第16卷3期2003年6月城市环境与城市生态
URBANENVIRONMENT&URBANECOLOGYVol16,No.3Jun. 2003
63
高校校园中水回用的研究与规划
赵新华,李长洪,肖 迪
(天津大学环境科学与工程学院,天津 300072)
摘要:在分析某高校校园中水回用的必要性的基础上,对校园中水回用方案进行了比较,提出最佳适合高校校园中水回用的方案;同时研究了中水回用系统工艺,并对本中水回用项目的经济效益、社会效益和环境效益进行了详细的分析研究。
关键词:水资源;中水回用;用水量
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1002-1264(2003)03-0063-03
StudyandPlanningonWaterReuseinCampusofUniversity
ZHAOXin-hua,LIChang-hong,XIAODi
(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)
Abstract:Basedonanalysistothenecessityofwaterreuseincampusofuniversity,differentplansforwaterreuseincampuswerecomparedandoptimumsuitableonewasgiven.Inthemeantime,processesforwaterreusesystemwerestudied,andtheeconomic,environmentalandsocialbenefitofwaterreusewereanalyzedindetail.Keywords:waterresource; waterreuse; quantityofwaterusing 在生活小区、高校校园等用水量大、用水集中的区域首先建立中水回用系统。因高校校园的排水水质要优于普通居民用户排水水质。因此,从排水收集、回水处理和中水回用等各个环节上高校校园都非常适合建立中水回用系统,有现实的意义和迫切性并是可行的。
1 天津某高校用水基本情况
1.1 全校用水总量及功能分区用水量情况
根据实际调研,全校2001年6月份总用水量为21.5万t,12月份总用水量为19.0万t;近期规划6月份总用水量为32.1万t,12月份总用水量为29.9万t。学校各功能区的具体用水情况见表1。
表1 水量分析表
现状
6月(t/月)
区域
总用
水量
可回收水量
12月(t/月)总用水量
可回收水量
6月(t/月)
自来水用
总用水量
水总量
可回收水量
应供中水量
近期规划
12月(t/月)
总用水量
自来水用
(包含所用
水总量
中水量)
可回收水量
应供中水量
教学区[***********][***********][***********]017920宿舍区[***********][***********][***********]042644760其它 [***********][***********][***********]2036400漏失 [***********][***********]908合计 [***********][***********][***********][**************]8注:1.教学区只回收办公盥洗用水,实验用水量和冲厕用水不回收,可回收水量按办公盥洗用水60%计;2.宿舍区只回收盥洗用水,不包括冲厕水,可回收水量按自来水用水总量的90%计;3.近期规划教学区和宿舍区自来水用水总量按各建筑物总用水量的60%计,中水供应量按各建筑物总用水量的40%计;4.自来水用水总量漏失率按13%计,近期规划应供中水量漏失率按10%计。
1.2 中水回用系统相关界定1.2.1 回收的二次水源的界定
盥洗水、洗浴水、游泳池水的水量较大,水质好且相对稳定[1],作为中水水源时可采用较为简单的处理工艺,可大大降低处理费用。该校在校生人数24000人,各学生宿舍楼的盥洗用水均可回收用作中水水源,其总量占全部中水水源量的
