黄河水院再生水资源综合应用研究

2013-12-07李永丽

黄河水利职业技术学院学报 2013年1期

李永丽，娄冬

(黄河水利职业技术学院，河南开封 475004)

0 引言

黄河水利职业技术学院（简称黄河水院）位于开封市西北郊。该校区建设时，根据专业设置和校内水景系统的特点，构建了校园立体化、多功能水资源综合应用技术体系。即以中水回用、雨水收集为基础，结合水利工程教学的实训实践需求，在模拟水利枢纽工程、水利实验、水处理技术等方面，形成了集实训、教学、生活、环境等一体化的示范工程。该工程使校区的污水达到零排放，雨水得到了充分的利用。这不仅节省了水资源，还收到了很好的景观效益和经济效益。

1 校园多功能综合性应用水体系

1.1 可利用的再生水资源

1.1.1 校区污水处理站

黄河水院校区污水处理站建设规模1 800 m3/d，占地面积1 500 m2。该处理站为半地上式一体化设计，采用了接触生物氧化法与湿地处理相结合的污水处理工艺，即污水经过A/O 生物接触氧化池工艺[1]，沉淀池污泥部分回流至A 级生物池；污水一部分流到全自动高效过滤池，一部分排到人工湿地[2]。其工艺流程如图1 所示。

图1 污水处理工艺流程示意图Fig.1 Sewage treatment process

1.1.2 雨水积蓄工程

开封市多年平均降雨量为620.68mm，枯水年（P=75%）降雨量为459.01mm。经检验，开封市雨水中的COD、BOD、SS、NO3-等离子均未超标，收集起来经过流动、沉淀、日光的照射等系列物理化学和生物作用后[3]，能达到城市杂用水水质标准。

黄河水院校区总面积为75.27 万m2，汇水面积64.9 万m2。其中，绿地为32.45 万m2，其单一覆盖径流系数为0.15；路面和屋面等为32.45 万m2，其单一覆盖径流系数为0.85。所以，该校区综合径流系数为：（0.15×32.45＋0.85×32.45）／（32.45+32.45）=0.475。

经统计、计算，平水年P=50%可以利用的多年平均雨水量为119 039 m3，枯水年P=75%可以利用的雨水量为43 527 m3。经多年测试，此计算值符合校区实际情况。

1.2 再生水资源的需水量

1.2.1 模拟水利枢纽工程实训教学中水应用

水利水电工程仿真实训基地工程位于学校鲲鹏山上，总占地面积约1.34 万m2。该工程集中了目前水利水电工程中常见的水利枢纽和各种类型的水工建筑物，极大地改善学院的实训教学条件，也给水利、测绘、路桥和土木等系各专业提供了一个真实的教学环境。鲲鹏山山体下部主要采用建筑垃圾进行堆积。为方便种植，上部及山体表层采用耕土覆盖。为了美观，局部用块石点缀堆砌。

模拟水利枢纽工程有3 台水泵正常运行，流量均为0.2 m3/s，主要用于一年级的认识实习和二年级的生产实习，每年总用水量为712 800 m3。

1.2.2 水利实验馆实训教学中水应用

水利实验馆是学院产、学、研结合的实验基地，以生产科研、技术服务为主，可以开展大型水工、河工物理模型试验，还可以开展水力分析计算常规实训教学(包括毕托管流速测验、水头损失分析测定、水流动量分析等项目内容)。

目前，水利馆有4 台泵(3 用1 备)，流量均为0.2 m3/s，用于一年级的认识实习和二年级的生产实习，每年总用水量约为617 760 m3。

1.2.3 生活、绿化、浇洒道路中水应用

据测算，学院教学楼和办公楼每年用于冲厕所的水量为193 952 m3，用于绿化的水量约110 905 m3，浇洒道路用水量约26 880m3。

1.3 校园水资源综合应用体系的构建

根据校区的规划，绘制了黄河水院水资源综合应用体系图，如图2 所示。

图中，收集的生活污水经污水处理站处理后，排向湖泊；雨水也由湖泊进行收集。湖泊水用于水利馆试验、模拟水利枢纽工程试验、浇洒道路、绿化、冲厕。因为水利馆试验用水、模拟水利枢纽工程用水是间歇进行的，所以水量能够满足要求。

图2 高校校园年水资源综合应用体系Fig.2 College campus annual water resources comprehensive application system

2 水系规划的经济性分析

2.1 污水处理应用的经济性分析

2.1.1 基建及其他费用

黄河水院污水处理站工程总投资311 万元，运行费用为0.60 元/m3，大修费用为0.29 元/m3。经计算，中水费用为0.89 元/m3。而开封市自来水费用为2.4 元/m3，中水利用1m3可节省1.51 元，经济效益显著。

2.1.2 环境效益分析

校区污水处理站正常运行后，可获得如下环境效益：每年削减SS 排放量85.94 t、削减BOD 排放量90.85t、削减COD 排放量118.27t、削减NH3-N 排放量18.59t、消减TP 排放量3.98t。由此可以看出，污水处理有效地降低了对周围水体环境的污染，具有明显的环境效益。

2.2 水资源综合应用体系水费的经济性分析

在中水和雨水没有利用的情况下，黄河水院每年水费约256.36 万元；在中水与雨水利用的情况下，每年所需水费约为180.876 万元。故每年可以节省水费75.48 万元。

2.3 水利枢纽工程（鲲鹏山）的经济性分析

2.3.1 经济效益分析

鲲鹏山主料采用新校区建筑基础开挖土和老校区拆迁建筑垃圾，用量3.40 万m3（虚方），实际支出为：建筑垃圾运输、堆积费用1388 车×24.5m3×8.8元/m3=29.92 万元；山体表面覆土2.57 万m3（虚方），土体运输堆积费用为1048×24.5m3×14.6 元/m3=37.48 万元，两项费用合计67.40 万元。

若整个山体全部采用购买的土方堆积，按照当时开封市行情，费用（购买土方、运输、堆积）为：4.55万m3×1.31（压实系数）×14.6 元/m3=87.02 万元。建筑垃圾外运所需费用为:3.40 万m3×8.8 元/m3= 29.92万元。堆积山体和建筑垃圾外运两项经济效益合计49.54 万元。

2.3.2 环境效益分析

通过鲲鹏山的建设，校园、城市减少了建筑垃圾堆放，减少了环境污染。利用垃圾堆山，建成了校内实训实习基地，成就了“把水利工程建在校园，把校园景观建成水利工地”的办学理念。同时，又营造了一处环境优美的校园景观。

2.4 实习费用的经济性

黄河水院的给排水工程专业、环境工程专业、水务工程专业、水文水资源专业、市政工程专业都开设有水处理工程技术、水质分析等专业课程。污水处理站既可以作为这些专业在校学生的认识和生产实习基地，又可以服务于生产。水资源系的水文站用于水文水资源专业的认识实习和生产实习。水利枢纽工程（鲲鹏山）、水利试验馆用于水利水电建筑工程专业的认识和生产实习。鲲鹏山、水系地下隧洞为测量专业学生测量地形提供了认识实习和生产实习的场地。

根据学院规划，学生外出实习，每生每年平均补贴110 元，教师出差每天补贴50 元。据此计算，每年学院可节省费用74.1275 万元。