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绿色建筑设计中非传统水回用技术关键问题分析
更新时间:2016-12-21 来源:《中国给水排水》 作者:杨峰峰

摘要:根据绿色建筑对非传统水回用系统的要求,从中水回用、雨水回用、非传统水回用对象水质要求以及非传统水安全保障措施等方面,对非传统水回用技术在绿色建筑设计中的关键性问题进行分析和论述,同时对设计中常存在的一些设计误区进行剖析并提出建议,以期为促进我国绿色建筑节水技术的切实效益提供理论支撑。

近年来,在人们追求更高品质建筑环境与践行“可持续发展”理念的博弈中,绿色建筑应运而生。关注建筑的全寿命周期、尊重自然、实用并舒适的建筑环境以及低强度的用能方式是绿色建筑的立身之本[1]; 而理性的设计思维方式和运营管理方法,是提高绿色建筑环境效益、社会效益和经济效益的基本保证。我国绿色建筑发展正处于从摸索阶段向规模化应用的过渡时期,在合理使用绿色建筑技术方面仍有诸多需要探讨和解决的问题。非传统水回用系统是绿色建筑节水设计的主要内容,对绿色建筑节水效益的发挥起着至关重要的作用。笔者根据我国绿色建筑技术体系的要求,对绿色建筑设计中非传统水回用方面的关键性技术问题进行阐述和总结,并结合项目经验,提出优化建议,以期对绿色建筑节水技术的高效运用和健康发展提供帮助。

1 中水回用技术

1. 1 中水水源选择

绿色建筑的中水水源选择是系统运行成败的关键因素,通常应根据排水的水质及水量、排水状况、中水回用的水质和水量,经技术经济比较确定。因此应优先选择水量充足稳定,污染物浓度低,水处理难度小,安全且易于用户接受的排水作为中水水源。在常规绿色建筑中水回用设计时,原水应首选盥洗、沐浴废水等优质杂排水,应严格避免采用厨房排水和冲厕排水作为中水原水。实践经验表明,厨房排水和冲厕排水此类高生化性的污水在建筑群污水原位处理中的经济性和适用性极差,具体表现为以下三点: ①中水机房通常位于地下室,因而需要大规模的通风排气设施来维持机房内部的空气质量,由此产生的年电耗量相当巨大; ②生物处理单元对运行环境( 如温度、pH 值等) 十分敏感,维护成本极大,普通物业管理无法承担其技术投入和人力成本; ③稍有不当,主反应器内的臭气会大量外逸,直接影响建筑使用者的生活品质,降低绿色建筑的实用价值。

1. 2 中水回用对象分析

传统设计在考虑非传统水源的用途时,较多的关注和要求放在原水与用水在时间上的对应关系上,如建筑中水优先用于冲厕,因为中水来水和冲厕用水在时间上具有较好的吻合性,冲厕用水高峰通常伴随中水原水量峰值的形成; 并且在三星级绿色建筑设计中,为了一味地追求较高的非传统水利用率以满足三星级条文项数的要求,也常有不顾成本增量或实际效益而将中水冲厕纳入设计中的情况发生。但在实践中,中水冲厕在执行过程中遇到了诸多的挫折和排斥,主要可归结为以下两点: ①中水入户储存在便器水箱中,时间稍久便可能导致细菌大量滋生的情况,同时由于目前普遍采用的坐式便器与人体接触较为紧密,使用不慎即会发生与人体直接接触的可能,导致病菌传播; ②实践显示,人们往往为了保证中水灭菌的彻底性,从而对中水过度投入消毒药物,致使中水产水具有一定的腐蚀性,导致使用中水的便器折损速度大大加快,出现水箱内壁发黄、便槽感官不悦等问题,使其难以被接纳推广。

另一方面,中水冲厕受到的排斥,导致中水用水量的需求具有明显的季节性,主要用作夏季的绿化灌溉用水,而灌溉需求在冬季大大减少,导致中水产水无处可用,同时中水系统处理工艺的特点决定了其不能随意中断工作,从而导致不菲成本处理的中水最终白白排至市政管网,造成能源的浪费。

