中水入户冲厕研究

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  中图分类号:TV文献标识码: A 文章编号:
  深圳属资源型缺水城市,供水主要依靠境外东江调水,而前海合作区位于供水网络的最远端,供水成本较高,供水安全性较难保障。并且,随着东江流域社会经济发展相应的水资源需求的不断提高,深圳市东江取水的量与质均会受到进一步的影响。“开源”已成为满足前海合作区日益增长的用水需求的必要手段。为经济建设提供稳定的供水,为经济快速、持续、健康发展保证供水安全,非传统水资源的开发利用将成为解决近期前海供需水缺口的重要途径。
  一、国外中水回用的情况
  1.新加坡
  新加坡天然水资源缺乏,约一半的用水依赖进口(主要由马来西亚的Johor河川配水至新加坡)。目前,除积极评估开发海水淡化为另一供水来源外,已实际将生活污水净化处理后产生的再生水,作为工业及民生的另一用水来源。
  目前在新加坡,再生水采用微滤( Microfiltration)+反渗透(Reverse Osmosis)+紫外线杀菌(UV Disinfection)处理达到饮用水标准,其主要用途,一是直接提供工业用水,另一则为补注水库与雨水混合。再生水并不直接入户,而是作为水库水经过沉淀过滤等饮用水的处理流程,再配送供民生用水。这样既保障了再生水作为新水源使水资源充分得到利用,而又因为实际上经过两次高水平的处理流程,避免了使再生水对于用户产生安全隐患,并且弥补了在RO工艺中去除的微量矿物,有益于健康和饮水口味,更可以得到民众的接受和认可。
  2.以色列
  以色列以色列地处干旱和半干旱地区,面积约2万平方公里,人口约420万,水资源总量21.5亿立方米,人均年水资源占有量仅为476m3,严重缺水。以色列再生水利用最突出的特点是它已经把再生水作为国家水量平衡的重要组成部分。以色列把回用所有污水列为一项国家政策,100%的生活污水和 72%的市政污水已经回用。以色列十分重视水资源的合理利用,并根据地区条件和社会经济结构采取不同的水回用原则。在农业灌溉用水方面,由于水质要求较低,故污水处理的出水优先回用于农业灌溉,42%的再生水直接回用于灌溉,30%回灌地下和排入河道供间接回用,其余的用于工业和城市杂用。回灌地下的再抽出至管网系统,输送到南部地区,最南部地区甚至将它作为饮用水源。
  对农作物、蔬菜、果树的灌溉水质制定了较严格的水质标准并进行卫生监测。 由于大范围的污水回用,对于包括回用水技术在内的节水技术、回用水水质以及污水回用产生的生态和流行病学问题,在以色列受到极大的重视。
  3.美国
  美国的城市污水处理等级基本上都在二级以上,处理率达到100%。美国的城市污水再生利用范围涉及农业、工业、地下水回灌和景观娱乐等方面,其比例大致为62% 用于各种灌溉和景观,31.5%用于工业,5%用于地下水回灌,1.5%用于娱乐、渔业等。美国再生水利用模式的突出特点是集中处理回用,很少直接用于城市生活杂用。再生水利用工程主要分布于水资源短缺、地下水严重超采的西南部和中南部的加利福尼亚、亚利桑那、得克萨斯和佛罗里达等州。各州的再生水标准不一,并且针对不同的回用对象所制定的标准也不一样,但标准都很严格。美国城市污水回用所占比重不高,范围不广,推行比较慎重,对水质控制较严格。
  1998 年美国国家研究理事会(USA National Research Council)认为,有计划的非直接饮用淡水资源的再利用对再生水资源来说是可行的,但必须经过认真、 彻底、详细的工程评估,包括污染物监测、健康安全检验、系统可靠性评价等。只有当其他措施包括其他淡水水源、非饮用水再利用等在评价后由于技术或经济上不可行的时候,非直接饮用水的再利用才可以成为最后的选择手段。
  可见,新加坡、以色列、美国等回用水技术发达的国家对于回用水直接用于城市杂用都十分慎重,除非利用其他水源均不可行,回用水一般不用于可能與人有直接接触的场所。
  二、中水利用系统分类
  目前,城市污水再生利用系统主要有在种类型:建筑中水系统、集中型系统、小区型系统。
  1.建筑中水系统
   在一栋或几栋建筑物内建立的中水系统。建筑中水系统一般设在建筑物内部,中水原水为污染程度较低的冷却水、游泳池排水、沐浴水、盥洗水、洗衣排水等优质杂排水。这样就需要建筑物内安装两套排水系统。
  
