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超高层建筑中水回用设计

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《建筑技术杂志》2014年第二期

1系统设计要点

1.1中水处理工艺的选择中水处理工艺的选择应根据中水原水的水质和回用水标准,考虑经济性、占地面积、管理方式及运行效果等因素综合比较确定。以公寓及酒店的洗浴废水为原水时,根据有关研究,杂排水的平均BOD5为186mg/L,冲厕回用水标准不大于10mg/L,其有机物的去除率为94%。考虑到传统混凝沉淀处理的有机物去除率不高于50%,且处理效果不稳定等因素,因此对于以优质杂排水为中水原水的中水工艺选择时,须考虑生物处理单元或活性炭吸附单元(表1)。目前实际应用中,生物处理单元多以生物接触氧化池和膜生物反应器为主。MBR是将传统活性污泥生物学处理工艺和浸没式中空纤维膜物理性过滤工艺相结合,利用膜分离技术与生物反应技术各自的优点,开发出的高效水处理系统。具有耐冲击负荷,污泥产量少,占地面积小等优点,目前随着膜制造技术的进步和清洗方法的改进,MBR技术越来越受到重视。若建筑中水以生活污水为原水,处理工艺的选择较多。实际工程中应用较为普遍的工艺为:原水→格栅→调节池→缺氧池→生物接触氧化池→中间水池→砂过滤→活性炭过滤→消毒→中水水池。该工艺已应用多年,运行管理较为简便,缺点是占地面积较大。此外,随新技术发展,众多新工艺在实际工程中得到了应用。蔡文等研究了以MBR工艺为核心的HANT工艺(缺氧+厌氧+MBR)处理生活污水的方法。结果发现,该工艺对COD和BOD5的去除率达96%以上,对浊度、悬浮物和氨氮的去除率高达99%以上。该反应器可直接设置于绿化带下方,干净卫生。刘博等[5]测试了MBR与滤布滤池组合工艺对生活污水的处理效果,试验表明,该工艺运行稳定,对COD及氨氮等均有较高的处理率,完全可满足回用水要求。此外,CASS工艺、一体式膜生物反应器等也有工程实际应用的报道。

1.2雨水的回收利用随着城市防洪压力的增大和绿色建筑理念的增强,建筑雨水回用普遍受到重视。由于屋面雨水含砂量等指标远低于场地雨水,而且超高层建筑一般均设有较大面积的裙房屋面,加之塔楼竖向汇水面积叠加(有时此面积大于裙房屋面的面积),因此在降水量充足地区,屋面雨水的水源充足,一般均能满足地下车库冲洗、浇洒道路和景观用水等。根据相关报道,雨水水质主要取决于以下因素:(1)降雨强度和历时降雨强度越大,屋面冲刷程度越大,降雨历时越长,水质越差;(2)屋面坡度和屋面材料,若屋面类型为坡顶瓦屋面,由于易受冲刷,初期径流SS浓度较高;平顶沥青油毡屋面初期径流色度大、COD浓度高达上千;(3)季节和气温,如一年中在每年春季的几场初期降雨水质较差,因为冬季少雨,屋面上沉积了大量灰尘和污染物。进入夏季后,气温升高、日照强烈,屋面材料(如沥青油毡)分解出有机物质,使雨水色度、COD上升。由于初期雨水中污染物浓度较高,不利于处理设施的正常运行,且水量较小,因此对初期雨水进行弃流,弃流的水量一般考虑降雨厚度为3mm左右。曹秀芹等通过研究表明,北京地区屋面雨水弃流厚度为2mm,此时聚合氯化铝混凝出水效果最好(由于雨水pH为5.6左右,不处于传统无机盐混凝剂最佳范围),在其投加量为5mg/L时,接触过滤后,屋面雨水COD去除率高达65%,SS去除率为88%,色度去除率为56%;考虑到雨水处理能力和控制的方便程度以及占用空间大小等因素,建议采用流量式雨水初期弃流装置;为保障弃流装置的正常运行,在弃流装置前设置筒形过滤器去除雨水中的较大颗粒污染物。在南方地区,夏季雨水降雨量较大,而此时空调负荷也为全年中最大,因此,从时段性水量平衡而言,如将雨水用于冷却塔补水最为合适,而用于景观用水、浇洒道路等非连续用水,其雨水回收利用率较低。

1.3以优质杂排水为原水时常规工艺比对(1)原水→格栅→调节池→生物接触氧化池→沉淀池→砂过滤→消毒→中水水池。该工艺优点为处理效果稳定,日常维护简便,运行费用较低,应用较多;缺点是占地面积较大、填料可能堵塞。(2)原水→格栅→调节池→生物转盘→沉淀池→过滤→消毒→中水水池。该工艺优点是处理效果好、无需曝气、污泥回流设备,运行费用低;缺点为抗冲击负荷能力差、生物转盘易损机械部件多,日常维护工作量大,周围环境差。目前应用较少。(3)原水→格栅→调节池→混凝土→沉淀池→砂过滤→活性炭过滤→消毒→中水水池。该工艺优点为工艺简单,无须污泥驯化;缺点为运行费用高、占地面积大。实际应用不多。(4)原水→格栅→调节池→混凝土→砂过滤→活性炭过滤→消毒→中水水池。该工艺优点为省去沉淀池、占地面积较小;缺点为处理效果不稳定,运行管理要求高。实际应用较少。(5)原水→格栅→调节池→砂过滤→臭氧→消毒→中水水池。该工艺优点为纯物理化学工艺,抗冲击负荷能力强,出水水质稳定;缺点为运行费用很高,初投资较大。实际应用较少。(6)原水→格栅→调节池→膜生物反应器→消毒→中水水池。该工艺优点为污泥浓度高、处理效果好、产泥少、占地小;缺点为初投资较高。实际应用较多。

2中水回用技术展望

虽然很多建筑设计了中水回用系统,但实际节水效率不高,其中运行管理有较大的影响,因此建议有关单位能开展各种类型建筑物用水变化曲线资料调查,从而更好地指导中水设计。此外,目前自来水价格较低,中水回用从经济上不具有绝对优势,也是许多设备无法全负荷运行的主要因素。因此,建议通过自来水价格体系改革,依靠市场手段扩大中水利用的市场需求,进而促进中水回用的产业化发展,达到节约用水的目的。此外,不同水质的中水水源是否合并处理仍存在争议。如生活污水与生活废水、优质杂排水与雨水是合并处理或者分开处理。如《建筑中水设计规范》(GB50336—2002)中不建议将雨水与优质杂排水合用处理。但有学者认为,单独处理雨水,特别是在北方少雨地区,设备使用效率较低,如将雨水、杂排水和适当比例生活污水混合处理,提高其可生化性,既可达到中水的连续利用,又可使生物处理单元污泥生长良好,出水的水质好。RabindraRajGiri等建议将杂排水与生活污水分开收集处理,原因是杂排水与生活污水混合不仅增加了杂排水污染物浓度,而且使处理工艺复杂化。而目前综合污水回用基本按合并处理原则,主要是基于混合后污水的水质均质化,降低了冲击负荷,并节省了1套收集管网和相应的设备投资。所以,今后有必要对多元化中水的水源工艺进行优化比选。

作者:郭建伟单位:华东建筑设计研究院总院

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