)準(zhǔn)后，回用于廁所沖洗、汽車清洗、環(huán)境綠化和補(bǔ)充地下含水層等方面的非飲用水[5]。中水分為優(yōu)質(zhì)雜排水、雜排水和全生活污水[6]。除廚房排水、廁所排水之外的生活污水是優(yōu)質(zhì)雜排水；在優(yōu)質(zhì)雜排水中增加廚房排水為雜排水；雜排水中增加廁所排水成為全生活污水。優(yōu)質(zhì)雜排水主要包括淋浴用水、盥洗水、洗衣水。優(yōu)質(zhì)雜排水中懸浮物、有機(jī)物負(fù)荷低。陰離子表面活性劑含量高。陰離子表面活性劑是優(yōu)質(zhì)雜排水中水處理的主要污染物質(zhì)。廚房排水中生活垃圾較多，懸浮物濃度較高，有機(jī)物負(fù)荷高，針對該部分排水一般要在一級處理過程中設(shè)置除油裝置。廁所排水水質(zhì)差，要想達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)成本較高，排入城市污水處理廠進(jìn)行處理。

1.3.2 城市小區(qū)中水回用技術(shù)概述及應(yīng)用條件

城市中水處理主要工藝流程有物化法、生化法、生化二段法、物化—生化法[7]。主要工藝技術(shù)比選見下頁表3。

1）物化法：進(jìn)水—格柵—調(diào)節(jié)池—混凝沉淀—消毒—中水。

2）生化法：進(jìn)水—格柵—調(diào)節(jié)池—生物處理—沉淀—過濾—消毒—中水。

3）生化二段法：進(jìn)水—格柵—調(diào)節(jié)池—一段生物處理—沉淀—二段生物處理—沉淀—過濾—消毒—中水。

4）物化—生化處理：進(jìn)水—格柵—調(diào)節(jié)池—混凝處理氣浮—沉淀—生物處理—沉淀—過濾—消毒—中水。

物化法適用于對優(yōu)質(zhì)雜排水進(jìn)行處理。生化法以及生化二段法對于水中可降解有機(jī)物去除效率高，對于脫氮除磷效果好，適用于雜排水以及全生活污水處理。物化—生化處理集合前兩種處理的優(yōu)勢，處理效果好，但構(gòu)筑物建設(shè)費(fèi)用增加。各種回用水處理工藝在過濾之后必須進(jìn)行消毒處理，在整個中水處理工藝中要實(shí)時監(jiān)測、定時取樣檢測，避免由于每日的用水高峰和季節(jié)用水差異大等因素影響中水回用。

2 案例設(shè)計(jì)

2.1 案例概況

山西萬景嘉苑建設(shè)項(xiàng)目位于太原市小店區(qū)大運(yùn)路以東，小吳社區(qū)用地范圍內(nèi)，總建設(shè)面積為101 592.2 m2。主體住宅共計(jì)1 940 戶，預(yù)計(jì)將會有6 208 人入住。公寓樓預(yù)計(jì)將有544 人住。辦公樓可安置1546 人。建筑占地面積31 493.6 m2，道路、廣場及其他硬化地面積34 541 m2，綠地面積35 557 m2，建筑密度31%。

表3 核心技術(shù)比選

根據(jù)要求[8]，本文要對該建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中水處理回用系統(tǒng)。建設(shè)項(xiàng)目建筑物分項(xiàng)給水量情況見表4。

表4 建設(shè)項(xiàng)目建筑物分項(xiàng)給水量

采暖期、非采暖期用水量分別為1 076.6 m3/d、1 188.9 m3/d，全年用水量為417 103.5 m3/a；其中中水用水量采暖期為314.8 m3/d，非采暖期為403.2 m3/d，全年中水用水量為133 908 m3/a。中水用水量占總用水量的32.1%。

