灰水再利用技术研究与效益分析

李云LI Yun

（郑州市节约用水中心，郑州 450004）

1 灰水再利用的必要性与可行性

1.1 灰水再利用的必要性

水是事关国计民生的基础性自然资源和战略性经济资源，是生态环境的控制性要素，水资源短缺是我国生态文明建设和经济社会可持续发展的瓶颈。提高用水效率，加强非常规水利用，是解决水资源短缺的有效途径。灰水是非常规水的重要组成部分，《全民节水行动计划》明确提出“将洗衣、洗浴和生活杂用等污染较轻的灰水收集并经适当处理后循序用于冲厕”。调查研究显示：冲厕用水是生活用水中用水量最多的一类用水，且对水质要求较低。灰水再利用技术研究为冲厕用水提供了一条行之有效、简单易做的节水新方法。

1.2 灰水再利用的可行性

灰水产生于生活、工作、学习等环境中洗衣、洗浴、洗漱、保洁、清洗等清洁用水活动，除清洗下的灰尘、泥沙、毛发、纤维、细小污垢和洗涤清洗化学物品外，细菌、油污和难以分离处理的其他杂物含量低。灰水经过滤、沉淀和消毒后，在避免污垢堆积变质、二次污染和产生异味情况下，通过集中收集、适当处理，就可回用冲厕。生活中灰水产生时段与冲厕用水基本同步，这就决定了灰水储存和调蓄空间不至于太大，为灰水收集处理、储存、回用提供了有利条件。与其他再生水回用冲厕模式相比，灰水处理工艺相对简单，避免了收集、处理、回用需大量改造室内外管网和建设处理站所带来的投资大、运行成本高、维护困难等制约再生水利用的难题。

2 灰水再利用技术

根据不同楼宇灰水和冲厕管网结构、用水情况，设计了两种结构模式：集中处理模式和上冲下模式。

2.1 集中处理模式

根据不同楼宇内洗漱间、卫生间结构布局不同，采用两种集中收集、处理、回用结构流程方案。

2.1.1 系统结构及流程示意图

方案一：

公共洗漱间、卫生间灰水收集、处理、回用系统结构流程示意图（如图1所示）。

图1 屋面集中收集、回用示意图

系统结构组成：一套相邻的卫生间和洗漱间，从一层至顶层组合为一套系统，采用一套全自动灰水集中收集、处理、回用冲厕系统。

方案二：

独立卫生间、洗漱间灰水收集、处理、回用结构流程示意图（如图2和图3所示）。

图2 灰水收集示意图

图3 灰水回用示意图

系统结构组成：将楼体一侧所有独立洗漱间、卫生间组合为一套系统，采用一套全自动灰水集中收集、处理、回用冲厕系统。

系统流程：室内洗漱间洗漱、洗衣、洗浴、保洁废水→经水池、地漏篦子的粗过滤→废水收集管道→室外过滤、沉淀水箱→室外储存调剂水箱（室外水箱内含全自动过滤、自动沉淀排污、自动喷淋清洗、自动补水、水泵自动供水）→灰水回用供水管道→紫外线消毒器→屋面调剂水箱（内含自动喷淋、自来水应急补水）→经管道自压回送至室内各层卫生间→供手电一体全自动节水阀冲厕用水，实现了全程自动化控制。

2.1.2 技术原理

在公共宿舍楼内每天会产生一定量的洗漱、洗衣、洗浴、保洁灰水，其污染程度相对较低，利用洗漱间和卫生间相邻的建筑结构特点，和灰水实时产生、冲厕实时用水的用水规律，将本楼洗漱间的灰水经管网收集和适当快速处理、短暂停留、适量储存调剂，实现灰水随来、随处理、随时回用相邻卫生间冲厕。