基金项目:天津市科技发展计划项目(013112511)
60%～70%,且其水源回收点相对集中,便于收
集。浴室和游泳池用水属于优质杂排水,是较优的中水水源,其收集量也较大,可作为中水水源。厕所水以及食堂水的水质较差,且难处理,因此暂不考虑回收用作中水水源。教学区各教学楼用水量较少,地点比较分散,可不作为中水水源。实验用水组成情况较复杂,处理成本高,因此不考虑作
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城市环境与城市生态 16卷3期 2003年
为中水水源。此外,湖水一般不作为取水水源,但考虑缺水时可以将湖水作为备用水源。1.2.2 中水供给对象的界定
处理后的中水水质可达到现行标准的要求[2],主要用于学生宿舍楼,教学区内各办公楼、教学楼、实验楼,招待所及各驻校单位的冲厕用水,及校园内浇洒绿地、树木、道路、操场、洗车、建筑工地、换热站补充水及景观等。由于中水的水质特点所决定,处理后中水不能用于餐饮、盥洗等对水质要求高的场合。
缺点:由于有三个中水站及给水管网建设费用,基建费用大,因此一次性投资较大。
图1 小集中系统集水方案
2 中水系统规划
2.1 总水量平衡计算
总水量平衡计算结果见表2。
表2 总水量平衡计算月份6
12
实际回处理工艺实际收水量耗水量(%)供水量12.00511.4010.58510.05
漏水量
(%)1010
实际可用水量10.269.05
需水量11.52
10.90
万t缺口1.26
1.85
c.统一系统方案:全校范围内只建设一座中
水站,统一收集、统一供给,建设一套统一完整的中水收集、供给管网系统。
优点:对水质、水量变化适应能力强,管理维修方便,形成良好的规模效益。
缺点:相对于前两种方案,由于要建设一个中水收集管网,管网埋深较大,一次性投资高;集中处理水量大,占地面积大,中水站位置难找,对于宝贵的校园用地,这种方式易造成资源浪费。2.2.2 方案技术经济比较
综合上面的分析得到表3。
表3 方案技术经济比较
方案
一次性运行投资费用
低低高
维护中水资源对水质、水量处理站
评价
管理统筹利用变化的适应能力用地难易易
不利有利有利
差强强
易找不推荐易找推荐难找不推荐
综上所述,亏水缺口约1～2万t/月,由自来水补充。2.2 中水系统方案研究
2.2.1 中水系统方案研究
根据本项目的具体情况可以制定3套方案。
a.分散系统方案:采用小型成套的处理设备,以几栋建筑物为一组,每个处理单位处理水量为100t/d。处理后的中水一部分直接回用到附近建筑物作冲洗厕所用水,其他的中水可以就近利用,如浇洒绿地、道路,洗车和注入湖泊、明渠作为景观用水。
优点:安排布置比较灵活,对未来规划的适应能力强。缺点:对水量、水质的变化适应能力差,不利于对中水水资源的统筹利用,处理点分散不易管理及维修、管理费用大。b.小集中系统方案:以功能分区为基础,依据各分区的水量、水质特点,全校范围内设置3个中水站,处理能力分别为为2200t/d、1200t/d、1000t/d。在收集中水方面各处理站分别具有各自的中水收集管网(如图1所示),处理工艺根据不同的水质而定,这样会更具有针对性以节约成本。在中水供给方面,三个中水站采用一个供水管网,管网为环状网以提高供水可靠性。
优点:对水质、水量变化适应能力强;处理站规模比较小,占地面积小,易于布置,易管理维修,分散系统 高小集中系统低统一系统 高
通过以上对三种方案优缺点的分析不难看出小集中系统具备最多的优点,非常适合本规划的情况,因此推荐使用。
2.3 中水站工艺研究
根据上面的研究,确定采用小集中系统方案。在各个中水站的主要处理工艺的选择过程中,考虑到原水水质、水量、出水水质要求、采用工艺设施的造价、占地面积等因素,同时作为示范项目,为区域中水回用积累经验,确定3个中水站采用不同的处理工艺。2.3.1 第一中水站采用传统生化处理(生物接触氧化池+斜管沉淀池)+CMF工艺。CMF工艺用于处理典型二级处理后污水,可去除微生物负荷,不溶性BOD/COD、TSS等。同时,CMF工艺几乎不使用化学药品,可极大降低药品费用;占地面积小;操作成本小。2.3.2 第二中水站原水来源接近于优质杂排水,因此可采用传统的有成熟经验的物化处理工艺(絮凝沉淀池+过滤设备)。传统物理化学工艺水质适用面广、处理费用低,应用广泛。
