室内水多级利用及自动冲水系统的开发

刘斯卿++王聪

摘 要：文章分析高校宿舍进行盥洗室内的中水回用的必要和可能，再对中水回用进行方案设计，并且展示了实物模型中的作用原理和主要技术指标，最终对高校宿舍中水利用改造提供参考。

关键词：中水回用；灰水；循环利用；学生宿舍

中图分类号：TK47；TP292 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0004-03

目前许多学校的老旧宿舍都采用落后的坑位连通式条形盥洗室，而其冲水系统给学生生活带来诸多不便。因此，基于环保节约的考虑，我们认为，开发一种有能自动冲水并合理控制水量的水箱和能将洗脸池污水存储并用于冲洗卫生间的系统显得尤为重要。

1 盥洗室现状

1.1 盥洗室硬件情况

很多学校校舍比较陈旧，许多宿舍楼的公共卫生间还在使用手拉式储水箱冲水系统，在卫生间使用高峰期，储水箱进水速度跟不上冲水速度导致厕所排水道堆积物过多甚至堵塞，并且绳子在使用过程中十分不卫生。且宿舍年代久远，不方便进行大规模的建筑修整。

1.2 用水量情况

根据魏娜等人在高校校园盥洗废水回用分析中的结论：

在各类型的用水中根据调查结果，学生宿舍用水量约占校园总用水量的37%，其中冲洗厕所用水为40%，盥洗用水约为22.2%，洗浴用水仅占3%，可见盥洗用水在水量上具有明显优势。

1.3 水质情况

盥洗废水中的主要污染物为COD、BOD、SS、LAS、NH3-N等，但其废水水质优于生活污水，处理后易达到《生活杂用水水质标准》，可用于浇花、喷洒道路、水景景观用水、冲洗厕所等。宿舍楼淋浴、盥洗用水水质，见表1，MBR工艺处理后清水水质，见表2。

高校宿舍楼盥洗用水污染程度低且组分相对单一，易处理水占总排水量的绝大多数，主要污染物为COD、NH3-N、总磷、动植物油等，其中COD在300～350 mg/L、NH3-N在3～10 mg/L、总磷≤1 mg/L、动植物油在2～10 mg/L。污水浓度低，可生化性较好。经过MBR工艺处理后即可满足城市杂用水水质标准。

2 水箱位置方案设计

方案一：污水收集箱置于楼顶。

放在楼顶，不影响其他的正常使用空间，噪音干扰较小；但与此同时也存在其他问题，需要将污水从每一层泵送到顶楼，泵送污水会不利于水泵的长期使用，增加成本，且受到水泵使用寿命的限制，效率降低。

方案二：污水收集箱置于底层。

放在底层，噪音干扰较小，且可利用重力使污水从各层楼流下，泵送清水至各层，这样对水泵损害较小，使用寿命相对较长，效率较高。但底层常常有地下室等其他贮存的使用空间，将污水收集箱放在底层会影响其他空间的使用。

方案三：污水收集箱置于中间楼层。

放在中间楼层，可以更好地对各层用水进行宏观调控，对需水量大的地方进行资源倾斜；但这样会影响居民的休息，噪音较大。

3 模型介绍

3.1 反应器部分

中水回用系统模型，如图1所示。

污水调节箱。

宿舍楼盥洗、淋浴用水的水质、水量不稳定，通过调节池的暂时存储和混合作用，可以维持进入MBR反应器的污水相对稳定。

接下来的红色部分就是毛发过滤器。其内部的格栅能阻挡毛发等大颗粒物体，保证管道不堵塞、装置稳定运行。装置运行两周后，打开过滤器的清污阀门，从调节池重力自流流出的水可将滞留的污物冲出。在毛发过滤器和MBR反应器间连接有兰格蠕动泵，它通过电机带动转轮转动使管道蠕动来控制流量。

接下来是整套装置的核心——MBR反应器。反应器中加入了活性污泥，在连续曝气的条件下可以降解污水中的有机物，最后由蠕动泵从膜组件中抽滤出清水。反应器左上角为液体流量计，用于控制污水的进入，右上角为气体流量计，控制曝气量以维持装置内溶解氧在适合微生物生长的范围内。

蠕动泵将清水抽出后送入紫外消毒器。紫外消毒二次污染小、消毒副产物少，不腐蚀装置，消毒效率高、占地面积小，易于电路控制、实现自动化管理。

消毒后，清水进入清水箱。我们制作了一个口字形的管道来模拟实际的中水回用管道。当清水箱水位高于出水口时，管道底部的增压泵能将水送至整个管网。在水箱中设置水位计，通过逻辑电路的控制，保证冲厕时回用的中水先于自来水被使用。污水处理流程图，如图2所示。