2.1.3 技术特点

从功能和流程上可划分为：灰水收集、处理、储存调节、供水（含应急补水）、回用冲厕、总控六个环节，以下介绍各环节的技术应用和功能特点：

2.1.3.1 灰水收集环节

针对学校等公共洗漱间洗漱池和地漏篦子普遍因过滤流量少、易堵塞、难清扫、易丢失导致的毛发和稍大件杂物堵塞管道和影响过滤器正常运行，设计了过水量大、易清扫、易改造安装，具有防拆卸、防丢失结构功能的新型水池、地漏篦子。将体积相对较大的杂物进行过滤拦截，由保洁人员清理，实施灰水中杂物的粗过滤。

2.1.3.2 灰水处理环节

包括自动过滤、自动排污和自动清洗、自动消毒三部分。

结构组成：由室外收集过滤水箱和储存水箱及相应功能组件组成。

①收集过滤水箱：水箱内设置有全自动过滤器、自动清洗器、排污泵、水位信号器。

②储存水箱：水箱内设置有自动清洗器、排污泵、回用水供水泵、水位信号器，水箱外设置有紫外线自动消毒器。

各流程的技术特点：

①自动过滤流程及功能：

结构组成：由过滤器腔体、腔体上部设置的过滤篦子、设置在腔体下部安装在水箱外的自动排污阀、篦子上部设置的自动旋转清洗器、清洗器对接的供水电磁阀组成。

技术特点：全自动过滤器安装在过滤水箱内，楼内所收集的灰水通过管道从过滤器腔体中部进入，利用室内外水位压差，灰水从腔体上部过滤篦子孔向上溢出，流入过滤箱体内，篦子所拦截的毛发杂物被截留在腔体内，腔体下部的电动排污阀定时打开将杂物通过管道排入附近的窨井，在排污的同时清洗器电磁阀打开，向清洗器供水，清洗器两侧喷水管下方倾斜开设的喷射孔在自来水水压下产生的反向推动力下，喷水管沿过滤篦子表面自动旋转，对篦子孔洞和表面进行冲刷清洗，部分通过孔洞的清洗水对腔体内进行冲洗，实现灰水中杂物的自动过滤，过滤拦截下的杂物自动排出，过滤器篦子和内腔的自动清洗。

②自动排污和自清洗流程及功能：

结构组成：由安装在过滤水箱和储存水箱底部的排污泵、水箱内上部中间设置的自动喷淋清洗器、清洗器对接的供水电磁阀、水位器组成。

技术特点：

1）自动排污：为了有利于排污，水箱底部设计成60度锥底，排污泵安装在锥底部中间，沉落在锥底板面上的污垢在排污泵工作时，会随抽取的水流沿锥度底板面迅速下滑到底部，由排污泵排走，有效地提高了排污效果，减少了排污水量的浪费。

2）自动清洗：收集的灰水中含有一定量的易粘接在水箱四壁上的污垢，也需及时清洗，否则也会造成新进灰水的二次污染和异味加重。为了清除粘接污垢，在水箱内上部中间安装喷水清洗器，对水箱四壁进行定时喷水冲刷，清洗器喷管两端倾斜向后开设垂直喷水口，清洗时，打开供水电磁阀向清洗喷管供水，在自来水水压产生的反向推动力下，清洗喷水口沿水箱四壁自动旋转，对水箱四壁表面粘接的污垢进行喷水冲刷，冲刷下的污垢沉淀到水箱底部，由排污泵排入窨井。

上述自动排污和清洗实施每天二至三次短时同步排污和清洗，三天一次彻底排空和水箱内壁全面清洗，根据实际情况可以任意设定工作次数和时间。

③自动消毒流程及功能。

结构组成：采用紫外线自动消毒器实施对所收集回用灰水进行消毒杀菌，针对不同灰水收集、处理、回用结构模式，采用不同安装方案。

技术特点：针对公共环境灰水水质污染程度较低和灰水收集水量、回用水量忽多忽少不稳定和随时收集、随时处理、随时回用的特点，采用消毒杀菌速度快、无异味的自动清洗紫外线消毒器，对所收集回用的灰水进行消毒、杀菌。

