建筑中水的现状与发展

建筑中水的现状与发展一、国外中水利用、现状及发展方向1．日本中水发展概况、趋势及其运行机制分析⑴起因日本的中水利用是从1955年开始，受1977年节能政策调整和1978年福冈等城市水荒的影响，国家及地方制定了中水利用的指导计划。从1980年起中水利用设施建设发展速度加快。日本70年代由于水资源缺乏，出现严重的水荒，许多城市曾发生长时间的限量用水，如福冈市1978年因严重缺水，被迫实行持续近10个月的限量供水，其中有5个月每天只能供水5～10小时，暑假期间只得采取疏散人口的做法,给城市工业生产和居民生活带来很大的困难。加之许多地区的过量开采地下水，造成地面严重下沉，海水倒灌等许多问题,使水资源紧缺问题受到重视。为了解决水荒和缺水问题，采取种种控制地下水使用和合理用水的办法，如节约用水，重复用水，调整用水结构,其中之一是污水回用和中水利用[5]。⑵中水设施发展概况(1980～1996年)在1979年,中水设施与污水处理后水的再利用都还未普及。从1980年开始,中水利用设施建设速度加快。到1983年3月底，全国有中水项目473个,总回用水量约6.6万ｍ3/ｄ。近年来,平均每年建设130处。到1993年全国有1963套中水利用设施投入使用，其中东京都建设的中水利用设施数量约占全国的44%,福冈地区占19%。中水使用量为27.7万ｍ3/ｄ,占全国生活用水量的0.7%。截止1993年，使用雨水作中水的设施全日本共有528处,水量为500万ｍ3/ａ。其中东京的雨水利用设施占全国65%,福冈占7%。至1996年，全国有中水设施2100套投入使用，用水量达32.4万ｍ3/ｄ,占全国生活用水量的0.8%[2]。⑶中水系统的三种基本类型经过30多年的发展，目前已形成了三大类基本系统（日本称循环方式）：①建筑中水系统，以单个建筑物内的杂排水或生活污水或屋顶雨水为水源，处理成中水再利用。②建筑小区中水系统，以住宅小区或数个建筑物形成的建筑群排放的污水或雨水为水源，处理成中水再利用。其给水、排水、雨水和中水组成建筑给排水系统。③城市（区域）中水系统，以城市污水处理厂的出水为水源，深度处理后供大面积的建筑群作中水使用。⑷日本中水建设运行机制分析由于日本政府对供水设施建设和在水价上有较高的补贴,水价对于中水的建设影响并不是主要的;而且中水对国家总体上节水的贡献并不大，不超过全国生活用水量的1%,微观经济效益也并不明显。对于中水建设国家并无硬性的法律规定,公众也未普遍接受。尽管如此,每年仍有上百套的中水建成。这是因为:水荒给社会留下了深刻的影响，从局部地区来讲，人们希望提高供水的保障程度,摆脱水荒的影响。同时，有一些地区,地方政府明文规定要求建设中水。另有一些地区是政府对其污水的外排标准比较高，必须进行三级处理,所以出水经过消毒即可回用。为了扩大规模降低中水的成本，目前中水正在以新建小区为重点,普及中水建设。而一些大城市如东京,则建设了全地区的城市中水系统。另外，日本对于以雨水为水源的中水利用日益重视，且发展也较快，其利用量已远大于以生活污水为水源的中水利用量,近来又有雨水利用计划指导。这些就是日本的中水仍以一定的速度发展的原因,也代表了中水发展的方向[6]。据1996年日本水利用合理化促进协会对259项中水设施的调查结果表明,中水设施建设的出发点可分为4类:①从环境保护需要或作为一种商业运作考虑的占30.1%；②依据政府要求建设的占46.3%；③从经济利益考虑的占46.3%；④以其它因素为出发点的占8.1%(其中有些估计是从双重因素考虑,故总数大于100%)[5]。日本住宅公团1972年起对生活污水进行深度处理后作冲洗厕所及室外清扫等杂用水再利用的问题，进行了5年的研究,认为确实可行。1976年开始在芝山住宅区建设实施,1977年2月投产。有住宅2247户，幼儿园2所，小学2所，初中1所，高中1所,商店等。中水以芝山西地区的8～11层的高层住宅13栋，住户888户,3222人为对象。