中水回用技术在江苏省常州纺织高等职业技术学院基建中的应用

仇金标 徐震兴 赵明华

(1.江苏省水利科教中心,南京 210029;2.江苏省农村水利科技发展中心,南京 210029)

1 引言

中水回用技术是一项生活污水重复使用的节水技术,起步于国外20世纪60年代,一些发达国家规定:新建筑面积3万m2以上,或可回用水量在100m3/d以上,都必须使用中水回用技术;中国起步较晚,但随着中国水资源的日益紧缺,该项技术在中国逐步得到应用并推广,具有极大的发展前景和生命力。

2 项目概况

江苏省常州纺织高等职业技术学院位于江苏省常州市南部新区,占地面积852亩,在校师生12000多人,该校在新校区建设规划设计初期,就将中水回用技术系统纳入基建计划。2006年在新校区建设项目启动时,同步进行中水收集回用管网的敷设施工和地下水池和中水处理站房施工;2007年系统完成设备安装调试投入运行;2008年,针对使用情况进行全面的优化和完善。目前系统状态稳定,运行正常,达到日处理回用中水500t的设计指标,项目取得预期的效果。

3 中水回用技术工艺流程设计

项目在确定中水水源与设施设置位置方面,首先考虑取用学生公寓优质生活用水为处理对象,学生公寓粪便水不进入,因此产生异味源大量减少,对于处理过程中少量的沉渣和反冲洗水直接排入市政污水管网,不产生固体废物;同时中水回用处理设备选用进口设备达到有效减少噪音,力争将环境的影响降低到最小。经过处理后的中水必须达到《再生水利用于城市非饮用水控制项目和指标限值》。

项目确定新校区学生宿舍的内部设施,即每间宿舍设有独立的卫生间,并配有一卡通刷卡计量使用的热水淋浴器;学生用水标准为210L/(人◦d),实际约为150L/(人◦d),其中,洗浴、洗衣水量约为100L/(人◦d),相当于中水进水量为500m3/d,以此确定中水处理项目规模。

4 中水回用技术建设管理

(1)管材。由于中水处理回用的主要去向是送回学生宿舍冲厕,回收管为UPVC加筋管;回用总管为球墨铸铁管,室内为PPR管。

(2)站房建设。为了减少占地,中水处理站设计为地下中水调节水池、接触氧化池和中水储水池;站房则建在水池上方,钢筋混凝土框架结构,可以方便水泵等中水设备、管线的安装;缩短了站房管线敷设距离、减少系统投资。

(3)设备安装。中水收集处理回用系统采用PLC可编程控制器实现中央控制,各个水池 (中水调节水池、接触氧化池、生化沉淀池、中水储水池)的液位控制;提升泵、过滤泵、回供水增压泵、增氧机、过滤及反冲等设备的运行及切换,均通过可编程控制器根据液位、压力、时序等物理量,实现自控联动。同时,控制系统设有手动、自动转换开关,必要时可切换至手动控制。各类动力电器 (电动格栅、鼓风机、潜水泵、增压泵等驱动电机)元件均设有断路、短路、缺相、过流、过载等保护功能,整套污水处理设施无需专人管理。

(4)中水处理回用系统的流程图和原理图见图1、图2。

图1 中水回用技术的系统流程图

图2 中水回用技术的系统流程原理图

5 中水回用技术工艺流程

5.1 工艺说明

污水由排水系统收集后,进入中水处理站的格栅井,去除头发等杂物后,进入调节池。调节池中设置预曝气系统,对污水进行预曝气,再经液位控制仪传递信号,由提升泵将经过预处理的污水送至接触氧化池,进行生化处理;在池中污水中绝大部分有机污染物通过生物氧化、吸附得以降解。生化后溢出水自流至下一个集水池,然后由过滤泵提升送入砂过滤器和活性炭吸附器作进一步净化处理;过滤吸附后中水经加次氯酸钠消毒达到中水要求;处理后中水排入储水池,由变频恒压供水机组泵送至使用点和管网回用。

5.2 工艺特点

处理系统核心的接触氧化部分采用先进的微孔曝气技术,充分提高氧气的利用率,节约动力,降低运行成本。活性炭、石英砂两级过滤器进出端水管采用电动组合阀控制,真正实现过滤和反冲洗全自动控制。

本系统电器控制采用PLC可编程控制器全自动程序控制,各设备的运行及切换通过可编程控制器实现协调自控联动。同时,控制系统设有手动、自动转换开关,必要时可切换至手动控制。各类动力电器元件均设有断路、短路、缺相、过流、过载等保护功能。系统所有设备的运行状况都在系统模拟屏上显示,管理简单、运行稳定,高效率的实现中水的收集处理回用。

