生活废水跨层再利用模式的探讨

生活废水跨层再利用模式的探讨陈庆秋(华南理工大学经济与贸易学院，广东广州510006)摘要:生活废水跨层再利用是提高生活用水效率与减少污水排放量的有效节水措施。在简要剖析传统生活废水跨层再利用模式之缺点的基础上，着眼技术路线的改进，从概念层面提出了“达标处理”、“两次冲洗”和“雨水附加”三种生活废水跨层再利用的改进模式。关键词:节水；生活废水；再利用；模式StudyonInter-floorReuseModelsofDomesticWastewaterCHENQing-qiu（SchoolofEconomy&Commerce,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China）Abstract：Inter-floorreuseofdomesticwastewaterisaneffectivemeasuretoimprovedomesticwateruseefficiencyandreduceseweragedrainage.Basedontheanalysisontheshortcomingofconventionalmodelofdomesticwastewaterinter-floorreuseandfocusingonimprovingthetechnologicalpath,threeconceptualmodelsforimprovinginter-floorreuseofdomesticwastewaterareputforwardasfollows:standard-reachingtreatmentmodel,twice-flushmodelandrainfall-appendingmodel.Keywords：waterconservation;domesticwastewater;reuse;model1生活废水再利用概述生活废水再利用是有效减少污水排放量的生活节水措施。废水再利用的途径有循环利用与回用两种方式，对于生活废水再利用而言，再利用途径主要采用回用方式，即某一生活用水过程的排水在另一生活用水过程被利用。日常生活包含冲厕、淋浴、洗衣、厨用和饮用等许多用水过程，不同用水过程不仅对水质的要求不尽相同，而且不同用水过程产生的水质退还程度也存在较大差距。生活废水回用的基本技术路线是把水质退还程度低的生活用水过程的排水通过适当处理后用于水质要求低的生活用水过程[1-4]。冲厕是水质要求最低的生活用水过程，而淋浴与盥洗是水质退还程度低的生活用水过程，将洗浴与盥洗排水用于冲厕是生活废水再利用主要思路。人们很早就开始了对生活废水再利用的探索，已经在生活废水再利用方面探索出许多行之有效的方式。目前在实践中被应用的生活废水再利用的主要方式大体有“单一家庭回用”、“跨层再利用”、“建筑中水利用”和“城市集中处理回用”四种。单衣家庭回用是指在一个家庭内部收集淋浴、盥洗和洗衣等优质杂排水进行再利用，一般的做法是用盆或桶将收集到的生活废水储存起来，用于冲厕和拖地；跨层再利用是指采取一定措施收集上层生活废水用于下层冲厕，所收集的上层生活废水通常经过简单处理后，依靠重力送入下层冲厕；建筑中水利用是把民用建筑或建筑小区中排放的生活废水（主要是优质杂排水），经集流、水质处理和输配等环节，回用于民用建筑或建筑小区内冲厕等用水过程；城市集中处理回用是指生活废水输入城市污水处理厂，经过集中处理，水质得到很大程度改善后被再利用，通常由城市污水处理厂输出的回用水一般不再用于生活用水，而是主要用于市政用水和景观生态用水。靠牺牲生活品质或增加其他类型的资源消耗和环境负荷的生活节水方式，都是综合绩效低下的方式。“单一家庭回用”通常要水用户直接参与废水收集，是非工程化的节水方式，使用该种方式不仅节水效果有限，而且节水过程会对生活品质产生较大的负面影响；“建筑中水利用”和“城市集中处理回用”在实现节水过程中都离不开电能的消耗，根据《中水工程实例及评析》[5]介绍的50多个建筑中水利用工程运行费用的统计，电费平均占总运行费的28%。