按照当地污水排放标准，污水经活性污泥法二级处理后，再进行混凝沉淀过滤处理达到排放标准，处理出水的75%～80%排放,余下20%～25%作为中水水源利用[2]。⑸中水技术发展趋势①重视雨水的利用。随着淡水资源日趋短缺，雨水已成为越来越重要的可利用的淡水资源之一。日本积极开发利用雨水并开展了相关的研究，同时建成一批不同规模的示范工程。日本结合建筑中水系统，在城市建筑屋顶修建用雨水浇灌的“空中花园”，在楼房中设置雨水收集贮藏装置与中水道工程共同发挥作用[29]。②研究省地节能型的中水处理方法[3]中水处理采用生物曝气滤池,集曝气、过滤于一体的装置,是一种省地节能型的中水处理方法。生物曝气滤池和一般的活性污泥法加过滤相比,具有处理水水质稳定,布置紧凑,管理方便等优点,生物曝气滤池不设沉淀池,直接进行固液分离。实践证明,用时间继电器自动控制,1小时1次空气冲洗和1天1次反冲洗,不必担心发生堵塞问题。近年来随着膜材料和制膜技术的发展，其应用领域在不断扩大，尤其是在污水处理领域的发展，逐渐取代常规的沉淀处理，提高了最后的出水水质，减少了回用水的风险，同时节省了处理机房的占地面积。③活性炭吸附对处理水质把关的作法在逐步改变[3]中水处理流程中的活性炭吸附对处理水质把关的作法在逐步改变,日本最近建成的新宿区海洋旅馆采用接触氧化加砂滤法处理中水,也没有用活性炭吸附。因为有些中水原水浓度很低,经过接触氧化加砂滤之后,已达到中水使用要求。④简便的消毒方法[3]日本中水消毒已广泛采用市售有效浓度为10%～12%的次氯酸钠溶液。⑹目前中水在维护管理上存在的问题1996年日本水利用合理化促进协会还对259个中水设施运行维护管理作了调查,结果表明:反映运行维护费用较高的有75个,中水水量不能满足需要仍需自来水补充的有104个,中水原水不稳定的有63个,有臭味问题的有38个,中水有颜色、水质不稳定的有24个,反映其它问题的有14个。这表明日本中水调查反映的主要问题是中水成本过高和中水的水量不足,今后应加大开发力度和推广多水源、低成本的中水技术和系统,如小区中水和区域中水系统以及雨水利用等[21]。2美国城镇的中水回用情况⑴概况污水处理和中水回用在美国的发展，可以追溯到20世纪20年代。但城镇污水处理设施的大规模建设和普及，始于20世纪60年代末、70年代初。产业化的污水回用设施建设的全面展开，则是自20世纪90年代初期开始的[43]。在污水处理的技术路线上，关键性的转变是由单项技术转变为技术集成。以往是以达标排放为目的，针对某些污染物去除而设计工艺流程，现在要调整到以水的综合利用为目的，将现有的技术进行综合、集成，以满足所设定的水资源化的目标[43]。从污水处理用词的演变可以看出其技术发展的方向：由传统意义上的“污水处理”(WastewaterTreatment)转变为“水回用”(WaterReuse)，对“水回用”的一般理解是经处理后的水重复使用，是指小范围内的循环；由“水回用”发展到“水再利用”(WaterReclamation)就进一步具有开发和资源化的含义，目前在美国已被广泛采用；最近，加州又在有关的规范和标准中用“水循环”(WaterRecycling)代替了“水再利用”，“水循环”的概念更加符合水在自然界中的大循环，经处理后的水可用于工业、市政、农业、以及地面、地下等多种用途[27]。城镇污水回用也已经从研究试验阶段进入生产应用阶段，城镇中水回用设施的数量和功能增长迅速。在气候干旱的美国中西部地区，一些起步较早的城镇，中水回用的产业化运营已经有了近30年的历史。回用水作为一种合法的替代水源，在美国正在得到越来越广泛的利用，成为城市水资源的重要组成部分。2000年，加利福尼亚州的中水回用量为8.64亿立方米，回用率10%（回用水量与污水总量之比），回用水量占平水年份全州城镇年用水总量的7%左右。加州埃尔温市（Irvine,人口26万人），约20%的用水需求是通过回用水满足的。