  建筑中水系统投资和运行费用都较高,但建成后能持久应用的为数不多,北京市运转较好的只占30%。深圳市早在1992年底分布实施了《深圳经济特区建筑中水设施建设管理暂行办法》,但目前仅有中银大厦的建筑中水设施尚在运行中,日处理规模为480m3/d。
  原因主要有以下几方面:
  (1)作为中水水源的洗涤污水与冲厕、绿化等杂用水水量难以平衡,有时原水不够,须向中水贮水池补充大量自来水,管理复杂,使用不便;反之,处理后的中水过剩,白白排放,造成浪费。
  (2)往往运行不正常,水质水量不稳定,用户难以放心使用。中水处理设备工艺及管理水平不高,水质水量不稳定,常常停产,用户往往在建了中水系统后,还要保留原自来水系统。
  (3)一般在经济上并不合算。各自独立建设的中水处理系统规模太小,而建筑中水的投资和成本与水量关系很大,规模越小,费用越高。对每个宾馆和公共建筑都单独设中水处理设施,不仅造价高,单位水处理成本高,其运行管理也将是个大问题。并且,建筑内需设立两套排水系统,以便于单独收集优质杂排水作为中水水源,又增加了造价。
  由此可见,建筑中水的模式并不适用于深圳的使用环境,故此模式不在本研究的考虑范围之内。
  2.集中型系统
   集中型系统以市政污水处理厂的二级出水作为原水,经过中水处理厂处理,通过在市政道路下的中水管道进入用户。
  
  当对城市污水采取分区集中回供时,与开发其它水资源相比,在经济上是有优势的。
  (1)比远距离引水便宜。将城市污水处理到可以回用作杂用水的程度,其基建投资只相当于从 30km 外引水;若处理到可回用作较高要求的工艺用水,其投资相当于从40~60km 外引水。而前海合作区位于深圳市西部,处于东江引水的最远端,以本地区的污水处理厂二级出水作为杂用水源水明显更为经济合理。
  (2)中水回用距离近。前海合作区的范围内的南山污水处理厂的深度处理设施已经开始施工,设计每天的处理能力有5万m3,其工业用户尚未确定,工业用户管道也未设计施工,除去河道景观补水的用量,完全可以满足片区内的冲厕需要。而南山污水厂距离片区内的最远点也仅为4km,回用距离小,结合合作区内的道路建设布置回用水管网,可以节省投资,十分经济。
  (3)比海水淡化经济。 城市污水中所含的杂质少于0.1 %,而且可用深度处理方法加以去除;而海水则含有3.5 %的溶解盐和大量有机物,其杂质含量为污水二级处理出水的35倍以上。因此无论基建费或单位成本,海水淡化都超过污水回用。
  (4)污水回用既节约了水资源也消除了环境污染,其经济效益是双重的。
  3.小区型系统
  小区主要指居住小区,也包括院校、机关大院等集中建筑区。
  
  介于建筑中水系统和集中型系统之前的一种中水利用系统。当小区的污水量达到一定的规模,并且小区与中水厂距离远,采用市政中水管集中供水不经济时,可考虑此种系统。
  三、中水回用目标
  不同类型的建筑,通常对水的使用目的有所不同,因此,利用中水冲厕的回用水管道,在规划设计时应有所侧重。下表对住宅、宾馆饭店、办公教学楼、公共浴室、餐饮业的建筑的分项给水情况做了粗略统计(《建筑中水设计规范(GB50336-2002)》,P6)。
  各类建筑物分项给水百分率(%)
  
  
  注:沐浴包括盆浴和淋浴。
  由上表分析,冲厕水用水量比例最高的建筑为办公楼、教学楼一类的公共建筑,达到总用水量的60%以上,而对于居住住宅,冲厕水量仅占其生活用水量的20%左右。并且相对于在公共建筑中厕所分布较集中的情况,住宅小区里需要敷设的中水管道要明显复杂,管线长度也要更长些。可见,公共建筑采用中水冲厕的经济性要高于住宅小区内的中水冲厕。
  另外,考虑到住宅小区内存在二次装修、业主私自改造回用水管等情况,可能会造成用户误饮误用,建议普通小区内不引入回用水管道,仅在物业管理水平较高的办公楼、商场、教学楼、政府部门等建筑内采用中水冲厕。
  四、水质
  采用南山污水处理厂的深度处理出水作为冲厕水,其水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质(G18920-2002)》中对冲厕水的要求,具体数据见下表。
  南山污水厂中水、景观环境用水、冲厕水水质对比
  