3.2 污泥浓度检测部分

定时从MBR反应器中取出样品，通过抽滤、烘干、称重，测得单位体积污水内污泥的浓度，确保装置在稳定可靠的条件下运行。

首先用烘箱烘干滤纸，并在电子天平上称重。

准备抽滤的工具。从MBR反应器中取出100 ml样品倒入容器，打开气泵进行抽滤。

将抽滤后的滤纸放入烘箱烘干。

用电子天平称量带干燥污泥的滤纸。比较两次称重结果得100 ml污水中污泥的质量，从而测得反应器中污泥浓度。

4 重要部分的作用原理

4.1 调节箱

在这个模型的最前端，有一个清水调节箱来贮存污水，它可以用来调节进入污水处理系统的水量：

①在污水排放较多时，它缓冲排水峰量，防止水量过多而溢出、阻塞等问题；

②在污水排放过小时，可利用自身早期储存的污水来补充，防止因污水不够所导致的微生物数量骤减等问题，保证后面的污水处理系统能够稳定运行。

同时，它能够用来监控污水的pH值，由于清水调节箱容量较大，整体来说其内部污水可以稳定在一个合适的pH值，防止波动过大。

这个调节箱也起着沉淀池的作用，它可以对进入的大量污水进行沉淀，使上层较清澈液体流入后面的污水处理部分，防止固体沉渣进入系统，保护后面的MBR膜生物反应器的安全。

4.2 毛发过滤器

我们使用的毛发过滤器精度较高，滤网结构由接管、主管、滤篮、法兰盖及紧固件组成。当有污水从调节箱流出，进入毛发过滤器后，固体杂质颗粒就会被滤篮阻挡，之后再从过滤器的出口流出。它保证了污水中不含有较大颗粒物，确保在MBR膜生物反应器中不会因堵塞等破环仪器。

使用一段时间之后，滤篮部位可能就会存有较多大颗粒污物，但它的清洗也是非常方便的：

首先旋开主管底部螺塞，将毛发过滤器内部的水排空；

然后拆下法兰盖，取出滤篮并清洗；

洗净后再重新装入即可。毛发过滤器，如图3所示。

4.3 兰格蠕动泵

在整个中水处理系统中，非常重要的一个动力装置就是兰格蠕动泵，它由驱动器、泵头和弹性输送软管组成，依靠内部泵体中滚轮对弹性输送软管的交替挤压与释放来泵送流体。它控制着后面MBR膜生物反应器的进水、出水的流量，保证稳定的流速，使得MBR中的水量基本稳定不变。

兰格蠕动泵，如图4所示。

4.4 MBR膜生物反应器

MBR膜生物反应器由活性污泥和膜组件两大部分组成：

4.4.1 活性污泥

活性污泥是生物处理核心，连续曝气数小时，利用活性污泥中的微生物可实现除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能；它在连续曝气、维持反应器内溶解氧浓度相对稳定（6～8mg/L）的条件下，污泥活性达到最大，降解污水中的可溶性有机物，达到降低污水各项污物指标的功能。

活性污泥有效地提高了生物处理有机负荷，减少了污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少了剩余污泥量。

4.4.2 膜组件

而膜组件采用聚偏氟乙稀平板膜，是对活性污泥降解过的混合液体进行选择性过滤分离的重要部件，原水在膜外侧，净化水在膜内侧，过滤后的水经过滤板内支撑上的水流沟槽，被后面的兰格蠕动泵通过膜组件抽出。

经过膜组件的过滤和抽出，大分子有机物被有效阻拦，使得污泥和处理后的清水分离。

5 结 语

学生宿舍盥洗废水水量大，水质较好，收集容易。根据各个学校的实际情况，盥洗废水作为中水水源，进行中水回用的MBR处理后能够达到冲洗厕所的水质要求，可以节约清水、保护环境，且具有一定的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 魏娜，蒋文举，廖文杰.高校校园盥洗废水回用分析[J].资源开发与市场，2005，（5）.

[2] 李耀，穆琪，杨东慧，等.高等院校宿舍用水量变化特征及在污水处理工 程设计中的应用[J].轻工科技，2015，（4）.

[3] 蔡莹，蔡鸣，张爱莉，等.居住小区中水回用系统[J].工程建设与设计，2003，（9）.