赵新华,等 高校校园中水回用的研究与规划
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主体的处理工艺。MBR工艺与传统废水生物处理工艺相比,具有出水水质好、出水可直接回用、设备占地面积小、活性污泥浓度高、剩余污泥产量低和便于自动控制等优点。
则年节省自来水费将达到672万元。
b.节省排水费和污水治理费,按1元/t计算,则年节省134.4万元/年。
按现行水价计,即3.6元/t,年费用节省合计为618.24万元;按5元/t水价计,则费用节省合计为806.4万元。3.2.3 经济效益分析按现行水价计,即3.6元/t,年收益为346.54万元;按5元/t水价计,则年收益为534.7万元。按年成本法计算,16年后一次性支付复利终值分别为6313.88万元(按3.6元/t水价计)和10980.80万元(按5元/t水价计)。可见此规划项目经济效益相当显著。
3 推荐方案系统的成本分析
3.1 工程造价估算
本规划所涉及方面包含以下几部分投资:新建中水收水及供水管网费用;新建3个中水站费用;现有各建筑物给排水管道调整及增设中水管道费用;现有给水、排水管网调整费用。中水收水管网采用球墨铸铁管,总造价为504.16万元。中水供水管网采用UPVC塑料,总造价为624.08万元。除中水收水、供水干管投资外,供水管网的支管、绿地的喷淋、滴灌设备投资按给水管网投资的20%计。合计造价为1253.06万元。
新建3个中水站的总造价为1065.8万元。为了收集优质杂排水,需要对建筑物内排水管道进行调整;同时需增设中水管道,用于冲厕中水供应。此项工程的造价为840万。
另外需要调整的现有给、排水管网长度,投资分别为200.63万元、219.04万元。3.2 经济效益分析本项目的经济效益分析按资金的动态价值计,年利率为5.58%,折旧年限取16年。3.2.1 支出a.由于该规划项目包含18000t/月景观水,按6月份万t中水总量计,则折减系数为0.85,故此规划实际一次性总投资为3041.75万元。大修费按总投资的5%计,即152.09万元(折现值);16年后项目残值按总投资的30%计,计912.53万元(折现值)。b.动力费:二泵站的动力费为122.6万元/年;一泵站动力费用为17.2万元/年。
c.处理费、药剂费等费用约占总电费的30%,为41.9万元。d.人工开支为90万元/年。故年经营费为271.7万元/年。
3.2.2 收益a.自来水平均节省11.2万t/月,共计134.4万t/年,若按现行天津市的水价3.6元/t计算,则年节省自来水费为483.84万元。据有关部门预测,到2005年,天津市的水价将达到5元/t计算,
4 结论
4.1 建立中水回用系统能够合理的、最大限度的利用现有的水资源,减少自来水用量,这无疑为缓解天津市供水的紧张状况发挥了作用。同时,作为天津市中水回用示范项目,项目的建成和运行将对区域中水回用积累大量详实的数据和经验,尤其对于未来天津市及北方地区其它中水系统的规划、设计、建设、改造及运行管理都有很好的指导和借鉴意义。
4.2 污水经中水回用系统综合利用,减少了污水排放量,符合减量化原则,在一定程度上减轻了城市污水处理厂的压力。
4.3 此项目的建成也会极大程度改善该高校整个校园的生态环境,带来可观的环境效益例如,中水可用于浇洒道路,解决道路扬尘问题,改善校园区域的大气环境;污水经中水回用系统处理后,可增加景观用水量,改善校园生态环境,为将该校建成以水为主体的生态校园提供了一定的基础。总之,中水回用项目符合可持续发展的思想,此中水回用项目的建成也会带动越来越多的高校校园、生活小区和区域性的中水回用,推动整个社会向循环型社会转变。参考文献
[1] CECS30:91,建筑中水设计规范[S].[2] CJ25.1-89,生活杂用水水质标准[S].