采暖期和非采暖期污水排放量分別為582.5 m3/d和497.6 m3/d，經(jīng)化糞池預(yù)處理后，排入市政污水管網(wǎng)，入城南污水處理廠。本項(xiàng)目全年污水排放量為194 359 m3/a。冷卻塔排水及軟化設(shè)備排水均直接排入雨水系統(tǒng)或中水系統(tǒng)，冷凝水進(jìn)中水系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)定，用做中水水源的水應(yīng)為中水回用量的110%～150%。本文取110%計(jì)，按非采暖期中水使用量進(jìn)行設(shè)計(jì)，則設(shè)計(jì)處理規(guī)模為443.6 t/d。本項(xiàng)目住宅（包含公寓）產(chǎn)生的優(yōu)質(zhì)雜排水量為（446.9+58.8+18.6）×85%=445.7 m3/d，可以滿足本項(xiàng)目中水水源回用量的要求。不同時期建筑物用水情況見表5。

表5 中水回用建筑物用水情況

2.2 案例工藝設(shè)計(jì)

中水收集446 t/d。生活小區(qū)生活排水主要集中于中午11:00-14:00、晚上17:00-22:00 排出，晚上排水較多，以全天排水的70%計(jì)算，則中水處理設(shè)備的設(shè)計(jì)處理流量為89.2 t/h。全天處理流量為446 t/d。

2.2.1 原水水質(zhì)

建筑物質(zhì)各原水水質(zhì)情況（見表6）。

表6 建筑物各原水水質(zhì)

2.2.2 出水水質(zhì)及水量

出水水量為446 t/d，處理設(shè)備運(yùn)行時間為8 h/d，設(shè)備處理能力達(dá)到高峰時優(yōu)質(zhì)雜排水排水水量89.2 t/h 出水水質(zhì)情況見表7。

表7 出水水質(zhì)

2.2.3 工藝流程

案例工藝設(shè)計(jì)污水處理流程見圖1。

2.2.4 工藝設(shè)計(jì)

2.2.4.1 格柵

1）確定柵前水深h0。

式中：B1為槽寬，m；v為水流速度，m/s。

2）柵條間隔數(shù)n。

柵前槽寬B1為0.26 m，柵前水深h1為0.14 m。

式中：Q為水流流量，m3/s；δ 為安裝角度，（°）；h0為柵前水深，m；b為柵條間隙寬度，m。

3）柵槽有效寬度B。

設(shè)計(jì)采用Φ10 mm 圓鋼為柵條，即柵條寬度s=0.01 m。

B=s（n-1）+bn=0.01×（25-1）+0.010×25=0.49 m式中：s為柵條寬度，m；b為柵條間隙寬度，m；n為柵條間隔數(shù)，個。

4）水頭損失h。

式中：δ 為安裝角度，（°）；g為重力加速度，m/s2；ζ 為阻力系數(shù)。

ζ 數(shù)值與格柵條的斷面形狀有關(guān)系，對于圓形斷面。

式中：s為柵條寬度，m。

5）通過格柵的水頭損失h1。

式中：k為格柵受污物堵塞使水頭損失增大的倍數(shù)，一般取3；h為水頭損失，m。

6）柵后槽總高度H。

式中：h2為柵前渠道超高，m，一般取0.3 m。

7）柵槽總長度L。

式中：L1為進(jìn)水槽漸寬部分長度，m；L2為柵槽與出水渠連接渠的減縮長度，m；H1為柵前槽高，m；B1為進(jìn)水渠道寬度，m；B為柵槽寬度，m；α1為進(jìn)水渠展開角，一般用20°。

8）柵渣量W。

式中：K總為生活污水流量變化系數(shù)，W1為單位體積柵渣量，m3/（103m3）。

2.2.4.2 調(diào)節(jié)池

由于生活排水時段不均勻，并且水質(zhì)水量變化較大，因此設(shè)置調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量水質(zhì)，調(diào)節(jié)池采用地下式，鋼混長方體結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)池體積V=L×W×H=4.5×3.1×3.3=46 m3，水力停留時間為30 min。調(diào)節(jié)池中投加少量濃硫酸調(diào)節(jié)pH 到6～9 之間。