考虑到用户对中水入户的排斥情绪,笔者建议在市政公厕或适宜的公共场所采用中水冲厕,可收集公厕内的盥洗废水进行处理,直接回用于公厕内的便器冲洗; 但坐式便器可能带来的接触隐患仍需关注; 相比坐式便器与人体的接触程度,蹲式便器具有更好的安全性,结合脚踏式延时阀的设计,蹲式便器可避免水箱的设置,中水也无需在末端进行储存,为中水冲厕提供了较好的可行性。( 另,正在修订的新版绿建国标已对条文设置进行调整,将生硬的非传统水利用率比例要求改为以满足用途需求为准的评判方式,只需满足常规室外杂用水需求,即可得到较好的分数。)

此外,中水用于节水灌溉时,不宜通过喷灌方式进行利用,由于中水所含气溶胶可能随着喷射漂浮在空气中而进入人体呼吸道,可能伴做病菌传播的载体,因此应避免采用喷射半径较大的喷灌,可采用微喷灌或滴灌等,同时,应控制产水SS < 30 mg /L,以防喷头堵塞[2]。

1. 3 中水处理工艺选取

中水回用的可观投资是绿色建筑设计中不可回避的问题,虽然绿色建筑追求的是技术的综合效益,而非单单的经济效益,但项目设计中仍应竭力因地制宜,在控制成本增量的同时发挥建筑的绿色效应。中水回用设计中,通常应只选用极优杂排水,如盥洗废水、沐浴废水,由于此类杂排水中有机物浓度很低,处理的目的主要是去除悬浮物和少量有机物,降低水的浊度和色度,因此应采用以物理化学处理为主的工艺方法,避免大比例生物处理法的使用。

目前,项目中常用的工艺方法有: ①物理化学法处理工艺,其流程为原水→格栅→调节池→混凝沉淀或混凝气浮→过滤→消毒→中水。②预处理和膜分离相结合工艺,流程为原水→格栅→调节池→预处理→膜分离→消毒→中水。③膜生物反应器工艺,流程为原水→格栅→调节池→膜生物反应器( MBR) →消毒→中水。

混凝工艺主要去除水中的悬浮状和胶体状杂质,对可溶性杂质的去除能力较差,对原水中残留的洗涤剂处理效果不佳[3]; 因此应防止产水在水箱中存储时间过长,应将停留时间控制在48 h 内。在实际运营中,还应根据处理对象合理选择混凝剂的种类和投药量,以保证系统的处理效果并降低运行费用。目前采用较多的是以砂滤加活性炭吸附为核心处理工艺的物化处理系统,出水均有不同程度的问题; 原因之一就是水质较好的杂排水,仅仅采用砂滤不能去除溶解性污染物,使得后端的活性炭吸附很快饱和,因此出水带有明显的异味[4]。若将过滤改为超滤,结合物化处理工艺可以获得更好的效果。

膜分离装置作为中水处理流程的后置单元,对保证中水水质极为有利。但由于膜处理的物理作用,对体现有机物浓度的指标( 如COD、BOD5) 去除效果不显著,若出水要补充于大规模的缓流水体( 如景观水池、溪流等) ,则应与生物处理相结合才可获得更好的效果。但其巨大的基建投资和动力消耗也是影响其实用性的主要因素。

非传统水回用工程的成败与采用的工艺流程有着密切的联系,工艺选择时应秉承以下原则: ①安全适用,技术先进,处理出水水质能够达到回用对象的水质标准。②经济合理,在保证中水水质的前提下,投资省、运行费用低和占地面积小。③处理过程中,噪声、气味和其他因素对环境不应造成严重影响。④尽可能选用经过一定的运行实践,已达到实用化的处理工艺流程。建筑项目中,笔者提倡仅采用物化手段对优质杂排水进行处理。

2 雨水回用技术

2. 1 雨水直接利用系统

雨水直接利用技术是对建筑屋面雨水和其他非渗透路面雨水进行收集、调蓄、净化处理后,直接作杂用水使用。雨水回用设计中优先收集水质较好的屋面雨水,将屋面初期雨水弃流后,通过简单的沉淀和消毒措施即可进行回用; 当杂用水需求量较大时,将地面雨水纳入收集范围,采用混凝+ 过滤的方式可将原水中的SS 含量削减90% 以上,以满足规范要求。雨水处理系统有较为成熟且有效的工艺系统,并在当前绿色建筑项目设计中广泛应用; 但此类系统往往占据一定的地下室面积,需要大量的蓄水单元和处理装置,对某些用地紧张的项目并不实用。

版权、出处:《中国给水排水》

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