作者简介:赵新华(1952-),男,天津市人,教授、博士生导师,研究方向为给水排水工程系统优化及污水资源化,已发表论文30余篇。
第16卷3期2003年6月城市环境与城市生态
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高校校园中水回用的研究与规划
赵新华,李长洪,肖 迪
(天津大学环境科学与工程学院,天津 300072)
摘要:在分析某高校校园中水回用的必要性的基础上,对校园中水回用方案进行了比较,提出最佳适合高校校园中水回用的方案;同时研究了中水回用系统工艺,并对本中水回用项目的经济效益、社会效益和环境效益进行了详细的分析研究。
关键词:水资源;中水回用;用水量
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1002-1264(2003)03-0063-03
StudyandPlanningonWaterReuseinCampusofUniversity
ZHAOXin-hua,LIChang-hong,XIAODi
(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)
Abstract:Basedonanalysistothenecessityofwaterreuseincampusofuniversity,differentplansforwaterreuseincampuswerecomparedandoptimumsuitableonewasgiven.Inthemeantime,processesforwaterreusesystemwerestudied,andtheeconomic,environmentalandsocialbenefitofwaterreusewereanalyzedindetail.Keywords:waterresource; waterreuse; quantityofwaterusing 在生活小区、高校校园等用水量大、用水集中的区域首先建立中水回用系统。因高校校园的排水水质要优于普通居民用户排水水质。因此,从排水收集、回水处理和中水回用等各个环节上高校校园都非常适合建立中水回用系统,有现实的意义和迫切性并是可行的。
1 天津某高校用水基本情况
1.1 全校用水总量及功能分区用水量情况
根据实际调研,全校2001年6月份总用水量为21.5万t,12月份总用水量为19.0万t;近期规划6月份总用水量为32.1万t,12月份总用水量为29.9万t。学校各功能区的具体用水情况见表1。
表1 水量分析表
现状
6月(t/月)
区域
总用
水量
可回收水量
12月(t/月)总用水量
可回收水量
6月(t/月)
自来水用
总用水量
水总量
可回收水量
应供中水量
近期规划
12月(t/月)
总用水量
自来水用
(包含所用
水总量
中水量)
可回收水量
应供中水量
教学区[***********][***********][***********]017920宿舍区[***********][***********][***********]042644760其它 [***********][***********][***********]2036400漏失 [***********][***********]908合计 [***********][***********][***********][**************]8注:1.教学区只回收办公盥洗用水,实验用水量和冲厕用水不回收,可回收水量按办公盥洗用水60%计;2.宿舍区只回收盥洗用水,不包括冲厕水,可回收水量按自来水用水总量的90%计;3.近期规划教学区和宿舍区自来水用水总量按各建筑物总用水量的60%计,中水供应量按各建筑物总用水量的40%计;4.自来水用水总量漏失率按13%计,近期规划应供中水量漏失率按10%计。
1.2 中水回用系统相关界定1.2.1 回收的二次水源的界定
盥洗水、洗浴水、游泳池水的水量较大,水质好且相对稳定[1],作为中水水源时可采用较为简单的处理工艺,可大大降低处理费用。该校在校生人数24000人,各学生宿舍楼的盥洗用水均可回收用作中水水源,其总量占全部中水水源量的