“跨层再利用”作为不耗能的工程化生活废水再利用方式，不仅对生活品质产生的负面影响很小，而且其水资源的重复利用过程主要依靠水的自重来实现，是综合绩效非常高的生活废水再利用方式。在生活废水再利用的四种主要方式中，目前跨层再利用方式虽然被应用得较少，但随着社会对节水措施综合绩效要求的提高，跨层再利用作为不耗能的工程化生活废水再利用方式，将越来越具有推广应用价值。在目前我国同时存在缺水与缺电问题的现实背景下，生活废水的跨层再利用是一种很值得深入研究的节水方式。本文在剖析传统生活废水跨层再利用模式之缺点的基础上，着眼技术路线的改进，提出了几种改进生活废水跨层再利用的概念模式。2传统生活废水跨层再利用模式目前，传统生活废水跨层再利用模式一般在用水人数集中的公共建筑中被应用，主要是高等院校和企事业单位的集体宿舍。其节水效果通常较为稳定，大概可节约30%的生活用水。如成都电子机械高等专科学校在学生宿舍建设的上层盥洗废水用于下层冲厕的跨层再利用，一年可节水29918.16m3，使学校的月用水量平均降低21.9%[6]。图1是传统生活废水跨层再利用模式的技术路线，该种模式不需要对现有排水管道和给水管道做太大的改动，附加设备投资很少，日常运行费用几乎为零，运行管理相当简便。传统生原水（上层洗浴水）水处理（简单处理）水调蓄再利用（下层冲厕）图1传统生活废水跨层再利用模式的技术路线活废水跨层再利用模式的主要问题是水处理的出水达不到相应的水质标准。传统生活废水跨层再利用模式的水处理主要由过滤和沉淀两个环节，有部分包含消毒环节，水处理设施工艺简单、造价成本底。但出水水质往往不能完全满足杂用水水质标准，尤其是细菌方面的指标常常不能达标，造成跨层再利用过程可能影响人体健康，导致生活用水过程影响生活品质。如何解决跨层再利用出水水质对生活品质的负面影响，是传统生活废水跨层再利用技术路线改进的主要任务。3生活废水跨层再利用的达标处理模式解决传统跨层再利用模式出水不达标的一个基本思路是改进其简单的水处理工艺。建筑中水利用的水处理工艺的出水通常能完全满足杂用水水质标准，用建筑中水利用的水处理工艺替换传统跨层再利用模式的简单水处理工艺，是解决传统跨层再利用模式出水不达标的主要技术切入点。各种中水处理工艺流程所需要的建筑物较多，占地面积较大，不能直接应用于跨层再利用，而是需要将水处理工艺流程一体化，把水处理工艺所需的设施小型化。跨层再利用达标处理模式作为对传统跨层再利用模式的改进，主要是用出水达标的小型一体化水处理设施替代传统跨层再利用模式的简单水处理设施(图2)。小型一体化水处理技术虽然已经有许多研究[6、7]，但适宜在跨层再利用中应用的技术并不多见。实施生活废水跨层再利用达标处理模式面临较大的技术障碍与经济合理性问题。4生活废水跨层再利用的两次冲洗模式达标处理模式是依赖牺牲传统跨层再利用模式的低投资低运行费用的方式来解决传统跨层再利用模式出水不达标的问题，该模式削减了跨层再利用的部分优势。与生活废水再利用的其他方式相比，该模式已没有特别明显优势可言了，达标处理模式对传统模式的改进存原水（上层洗浴水）一体化水处理（达标处理）水调蓄再利用（下层冲厕）图2生活废水跨层再利用达标处理模式的技术路线在较大的局限。图3所示的两次冲洗模式与达标处理模式完全不同，不着眼于改进传统跨层再利用模式的水处理环节，而是从出水的再利用环节入手，通过两次冲洗来解决传统跨层再利用模式出水不达标的问题。两次冲洗模式的核心点是设计双水箱便器，该便器包含一大一小的两个冲洗水箱。大水箱主要由简单处理后的上层生活废水供水（只有在上层生活废水不足时才由本层自来水补充）；小水箱由本层自来水供水。每次冲厕由两次冲洗完成，第一次冲洗由大水箱供水，第二次冲洗由小水箱供水。跨层再利用的两次冲洗模式通过二次冲洗可以彻底解决传统跨层再利用模式出水不达标所引起的问题。