消毒器安装方案：结合楼层高度、安装环境条件和紫外线消毒器安装要求，实施两种安装方案：一种将消毒器安装在水泵出水管上；另一种将紫外线消毒器安装在屋面或室内调剂水箱底部回用冲厕主管道上。

2.1.3.3 回用环节

①结构组成：

由室外储存调剂水箱内回用水供水泵、水位器、自来水补水电磁阀、补水喷淋器、楼内顶层或屋面调剂水箱及箱内水位器、自来水补水电磁阀、喷淋清洗器和通往每层卫生间灰水冲厕供水管道组成。

②技术特点：

总控器通过水位器，实时检测调剂水箱和储存水箱各自实时储水量，当调剂水箱需要供水，储存水箱满足供水条件时，总控器指令启动供水泵，通过供水管道向调剂水箱供水。调剂水箱达到设定高水位或储存水箱水量不足时，水泵停止工作。

在调剂水箱需要供水而储存水箱水位又不满足供水水位时，则开启电磁阀通过清洗器喷水进行满足暂时用水量的补充，通过水位检测器检测水位达到设定补水水位后，停止补水，实时等待灰水的补充，在保证冲厕用水的前提下，尽量减少自来水的补充量。调剂水箱底部与通往各层卫生间冲厕管道对接，以自流、自压状态向冲厕器具供水。该灰水回用系统通过实时水量监测实现动态供水、补水，既能满足冲厕实时用水，又能实现最大程度的减少自来水补水量。

2.1.3.4 应急补水环节

①结构组成：

由通往顶层调剂水箱的自来水管和手动控制阀门、水箱内浮球阀组成。

②技术特点：

当总控或供水系统出现供水故障，在不能及时修复或停电时，手动打开应急自来水阀门通过水箱内浮球阀，向调剂水箱补充自来水，以应急冲厕。另外学生放假后，可关闭系统，打开应急补水，以便值班人员或少量留宿学生冲厕用水。

2.1.3.5 冲厕环节

针对不同便池结构，安装相应的全自动手自一体节水系列冲厕阀门，该系列冲厕阀，可自动检测、调控大小水流冲厕实施器具节水，有效地提高灰水利用率。

2.1.3.6 总控系统环节

①结构组成：总控箱箱体、箱体内安装总控器箱体、多组自来水电磁阀及相应管路、供电线路、信号线路、远程平台通信组成。

②技术特点：灰水收集处理回用全过程所涉及的电控组件、信号，均接入总控箱，由总控器统一管控。总控器箱体门面板上安装所有自动控制运行组件一对一现场故障检测手动按钮和总控板上各电控运行状态LED指示灯，以方便现场快速准确检测运行状态、故障点位。

2.1.4 应用范围

该集中处理模式适用于灰水相对较多的所有公共机构宿舍楼宇灰水回用冲厕的节水项目实施。

2.2 上冲下模式

根据不同楼宇内可收集灰水水量不同，采用两种上冲下结构流程方案。

2.2.1 系统结构及流程示意图（见图4和图5）

方案一：（图4）

图4 收集上几层灰水，回用底层冲厕结构流程图

方案二：（图5）

图5 收集上层灰水、回用下层冲厕结构流程图

系统流程：上几层或上一层洗漱间洗漱、洗衣、洗浴、保洁废水→经水池、地漏篦子的粗过滤→废水收集管道→下层过滤器→储存水箱（水箱内含自动喷淋清洗、自来水自动补水、手动应急补水）→灰水冲厕供水管道→紫外线消毒器→供手电一体全自动节水阀冲厕用水，实现了全程自动化控制。

上几层或上一层灰水经水池、地漏篦子、收水管道引入下几层或一层自动过滤器、紫外线消毒器、储存水箱。储存水箱底部紫外线消毒器对接，另一端与冲厕器具进水管道对接。储水箱内的浮球阀与自来水管道对接，清洗器电磁阀与自来水管道对接。