基金项目:天津市科技发展计划项目(013112511)
60%～70%,且其水源回收点相对集中,便于收
集。浴室和游泳池用水属于优质杂排水,是较优的中水水源,其收集量也较大,可作为中水水源。厕所水以及食堂水的水质较差,且难处理,因此暂不考虑回收用作中水水源。教学区各教学楼用水量较少,地点比较分散,可不作为中水水源。实验用水组成情况较复杂,处理成本高,因此不考虑作
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城市环境与城市生态 16卷3期 2003年
为中水水源。此外,湖水一般不作为取水水源,但考虑缺水时可以将湖水作为备用水源。1.2.2 中水供给对象的界定
处理后的中水水质可达到现行标准的要求[2],主要用于学生宿舍楼,教学区内各办公楼、教学楼、实验楼,招待所及各驻校单位的冲厕用水,及校园内浇洒绿地、树木、道路、操场、洗车、建筑工地、换热站补充水及景观等。由于中水的水质特点所决定,处理后中水不能用于餐饮、盥洗等对水质要求高的场合。
缺点:由于有三个中水站及给水管网建设费用,基建费用大,因此一次性投资较大。
图1 小集中系统集水方案
2 中水系统规划
2.1 总水量平衡计算
总水量平衡计算结果见表2。
表2 总水量平衡计算月份6
12
实际回处理工艺实际收水量耗水量(%)供水量12.00511.4010.58510.05
漏水量
(%)1010
实际可用水量10.269.05
需水量11.52
10.90
万t缺口1.26
1.85
c.统一系统方案:全校范围内只建设一座中
水站,统一收集、统一供给,建设一套统一完整的中水收集、供给管网系统。
优点:对水质、水量变化适应能力强,管理维修方便,形成良好的规模效益。
缺点:相对于前两种方案,由于要建设一个中水收集管网,管网埋深较大,一次性投资高;集中处理水量大,占地面积大,中水站位置难找,对于宝贵的校园用地,这种方式易造成资源浪费。2.2.2 方案技术经济比较
综合上面的分析得到表3。
表3 方案技术经济比较
方案
一次性运行投资费用
低低高
维护中水资源对水质、水量处理站
评价
管理统筹利用变化的适应能力用地难易易
不利有利有利
差强强
易找不推荐易找推荐难找不推荐
综上所述,亏水缺口约1～2万t/月,由自来水补充。2.2 中水系统方案研究
2.2.1 中水系统方案研究
根据本项目的具体情况可以制定3套方案。
a.分散系统方案:采用小型成套的处理设备,以几栋建筑物为一组,每个处理单位处理水量为100t/d。处理后的中水一部分直接回用到附近建筑物作冲洗厕所用水,其他的中水可以就近利用,如浇洒绿地、道路,洗车和注入湖泊、明渠作为景观用水。
优点:安排布置比较灵活,对未来规划的适应能力强。缺点:对水量、水质的变化适应能力差,不利于对中水水资源的统筹利用,处理点分散不易管理及维修、管理费用大。b.小集中系统方案:以功能分区为基础,依据各分区的水量、水质特点,全校范围内设置3个中水站,处理能力分别为为2200t/d、1200t/d、1000t/d。在收集中水方面各处理站分别具有各自的中水收集管网(如图1所示),处理工艺根据不同的水质而定,这样会更具有针对性以节约成本。在中水供给方面,三个中水站采用一个供水管网,管网为环状网以提高供水可靠性。
优点:对水质、水量变化适应能力强;处理站规模比较小,占地面积小,易于布置,易管理维修,分散系统 高小集中系统低统一系统 高
通过以上对三种方案优缺点的分析不难看出小集中系统具备最多的优点,非常适合本规划的情况,因此推荐使用。
2.3 中水站工艺研究
根据上面的研究,确定采用小集中系统方案。在各个中水站的主要处理工艺的选择过程中,考虑到原水水质、水量、出水水质要求、采用工艺设施的造价、占地面积等因素,同时作为示范项目,为区域中水回用积累经验,确定3个中水站采用不同的处理工艺。2.3.1 第一中水站采用传统生化处理(生物接触氧化池+斜管沉淀池)+CMF工艺。CMF工艺用于处理典型二级处理后污水,可去除微生物负荷,不溶性BOD/COD、TSS等。同时,CMF工艺几乎不使用化学药品,可极大降低药品费用;占地面积小;操作成本小。2.3.2 第二中水站原水来源接近于优质杂排水,因此可采用传统的有成熟经验的物化处理工艺(絮凝沉淀池+过滤设备)。传统物理化学工艺水质适用面广、处理费用低,应用广泛。