便器冲水量的大小取决于便器结构和排水系统两方面，盲目使用低水量的节水便器往往容易导致下水道淤塞。虽然2000年国家建设部等单位发布295号文件，规定在大中城市新建住宅中禁止使用一次冲水量为9L以上（不含9L）的便器，推广使用一次冲水量为6L的便器，但用于“跨层再利用”的双水箱便器的大水箱宜为9L。另外，根据现有两档便器产品的冲水量，双水箱便器的小水箱容积宜定为4.5L或3L。参考两档便器结构，两次冲洗模式的双水箱便器设计不存在技术难度。两次冲洗模式的双水箱便器的设计难度比达标处理模式的小型一体化水处理设施的设计难度小得多。此外，两次冲洗模式基本保持了传统跨层再利用模式各种节水优点，只是牺牲了一定程度的节水量。总的说来，两次冲洗模式优于达标处理模式，是值得重点研究的一种改进传统跨层再利用的技术路线。5生活废水跨层再利用的雨水附加模式家庭淋浴水量往往小于冲厕需水量，而居住在不同住宅层位的居民的用水存在一定的随机波动。将雨水作为生活废水跨层再利用原水的供给水源，有利于提高生活废水跨层再利用系统的供水可靠性和节水效率。雨水附加模式作为对传统跨层再利用模式的一种改进模式，其核心点是设计屋顶集雨系统，并将该系统接入传统跨层再利用系统中。由于雨水附加模式的改进目的与达标处理模式和两次冲洗模式的改进目的完全不同，雨水附加模式对传统跨层原水（上层洗浴水）水处理（简单处理）水调蓄再利用（下层两次冲洗便器的第一次冲洗）图3生活废水跨层再利用两档冲洗模式的技术路线再利用系统的改进也可应用于达标处理模式和两次冲洗模式，即可把屋顶集雨系统接入达标处理模式或两次冲洗模式的跨层再利用系统，也可以使这两种跨层再利用系统的功能得到进一步完善。6结语注重节水减污措施的综合绩效应是我国建设节水型社会要遵循的一个基本原则。跨层再利用是综合绩效非常高的生活废水再利用方式，跨层再利用在我国节水型社会的建设过程中可以发挥重要作用。本文在剖析传统生活废水跨层再利用模式之缺点的基础上，着眼技术路线的改进，从概念层面提出了“达标处理”、“两次冲洗”和“雨水附加”三种生活废水跨层再利用的改进模式。其中，两次冲洗模式具有较高的操作性，是非常值得进行系统研究的生活废水跨层再利用的概念模式。参考文献[1]Terpstra，P.M.J.Sustainablewaterusagesystems:modelsforthesustainableutilizationofdomesticwaterinurbanareas[J].WaterScienceTechnology,1999,39(5):65-72.[2]Graaf，J.,H.Meester,W.A.Bruggeman,etal.Sustainabletechnologicaldevelopmentforurban-watercycles[J].WaterScienceTechnology,1997,35(10):213-220.[3]董辅祥,董欣东.节约用水原理及方法指南[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.[4]董辅祥,董欣东．城市与工业节约用水理论[M]．北京：中国建筑工业出版社,2000．[5]北京市城市节约用水办公室.中水工程实例及评析[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.[6]付婉霞,吴俊奇.建筑节水技术与中水回用[M].北京:化学工业出版社,2004.[7]高明远.建筑中水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,1992.[8]中华人民共和国建设部,国家质量监督检验检疫总局.城市居民生活用水量标准[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.[9]中华人民共和国建设部,国家质量监督检验检疫总局.建筑中水设计规范[M].北京:中国计划出版社,2003.