美国城镇中水回用的用途十分广泛，包括非饮用用途的直接利用和饮用用途的间接利用。从回用水的使用构成上看，农作物灌溉、回灌地下水、景观与生态环境用水以及工业用水，是目前美国城镇中水回用几项最主要的用途。加州的统计数据显示，全部回用水总量中，约32%用于农业灌溉，27%用于回灌地下水，17%用于绿化灌溉，7%用于工业生产，3%用于补充地表径流、营造湿地和休闲娱乐水面等景观生态用水，1%用于屏蔽海水入侵，其余13%用于城镇公共建筑和居民家庭的多种非饮用用途，包括冲厕、洗车、街道清洗、建筑物的卫生保洁、非食品和非饮食用具的洗涤等等[8]。从可持续发展战略的高度，重视和加强污水处理和中水回用工作，是美国城镇污水处理和中水回用高水平发展的内在动因。⑵城镇中水的集中和分散处理1985年以前，美国建污水处理厂的资金是由联邦政府投入85%(共计800亿美元)、地方政府投入15%来解决，要求至少达到二级污水处理厂出水标准，1985年以后改为发行债券。由于有资金的保证，城市二级污水处理厂(集中处理)已得到100%的普及[8]。城市中水分散处理的提出和发展有以下原因：①分散处理，就地回用。由于回用对象不同，对水质的要求和处理工艺也不同，就地回用又可以节约输水管线，因此回用水厂的规模一般都在几万m3/d的水平上，最大的要算丹佛市，拟在2004年建成17×104m3/d的中水回用厂[38]。②在已建了集中污水处理厂的情况下，新厂可采用将污水与污泥分开处理的方案，污水就近收集、处理、回用，污泥输送到集中污水处理厂处理。污泥的集中处理有利于实现处理设施的规模效应，节约投资，回收能源。丹佛市的SandCreekWastewaterReuseFacility(2×104m3/d)就是采用了这种方式[38]。③随着科学技术的发展，尤其是膜技术的发展，中水处理设施实现了装置化、小型化，使中水分散处理和回用得以实现[27]。④中水处理离不开能源，随着世界性的能源短缺和大气污染的加剧，新能源的使用已经是刻不容缓，而太阳能、燃料电池等都适合于分散使用(例如在居民住宅小区中使用)，这就使污水处理随之走向分散化[30]。3以色列污水回用于农业众所周知，以色列是一个严重的缺水国家，人均占有水资源量370立方米，仅为中国的1/7。以色列认为其给水经济已经处在破产的边缘。为解决这种水资源的短缺问题。由于天然水源已快耗尽，所以他们决定转向使用一种非传统的水源，即污水管道中的污水，将这种污水转变成净水后作多用途使用（除了饮用），其中主要是转变成适合于农业使用的水，如对多种作物进行灌溉[44]。早期的国内污水处理仅仅是以去除其中的生态卫生有害物为目的，然而，由于水源短缺加剧，对于由于未处理污水的渗透导致地下水遭到污染的危险的认识加强了，污水处理技术得到了发展，关于污水处理的看法也发生了变化。从此以再生污水进行农业和工业的回用，对于提高以色列的水资源平衡做出了贡献。⑴污水的收集和回用以色列的污水回用是有计划有组织的。首先，对过去用水的情况进行总结、分析，再对将来用水的发展进行预测；这包含对全国和各地方的污水的流量进行预测；然后进行主要的处理地点的选取和主要方案的设计、对不同地区之间的管道输送的总平面图和流量进行合理调配、以及对工程投资的估算。不同地区之间的输送管路要最大限度的适应系统的运行，满足在污水产量或收集量发生变动时有剩余污水能够以相同的水质输送到不同的用户。在过去的10年中污水都是在它的产地收集而无须输送到很远的地区。1995年以后污水就必须输送到现有收集区以外的地区，如：丹地区的污水再生计划，耶路撒冷计划，Qishon计划[24]。目前污水量（处理前）约为3亿立方米/年，污水的主要来源是单位面积人口密度高的市区，提供的生活污水量可以占到总污水量的75%。预计到2010年将达到大约5亿立方米/年。考虑到在处理和储存过程中水量的损失，可利用的污水净产水量将达到大约3.5亿立方米/年[44]。国家在污水处理和回用领域的努力已经使以色列的两个主要的中心城市的污水的处理和回用的建