赵新华,等 高校校园中水回用的研究与规划
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主体的处理工艺。MBR工艺与传统废水生物处理工艺相比,具有出水水质好、出水可直接回用、设备占地面积小、活性污泥浓度高、剩余污泥产量低和便于自动控制等优点。
则年节省自来水费将达到672万元。
b.节省排水费和污水治理费,按1元/t计算,则年节省134.4万元/年。
按现行水价计,即3.6元/t,年费用节省合计为618.24万元;按5元/t水价计,则费用节省合计为806.4万元。3.2.3 经济效益分析按现行水价计,即3.6元/t,年收益为346.54万元;按5元/t水价计,则年收益为534.7万元。按年成本法计算,16年后一次性支付复利终值分别为6313.88万元(按3.6元/t水价计)和10980.80万元(按5元/t水价计)。可见此规划项目经济效益相当显著。
3 推荐方案系统的成本分析
3.1 工程造价估算
本规划所涉及方面包含以下几部分投资:新建中水收水及供水管网费用;新建3个中水站费用;现有各建筑物给排水管道调整及增设中水管道费用;现有给水、排水管网调整费用。中水收水管网采用球墨铸铁管,总造价为504.16万元。中水供水管网采用UPVC塑料,总造价为624.08万元。除中水收水、供水干管投资外,供水管网的支管、绿地的喷淋、滴灌设备投资按给水管网投资的20%计。合计造价为1253.06万元。
新建3个中水站的总造价为1065.8万元。为了收集优质杂排水,需要对建筑物内排水管道进行调整;同时需增设中水管道,用于冲厕中水供应。此项工程的造价为840万。
另外需要调整的现有给、排水管网长度,投资分别为200.63万元、219.04万元。3.2 经济效益分析本项目的经济效益分析按资金的动态价值计,年利率为5.58%,折旧年限取16年。3.2.1 支出a.由于该规划项目包含18000t/月景观水,按6月份万t中水总量计,则折减系数为0.85,故此规划实际一次性总投资为3041.75万元。大修费按总投资的5%计,即152.09万元(折现值);16年后项目残值按总投资的30%计,计912.53万元(折现值)。b.动力费:二泵站的动力费为122.6万元/年;一泵站动力费用为17.2万元/年。
c.处理费、药剂费等费用约占总电费的30%,为41.9万元。d.人工开支为90万元/年。故年经营费为271.7万元/年。
3.2.2 收益a.自来水平均节省11.2万t/月,共计134.4万t/年,若按现行天津市的水价3.6元/t计算,则年节省自来水费为483.84万元。据有关部门预测,到2005年,天津市的水价将达到5元/t计算,
4 结论
4.1 建立中水回用系统能够合理的、最大限度的利用现有的水资源,减少自来水用量,这无疑为缓解天津市供水的紧张状况发挥了作用。同时,作为天津市中水回用示范项目,项目的建成和运行将对区域中水回用积累大量详实的数据和经验,尤其对于未来天津市及北方地区其它中水系统的规划、设计、建设、改造及运行管理都有很好的指导和借鉴意义。
4.2 污水经中水回用系统综合利用,减少了污水排放量,符合减量化原则,在一定程度上减轻了城市污水处理厂的压力。
4.3 此项目的建成也会极大程度改善该高校整个校园的生态环境,带来可观的环境效益例如,中水可用于浇洒道路,解决道路扬尘问题,改善校园区域的大气环境;污水经中水回用系统处理后,可增加景观用水量,改善校园生态环境,为将该校建成以水为主体的生态校园提供了一定的基础。总之,中水回用项目符合可持续发展的思想,此中水回用项目的建成也会带动越来越多的高校校园、生活小区和区域性的中水回用,推动整个社会向循环型社会转变。参考文献
[1] CECS30:91,建筑中水设计规范[S].[2] CJ25.1-89,生活杂用水水质标准[S].
作者简介:赵新华(1952-),男,天津市人,教授、博士生导师,研究方向为给水排水工程系统优化及污水资源化,已发表论文30余篇。