2.2.4.3 混凝池

混凝池為方形，混凝時間為10 min，投加聚合氯化鋁25 g/m3以及聚丙烯酰胺5 g/m3，在投加混凝劑后立即快速攪拌200 r/min，攪拌3 min，然后慢速攪拌40 r/min，攪拌7 min，然后靜止20 min?；炷恋沓嘏溆袛嚢杵鳌；炷齽Ρ谟懈g作用，需要做UPVC 板襯里防腐?；炷厝莘e為46 m3。

2.2.4.4 斜管式沉淀池

斜管沉淀池傾角為60°，采用升流式異向流斜管沉淀池，管長為1 m，斜板寬為100 mm，斜管沉淀池長0.6 m、寬4.0 m、高3.0 m，總體積7.35 m3。

2.2.4.5 消毒池

本次設(shè)計(jì)采用間歇式紫外線消毒。進(jìn)水速率為4.7 mm/s，水力停留1 min，照射池有效池深0.65 m、寬2 m、長3 m，間隔15 min，照射1 min，排水4 min。經(jīng)過處理以后的中水進(jìn)入中水儲水池，中水儲水池體積為360 m3。

2.3 效益分析

根據(jù)表5 中水回用建筑用水情況可知，非采暖期和采暖期中水回用量分別可達(dá)到403.2 m3/d 和314.8 m3/d。中水回用量可達(dá)133 908 m3/a。

2.3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

太原市現(xiàn)行水價(jià)為2.4 元/t，物化法處理中水成本為0.8 元/t。中水回用一天可以節(jié)省645.12 元，一年可以節(jié)省21.4 萬元。

2.3.2 環(huán)境效益分析

中水處理以后將中水全部回用于住宅（包含公寓沖廁）、綠化環(huán)衛(wèi)、清洗車輛、道路噴灑。經(jīng)過中水回用工藝后，降低城市污水處理廠負(fù)擔(dān)。經(jīng)過中水處理以后優(yōu)質(zhì)雜排水實(shí)現(xiàn)完全回用，大大節(jié)省了自來水取水量。

3 總結(jié)

中水在水資源供給緊張的今天，作為第二水源大大減輕水供應(yīng)壓力。優(yōu)質(zhì)雜排水作為中水回用原水占到了生活全排水的60%。這部分中水回用的經(jīng)濟(jì)效益就已經(jīng)很明顯。它們不僅可以滿足該小區(qū)環(huán)境綠化環(huán)衛(wèi)、消防、清洗車輛、道路噴灑的需要，而且減少自來水取水，將優(yōu)質(zhì)雜排水無害化、減量化、資源化。中水回用系統(tǒng)增加了建筑物建設(shè)的初期費(fèi)用，但獲得了中水回用長期經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境平衡發(fā)展。對萬景嘉苑建設(shè)工程的中水回用工藝設(shè)計(jì)，可以推廣用于酒店、洗浴場所、賓館的優(yōu)質(zhì)雜排水處理。

中水回用初期建設(shè)土建費(fèi)用較高，可以多采用一體處理系統(tǒng)，將處理工藝系統(tǒng)整體購買安裝，這樣也可以降低部分建設(shè)、管理費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)處理系統(tǒng)自動監(jiān)測。

完稿時，太原市政府部門正在積極建設(shè)太原市最大污水處理廠——晉陽污水處理廠，設(shè)計(jì)日處理能力為48 萬t?，F(xiàn)在太原市污水處理廠，日處理后中水可達(dá)39.12 萬t，但是中水回用率只有32.1%。這就需要市政部門積極建設(shè)中水回用系統(tǒng)，包括管網(wǎng)敷設(shè)、配水設(shè)施、中水貯存池等。在中水出廠到回用到位整條管網(wǎng)中加強(qiáng)質(zhì)量檢測，防止二次污染的發(fā)生。

此外，政府應(yīng)加強(qiáng)對企業(yè)與居民個人中水回用的鼓勵與支持，給與政策優(yōu)惠、資金幫助。這必將推進(jìn)綠色山西轉(zhuǎn)型跨越，經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境全面可持續(xù)健康地發(fā)展。