基于案例的雨水回用系统技术经济分析

2014-06-27顾蔚华

建设监理 2014年5期

顾蔚华

（上海建科造价咨询有限公司，上海 200032）

0 引言

城市的扩张不可避免地导致了不透水地面面积的增加和地表雨水径流系数及径流量的相应提高，因此需加大排水系统的建设规模和投资资金来排放雨水。同时，由于减少了雨水的地下渗入量，地下水得不到充分的涵养，对城市的生态环境产生了非常不利的影响。据资料显示，目前全国 60 多个城市日平均缺水 100 万 m3，造成全国年财政收入减少 20亿元。在 20 世纪 70 年代末，各国开始逐渐重视雨水的回收利用，特别是城市建筑中的雨水收集、渗透与利用技术的开发应用。雨水回用工程实施以后，能提高水资源的重复利用率，有效缓解国家水资源缺失的现状，增加水资源的真实的经济价值。雨水回用系统还能减少为了消除雨水污染而造成的社会损失，节约城市排水设施的运行费用。因此，对雨水回收利用的技术经济研究，具有很强的现实意义。

1 雨水回收系统的方案设计和基本工艺

雨水回用的基本方案是：经过雨水处理系统处理后储备在清水池中，一般用作展馆内盥洗、厕所冲洗、道路浇洒、绿地浇洒、地板清洁、建筑物清洗及少量景观水体置换补充用水。

根据具体项目用水方案，来确定雨水处理系统的处理后水的水质标准。目前，雨水回收系统的基本工艺有生化处理工艺、物化方法和膜生物反应器工艺。

传统的生化处理工艺(生化处理+沉淀过滤+消毒工艺)的工艺技术比较成熟、稳定，掌握程度高，运行风险低，初期造价低。但传统生化处理系统的污泥浓度不高、污泥负荷较低，加上二沉池的水力负荷限制，占地面积较大、处理工艺流程长；同时工艺自身耗水较多，产生的化学污泥易引起二次污染。

采用物化方法(混凝沉淀+膜分离＋消毒工艺)不会产生生化法那样的气味，污泥量少、操作方便。但是，膜分离技术会出现初期产水水质高而随着运行出现出水水质逐渐恶化的现象。如果采用反渗透技术，则对进水水质要求高、预处理复杂、运行费用高。

膜生物反应器工艺(MBR)使用得最多。其工艺简单，无需设置二沉池，对污染物的去除率高，能够高效固液分离，出水水质良好。膜的高效截留作用能延长污泥龄(SRT)，大大减少污泥处置的费用，还能提高对氨氮的去除率。膜生物反应器工艺的一次设备投资低于其他工艺，但是处理成本(包括电费、药剂、人工费及膜更换费用)高于传统生物处理及物化工艺。随着膜分离技术的不断发展和新型膜材料的开发研制，处理成本将会逐步下降。

经过这几种雨水处理系统的处理，所得到的水能基本满足用水的水质标准。

2 雨水回用工程实例的初步经济效益和财务效益分析

本节通过调研三个不同类型的工程实例，了解各个工程雨水系统的主要设备并计算其造价，运用工程经济学的方法来对雨水回用系统进行初步经济效益和财务效益分析。

2.1 项目A

2.1.1 项目A概况

现有华东地区某公建项目 A，用地面积 13 222 m2，总建筑面积 21 814 m2，建筑基底面积 3 294 m2。本项目通过收集屋面及下沉式庭院的雨水，经过净化处理，用作绿化、道路浇洒、垃圾房及厨房地面冲洗、冷却塔补水及水景池用水；雨季时水景池兼做雨水收集池。本项目收集的雨水来自屋面及下沉式庭院。大部分屋面为绿化屋面，径流系数为 0.4，屋顶面积为 3 500 m2，年可收集雨水量 1 630.3 m3。下沉式庭院及侧墙面积 1 550 m2，地面径流系数为 0.9，年可收集雨水量1 624 m3。