  
  由于回用水中仍含有一定量的BOD、COD、氮磷等营养物质,其停留时间不宜超过5天,在水温超过25℃时,静止停留时间不宜超过3天,当中水静置时间过长,水箱中的水就会滋生细菌水质变得黑臭。这就使厕所长时间无人使用时(如房屋空置或假期),要求房主把水箱中的水放空,否则会产生令人不快的异味,并且会使空气中微生物数量增加,对人体产生不良影响。
  五、用水安全
  水是生命之源,人们每天的生产生活都离不开水。水质的安全性关系到社会发展的稳定,然而由于水质受到污染而引发的水传染疾病时有发生。如2003年的SARS,经世界卫生组织调查,香港疫情最为严重的淘大花园,便是由于污水管道分离器和接头出现了问题,使带有非典病毒的污水水滴通过排水管道系统中强大的向上垂直气流进入住户房间,最终导致300多住户集体感染非典。还有令人闻之胆寒的超级细菌,英国科学家在今年4月7日公布的一份研究报告中称,他们在新德里市的饮用水中发现了多种超级细菌,由于携带了一种特殊的基因,这些细菌能抵御几乎所有的已知抗生素。居民用水的安全问题已经不容忽视。
  由水引发的传染性疾病是在三种情况下造成的,一是人们的饮用水被细菌、病毒等病原体污染,在人们吃水用水时把病原体传染给人,发生疾病,并可以沿着用水范围出现流行,比如霍乱、伤寒;二是水中带有特殊的病原体,人在下水时,病原体从皮肤侵入人体,引起疾病,比如血吸虫病、钩端螺旋体病;三是在外环境水域中是有细菌生长的,污染的空调冷却水,形成空调器水雾被人吸入致病,比如军团菌病。
  由于再生水中还存在一定的病原微生物和化学物质,在回用的过程中通过空气传播、直接接触、误饮误用等方式使人体健康存在安全隐患,具体影响途径分析见表。
  再生水回用对人体健康和生态系统的影响途径分析
  
  
  再生水对人体的健康存在诸多安全隐患,在使用时必须从源头到用户严格控制其水质,确保其水质达标,一旦发现水质存在问题,应立即停止使用换用备用水源,以免造成不良的后果。
  六、建议
  考虑到中水入户的安全性及经济性,建议本次規划的中水冲厕用户为具有良好物业管理水平的公共建筑,如办公楼、购物中心、教学楼、政府部门等。中水采用南山污水处理厂深度处理的出水,中水管道结合道路的建设在共同沟中统一布管。公共建筑中的中水管道要与建筑同时设计、同时施工、同时使用。具体实施过程中还应从以下几个方面进行完善。
  1.加强安全管理。
  回用水中水管道上不得装设取水龙头。当装有取水接口时,必须采取严格的防止误饮、误用的措施,如警示标牌等。中水管道、水箱等设备外部应涂天酞蓝色(PB09),并于显著位置标注“杂用水”字样。绿化、浇洒、汽车冲洗宜采用有防护功能的壁式或地下式给水栓。
  2.建立完善的价格机制,利用价格优势对再生水利用起到推动作用。
  深入贯彻《深圳市人民政府关于加强雨水和再生水资源开发利用工作的意见》,制定合理的,具有引导作用的中水价格。“收取的雨水和再生水费应略低于同期的原水费,不得利用收取雨水和再生水费代收任何其他费用。用户使用城市雨水和再生水系统的,免收污水处理费、水资源费,3年内的水费予以减半收取;用户从已有用水设施改用雨水和再生水的,可按改造后的雨水和再生水资源利用规模给予一定奖励。缴纳的市政雨水和再生水费统一交市财政部门,经市水务部门核实成本后拨付给雨水和再生水运营机构。运营初期,收取的雨水和再生水费不足以弥补雨水和再生水运营成本时,由财政予以补贴,以确保雨水和再生水价格优势,鼓励用户使用再生水替代自来水。”
  3.加大投资力度,加快再生水管网设施建设,优化再生水管网布置。
  结合环状水廊道的景观补水管线,尽量使再生水管线覆盖整个前海合作区,与新建道路统一设计统一施工,减少建设投资费用。充分利用共同沟,使管线的使用和维护更加方便,避免错接。
  4.严格控制中水水质
  除严格按照《城市污水再生利用城市杂用水水质(G18920-2002)》中对冲厕水的要求进行水质检测外,还要在条件允许的情况下,严格控制以下几项指标:严格控制生物学综合指标(主要是用来评价和控制再生水中的病原微生物),预防流行性传染病的大范围爆发;严格控制综合生物毒性指标(主要是用来评价和控制再生水中的化学污染物),防止污染物直接或间接威胁人体健康,危害生态系统;严格控制特异性指标(主要是用来评价除毒性效应外的其他生物效应、生物累积效应、化学物质的内分泌干扰性等);严格控制挥发性有机化合物,再生水中的VOCs挥发后可能通过各种途径对人体健康造成威胁。
  5.建议加强再生水全过程跟踪管理
  确定再生水专门管理部门,将出厂水质、管网布置、使用监管等统一协调管理,明确不同部门之间的责任,加强部门之间的协调与沟通。特别要加强对再生水全过程的监督管理。对再生水出厂后到达使用终端的水质全过程监管,避免再生水达不到使用标准而造成的一些负面影响。
  6.加大宣传力度,在全社会普及再生水使用知识和规范,降低再生水使用风险。
  要充分利用各种新闻媒体,加大宣传力度,让公众更多地了解再生水在缓解本市水资源短缺中的重要意义,普及再生水知识,介绍发达国家的成功经验,引导人们树立正确的用水观念,消除人们对再生水的偏见,增加认知度。同时希望社会各阶对水资源保护和水污染处理给予共同关注,为了子孙后代,呼吁社会各界投资支持再生水建设。
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