2.2.2 技术原理

在公共教学、办公等楼宇每天都会产生一定量的洗漱、保洁灰水。并且污染程度和杂物含量远低于宿舍楼灰水，经适当的自动过滤和水箱清洗及消毒即可回用冲厕，但因其每层洗漱间灰水产生量相对较少，为实施灰水回用节水和减少投资，采用收集上几层或上一层灰水，用于下层冲厕，其它楼层采用冲厕器具节水，即收集上层灰水、用于下层冲厕。

2.2.3 结构组成

上冲下废水收集、处理回用方案由水池篦子、地漏篦子、收集水横管、主立管、自动过滤器、紫外线消毒器、储水箱、水位器、电磁阀、浮球阀、清洗器、电控箱组成。

2.2.4 技术特点

上冲下废水收集、处理回用方案中所采用的水池篦子、地漏篦子、收集水横管、主立管、自动过滤器、紫外线消毒器、储水箱、水位器、电磁阀、浮球阀、清洗器、电控箱与集中收集、处理、回用方案中各部器件技术特点和功能相同。

2.2.5 应用范围

该上冲下模式适用于灰水水量较少的所有公共机构办公、教学楼宇的冲厕节水改造。也可以适用于无法安装集中处理模式的宿舍楼，实施灰水回用冲厕节水。

2.3 解决的问题

该灰水收集、处理、回用系统，在“适当处理”上解决了以下三个方面的处理问题：

①通过采用粗、细两级自动过滤，有效的解决了灰水中毛发和杂物堵塞回用水水泵、供水管道、冲厕阀门、单蹲便池出水口和小便池喷水口的问题；

②通过采用对沉淀在水箱底部污垢的自动排出、对水箱四壁粘结污垢的自动清洗，有效地避免灰水被二次污染和异味的加重；

③通过采用自动消毒，保证用水安全。

3 灰水再利用效益分析

在城镇生活中，灰水主要产自居住、工作、学习的用水场所，场所不同，产生的灰水水量和水质也有差别。参照DB41/T385-2014《工业与城镇生活用水额定》，人均生活用水定额在每人每天100-150升，大专院校住宿学生每人每天定额115升。在公共集体宿舍，洗衣、洗浴、洗漱、保洁用水量占总用水量的35%左右，人均月用水量普遍在1-1.5吨；冲厕用水量占总用水量的65%左右，人均月冲厕用水量普遍在2.2-3吨。在办公、教学、集体活动场所等公共楼宇中，洗漱、保洁用水量占总用水量的15%以下，冲厕用水量占总用水量的85%以上。

目前在公共生活区域，冲厕大部分采用延时冲厕阀，灰水全部收集能够满足50%左右的原冲厕用水量，不足部分还需自来水补充。如同步采用节水效果显著的新型节水器具，提高灰水利用率，实施灰水回用和冲厕节水器相结合，可达到冲厕基本不用自来水的节水效果。在家庭，因可收集灰水量高于公共场所，所以基本能够满足冲厕用水量。因水质污染较轻，只需简单处理，因地制宜随收随用，运行维成本很低。整套系统设备运行寿命在30年左右，而投资回收周期一般在2-5年。

目前我国大、中院校（不含高中，职教）在校居住学生人数约1亿人以上，按每生每月可收集1.2吨灰水回用于冲厕，全年按在校十个月计算，每年可直接节约12亿吨冲厕用水，同时减少相同污水排放量，如同步采用灰水和节水冲厕器具实施共同节水、提高灰水利用率，按每生人均月可节约冲厕用水2.5吨计算，全年可节水25亿吨同时减少污水排放25亿吨。实践已证明，在公共宿舍楼可实现冲厕不用自来水的显著节水效果。在灰水较少的办公、教学等公共楼宇，可实现节约原冲厕用水60%左右的节水量。