本项目水处理流程为：屋顶花园渗透→雨水管收集→雨水蓄水池→絮凝剂→全自动砂滤系统→次氯酸钠消毒→清水池→供水水泵→冷却塔、绿化喷灌、道路浇洒、垃圾房及厨房地面冲洗等。

根据工程措施分析，该小区的雨水回用系统中的主要设施及构筑物型号、构造尺寸及造价如表 1 所示。

表1 项目A主要设备及造价构成表

2.1.2 项目A初步经济效益和财务效益分析

(1)初步经济分析。工程建成后，该项目平均每年处置的总水量为 5 344.5 m3，工程造价为 353 223 元，假设折旧期为30 年(不计残值)，每年的折旧费为 1.18 万元。

(2)年运营阶段费用分析。

①药剂费。药费主要为 10%NaClO 和絮凝剂的费用，约为 0.10 元/t 水。年处理水能力为 5 344.5 m3，故药剂费用为534.45 元。

②处理系统动力费用。上海市夏季电价在每年 7 月 1日至 9 月 30 日执行。分时电价分两段：峰段为 6：00～22：00，谷段为 22：00～次日 6：00(不分季)。办公楼用电属二类用户。非夏季分时电价：峰价为 1.019 元/kW·h，谷价为 0.488 元/kW·h。夏季分时电价：峰价为 1.044 元/kW·h，谷价为 0.513 元/kW·h。

正常运行功率 22.892 kW。白天运行由于电费差别不大，故取 1.019 元/kW·h，功率因数：0.8。

22.892 /24×1.019×0.8/10=0.078 元/t 水

所以系统动力费用为 416.87 元。

③维修费：根据以往的工程经验，维修费平均约0.05 元/t 水，维修费为 267.23 元。

年运行总费用为 1 218.55 元(根据水质波动，运行成本可能会在+15% 内波动)。

2.2 项目B

2.2.1 项目B概况

总用地面积 10 312 m2，总建筑面积 54 338 m2；项目设计年平均降雨量 1 200 mm。本项目将屋面雨水收集并经过滤后，用作绿化浇洒用水，以达到减少市政自来水用量的目的。在雨水收集箱(22.5 m3)储存满水的情况下，约能满足一周绿化浇洒用水的需求。

项目雨水收集利用的工艺流程(见图 1)。

图1 项目雨水收集利用的工艺流程

根据工程措施分析，该项目的雨水回用系统中主要设施及构筑物型号、构造尺寸及造价如表 2 所示。

表2 项目B主要设备及造价构成表

2.2.2 项目B初步经济效益和财务效益分析

(1)初步经济效益。工程建成后，该项目平均每年处置的总水量为 4 561.2 m3, 工程造价为 313 918.17 元，假设折旧期为 30 年(不计残值)，每年的折旧费为 1.05 万元。

(2)年运营阶段费用分析。

①药剂费。药费主要为 10%NaClO 和絮凝剂的费用，约为 0.10 元/t 水。年处理水能力为 4 561.2 m3，故药剂费用为456.12 元。

②处理系统动力费用。上海市夏季电价在每年 7 月 1日至 9 月 30 日执行。分时电价分两段：峰段为 6：00～22：00，谷段为 22：00～次日 6：00(不分季)。办公楼用电应属二类用户。非夏季分时电价：峰价为 1.019 元/kW·h，谷价为 0.488 元/kW·h。夏季分时电价：峰价为 1.044 元/kW·h，谷价为 0.513 元/kW·h。