5.3 中水处理站建设和系统主要设备的技术参数

5.3.1 中水处理站和收集回用管网建设

(1)站房占地170m2,分地下水池和地上站房两层,地下水池中水调节池346.5m3;接触氧化池(生化池)87.5m3;处理后中水储水池105m3。地上站房面积70m2。分中水处理设备间、水质监测分析实验室。

(2)中水回收和处理后中水回用管道随各宿舍楼和室外道路施工同步敷设,汇集至中水处理站,即所有楼宇均为两套给排水管线。

5.3.2 中水回用系统主要设备及技术参数

(1)自动电动机械格栅。

1)外形尺寸:800mm×1200mm。

2)栅隙:2mm细格栅,有效地拦截原水中毛发等的杂物。

3)材质:不锈钢。

4)数量:1台。

(2)中水调节水池。中水调节水池用于调节水量和均衡水质。容积按日处理水量的50%确定,根据工程设计,调节池容积为346.5m3。为提高处理效果,调节池内采用预曝气,曝气量为25m3/h。

1)规格:11000mm×9000mm×3500mm。

2)材质:混凝土结构。

3)数量:1只。

(3)接触氧化池87.5m3。用于水质的增氧曝气、生化处理。

1)规格:5000mm×5000mm×3500mm。

2)材质:混凝土结构。

3)停留时间:3h。

4)曝气量:180m3/h。

5)数量:1只。

(4)全自动砂过滤器。用于生化后中水的第一级过滤,净化水质。

1)规格:φ 1500。

2)材质:304(SUS)不锈钢板。

3)数量:1台。

(5)全自动炭吸附过滤器。用于中水的碳吸附过滤,进一步净化水质。

1)规格:φ 1500。

2)材质:304(SUS)不锈钢板。

3)数量:1台。

(6)全自动消毒设备。给经过滤净化的中水加次氯酸钠消毒,杀灭水中有害菌体。

1)规格:全自动消毒液加装计量泵5～500mL/h可调。

2)数量:1台。

(7)污水泵。用于调节池污水提升至接触氧化池。

1)型号:40ZW20-12。

2)流量:20m3/h。

3)扬程:12m。

4)功率:2.2kW。

5)数量:2台 (一备一用)。

(8)过滤泵。用于生化沉淀后中水提升加压过滤。

1)型号:65ZW20-30。

2)流量:20m3/h。

3)扬程:30m。

4)功率:5.5kW。

5)数量:2台 (一备一用)。

(9)风机。用于调节池、接触氧化池中水增氧、曝气。

1)型号:HC-80S。

2)风量:2.66m3/min。

3)功率:4kW。

4)数量:2台 (一用一备)。

(10)变频恒压供水机组。用于回用中水的增压泵送。

1)型号:QZG -800。

2)水量:40m3/h。

3)扬程:40m。

4)功率:7.5kW×3。

5)数量:1套3台。

(11)中水储水池:105m3。用于处理后中水的储存。

1)规格:5000mm×6000mm×3500mm。

2)材质:混凝土结构。

3)数量:1只。

(12)中水洗车及储存调节水箱。用于洗车和中水供水高低峰储存调节。

1)规格:4000mm×3000mm×2500mm(30m3)。

2)材质:304(SUS)不锈钢板。

3)数量:1只。

(13)生化沉淀池。用于生化后中水沉淀,减少过滤器污物和杂质,提高水质和产水量。

1)规格:4000mm×3000mm×2500mm(35m3)。

2)材质:Q235结构钢板。

3)数量:1只。

6 中水处理系统的优化改进

根据学校的使用具体情况,在中水项目运行过程中对系统进行优化改进,主要改进有如下几个方面。

(1)PLC可编程控制器输入输出控制点数由60增加到80,使系统控制更稳定、可靠。在中水池增加了自来水补水系统控制,在进水处增加了河水补水系统控制,可确保学生的用水。增加了两级过滤前端的生化沉淀池控制,提高了中水处理质量和产水量。