正常运行功率 15.83 kW。白天运行由于电费差别不大，故取 1.019 元/kW·h，功率因数：0.8。

15.83 /24×1.019×0.8/10=0.054 元/t 水

所以系统动力费用为 246.30 元。

③维修费.根据以往的工程经验，维修费平均约 0.05 元/t水，维修费为 228.06 元。

年运行总费用为 930.48 元(根据水质波动，运行成本可能会在+15% 内波动)。

2.3 项目C

2.3.1 项目C概况

总建筑面积 27 000 m2，年用水总量为 20 149.5 m3；其中可采用非传统水源供水绿化喷灌及道路浇洒等的总量为2 354.3 m3，占总用水量的 11.7%。建筑物屋面及场地雨水经雨水斗、管道、雨水口收集后，经弃流设施储存于雨水收集池；处理达标后供绿化、道路浇洒等用水，其不足部分由自来水自动补充。同时，采取防止生活饮用水被污染的措施，在区域内安装一套雨水回用系统。部分屋面雨水经初期弃流后，将进入地下雨水收集池(有效容积为 50 m3)；经膜处理后，进入清水池(有效容积为 20 m3)。最后由加压泵加压后，供绿化浇洒用水。清水池上同时设置自来水补水管并设有液位控制，在雨水量不能满足要求的情况下，利用自来水作为绿化浇洒备用水源。

工艺采用：屋面雨水→初期雨水弃流→雨水蓄水池沉淀→膜处理(消毒)→雨水清水池。

根据工程措施分析, 该项目的雨水回用系统中主要设施及构筑物型号、构造尺寸及造价如表 3 所示。

表3 项目C主要设备及造价构成表

2.3.2 项目C初步经济效益和财务效益分析

(1)初步经济效益。工程建成后，该项目平均每年处置的总水量为 2 354.3 m3，工程造价为 260 288.67 元。假设折旧期为 30 年(不计残值)，每年的折旧费为 0.87 万元。

(2)年运营阶段费用分析。

①药剂费。药费主要为 10%NaClO 和絮凝剂的费用，约为 0.10 元/t 水。年处理水能力为 2 354.3 m3，故药剂费用为235.43 元。

②处理系统动力费用。上海市夏季电价在每年 7 月 1日至 9 月 30 日执行。分时电价分两段：峰段为 6：00～22：00，谷段为 22：00～次日 6：00(不分季)。办公楼用电应属二类用户。非夏季分时电价：峰价为 1.019 元/kW·h，谷价为 0.488 元/kW·h。夏季分时电价：峰价 1.044 元/kW·h，谷价 0.513 元/kW·h。

正常运行功率 9.16 kW。白天运行，由于电费差别不大，故取 1.019 元/kW·h，功率因数：0.8。

9.16 /24×1.019×0.8/10=0.031 元/t 水

所以系统动力费用为 72.98 元。

③维修费。根据以往的工程经验，维修费平均约0.05 元/t 水，维修费为 117.72 元。

年运行总费用为 426.13 元(根据水质波动，运行成本可能会在+15% 内波动)。

3 基于工程实例的雨水回用系统技术经济分析

根据三个项目的工程信息、效益与运营成本的组成情况，分析并制作表 4。

表4 雨水系统综合表

根据表 4 纵向比较不难看出，雨水回用系统的财务收益、经济效益及运行费用都与系统年处理水量基本成正相关。说明雨水系统的一系列关于经济的评价与雨水系统年处理水量的大小密切挂钩，即：雨水系统年处理水量是评价该系统经济情况的最为核心的指标。

根据表 4 横向比较来看，雨水系统年处理水量与工程造价也存在一定的正相关关系，而处理 1 m3水的工程造价也与雨水系统的工程造价有一定负相关的关系。因此，将工程造价作为自变量，将年处理水量和处理 1 m3水的工程造价分别作为因变量，模拟得到函数关系(如图 2 和图 3 所示)。

图2 雨水系统工程造价与年处理水量关系图

图3 雨水系统工程造价与处理1m3水的工程造价的关系图

从图 2 和图 3 中可以清晰地看出，当工程造价增大时，年处理水量以对数关系上升，处理 1 m3水的工程造价以指数关系下降；两条拟合趋势线的拟合度 R2都很高。说明它们之间的关系变化是客观存在的，也反映出了雨水回收利用系统有一定的规模效应，即：当投入增大时，单位成本减少，单位收益增加。由此可见，在大型公共建筑使用雨水回收利用系统相对经济合理，对节能环保也有重要的正效应。