(2)在进水处除了原来的固定格栅外,又增加了电动机械格栅FXZN,可定时循环自动工作,有效地去除洗浴废水中大量的头发和漂浮物,防止污水泵的堵塞。

(3)把原系统的污水泵、过滤泵由自吸泵改为潜水泵,进一步减少了地处学生公寓中的中水处理站产生的噪音。

(4)出水增压泵端的PVC管改为镀锌管,更适应变频供水机组的压力变化,防止管线开裂漏水。

(5)池子观察口的井口盖板改为不锈钢板,可有效地防止中水的侵蚀,延长它的使用寿命。

(6)由于处理源水的水温较高,站房内结露湿度大,采光的铝合金玻璃窗改为铝合金百叶窗,增加通风去湿效果,以防设备受潮锈蚀。

(7)中水回收处理回用系统产出的中水除用于学生冲厕之外,还利用富裕中水用于教职工洗车和一般清洁养护,主动设法解决教职工洗车问题,杜绝以往教工在校区内用自来水零星洗车,造成水资源的浪费现象。洗车系统建专用设备间,设大功率高压清洗机一台、吸尘器一台、清洗泡沫涂抹机一台、气泵一台、甩干机一台,形成完整的洗车服务系统。为减小和避免洗车操作时对中水供水管网压力的影响,设30m3中水输出调节水箱一只 (不锈钢板制作),水箱储水平时供洗车使用,所存水量可在学生用水高峰回补到中水储水池,起缓冲调节作用。洗车形成的污水通过洗车台入口的拦水沟收集进入隔油沉淀池,经去油沉淀后,回送到中水收集管末端井 (电动格栅前端),进入中水收集池,经系统重新处理使用。

7 中水绿化喷淋系统

江苏省常州纺织高等职业技术学院在中水回收处理回用系统规划设计初期,就考虑利用处理后的中水作绿化灌溉用水,故在道路施工时便设计敷设了环路中水总管,使中水管网遍布校园每一块绿地,并在大面积草坪区敷设了喷灌系统,总管线敷设长度1600余m;喷灌系统管线长度1200余m,设喷头136个。校区绿化全部使用中水灌溉、喷淋,一年减少绿化新鲜水资源取用5万余t。

8 项目实施后达到的经济、技术指标

(1)经济指标。经安装水表、电表计量测算,该系统处理回用1m3水的能耗为1kW◦h,按市场电价0.51元/(kW◦h)计算,设备、房屋及管线折旧按30年计,每年折旧6.7万元,管理及药剂费按每年5000元,每天处理回用500t中水,一年按300天计,全年产中水15万t左右,每年的运行成本为7.5万元,按目前的自来水单价2.65元/m3,每年可为学校节约水费开支25万元左右 (已扣除运行成本和房产设备折旧)。

(2)技术指标。经常州市环境监测中心站 (表1)的监测:

1)进水:pH值为7.30,CODCr为133mg/L。

2)出水:pH值为7.19,CODCr为46.7mg/L。

表1 常州市环境监测中心站监测的数据

9 项目实施的经济、社会、环境及其他效益

(1)经济效益。2009年江苏省常州纺织高等职业技术学院入住学生规模已经达到12000名,经测算,该系统处理1m3水的能耗为1.18kW◦h,按市场电价0.51元/(kW◦h)计算,设备、房屋及管线折旧按每年折旧5.7万元,管理及药剂费按每年5000元,中水站一年收集处理回用中水13余万t,运行成本约为12.63万元,约合每立方米水的成本为0.97元;按目前的自来水单价2.65元/m3,每年可为学校节约水费开支21.82万元;按此计算,该系统的投资将在9年内收回。经实际测算,2008年全年取用生活新水总计358000t,同比2007年减少新水取用近15万t,减少水费开支25.2万余元(扣除中水处理回用成本)。江苏省常州纺织高等职业技术学院平均日用水量降至117L/(人◦d),节水降耗的经济效益十分明显。

本项目中水处理回用设备科技含量较高,可增强学校培训教学任务的实践性,项目实施中注重环境保护和循环经济意识,具有极高的示范、推广作用,增强群众的节水和环境,产生良好的社会效益和示范作用。

(2)环境效益。本项目考虑中水设施位于学生公寓范围内,在环境方面注重考虑:一是建设方式必须考虑噪声、异味及固体废物等不良因素对整体环境产生的负面影响,选择了优质杂排水为处理对象,粪便水不进入,因此不会产生异味;处理过程中产生的少量的沉渣和反冲水直接排入市政管网,不产生固体废物;选用进口设备有效地减少噪音,将系统对环境的影响降低到最小。二是经中水回用系统处理后的中水,既用于所有学生宿舍冲厕所,亦将余水用作校园绿化灌溉、打扫环境卫生、校园水系补充、教职工洗车等,可谓校园环境的绿化、美化、净化功能和循环经济、可持续发展理念的实际体现。三是中水处理回用系统的使用,每天可处理500t水,一年按300d计,每年可节约新鲜水资源15万t,使得校区生活污水排放量减少一半以上;进水 CODCr按 150mg/L,出水 CODCr按50mg/L计算,每年可减少CODCr排放15t,具有十分明显的环境效益。