海綿城市設施參與小區中水系統的探討

汪小明，許崇崴，康凱

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

我國是世界上缺水狀況較嚴重的國家之一， 我國有80%的城市由于工業生產發展和人口增加等原因存在不同程度的缺水狀況，同時我國排放的污水量也逐年遞增。 這使得我國眾多城市供水能力一方面顯得不足， 另一方面受納水體日益受到不同程度污染。 這就要求推廣和開發節水技術，其中建筑小區中水回用技術就是一種重要的節水技術。 中水系統回收小區中的各種污廢水，處理達標后作為小區沖廁、綠化及道路澆灑用水等。 這提高了水資源的循環利用率，減輕了污水排放對市政排水系統及環境水體的負擔。

與此同時，隨著中國城市化進程的快速發展，原有城市規劃及市政條件已經無法滿足城市高速發展的需求， 國家提出并大力推行海綿城市的城市設計理念。 建筑小區的海綿城市設計，是消減雨水排水對市政雨水系統沖擊的重點之一。

海綿城市采用低影響開發設計理念， 通過LID 設施綜合源頭消減、中途轉輸、末端調蓄的手段，落實海綿城市建設理念[1]；中水系統回收小區可利用的污廢水資源，經過處理后回用，達到節能減排的綠色建筑的目的。

2 小區中水水源系統

建筑小區可選用的中水水源有以下幾種[2]。

2.1 小區生活污廢水

小區生活污廢水指的是小區內建筑物生產生活中產生的污水及廢水的集合，包括衛生間沖廁用水、盥洗及沐浴用水、洗衣機廚房洗滌廢水等。

小區生活污廢水不分質收集，小區內不只一套管道系統，可在管網末端收集中水水源；但因為含有衛生間沖廁用水，水質污染物含量多，水質差，處理費用及能耗大。

2.2 小區內雜排水

小區內雜排水是指沖便器污水以外的生活污廢水， 包括居民的盥洗和淋浴廢水，洗衣廢水以及廚房廢水。

相對生活污廢水，雜排水中污染物含量較少，水質好，設備處理量小，處理費用及能耗??；但同時生活污水需要分質排放，需要至少設置兩套排水系統，管網投資和設計的難度大。

2.3 建筑小區內的雨水

以小區為單位建設海綿城市設施，在下雨時吸水、滲水、蓄水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。 提升城市生態系統功能和減少城市洪澇災害的發生[3]。

而通過設施蓄存的雨水，亦可作為中水水源。海綿設施雨水調蓄池內的雨水，入池前經過前期截流及攔污后，水中污染物組成單一，污染物濃度低，可生化有機物含量低，污水處理工藝簡單，處理成本較低。但是，作為水源而言，雨水受天氣及季節的影響較大，水源水量供應不穩定，需要占有較大的地下空間設置調蓄水池，在普通的小區中水運用中，有著一定的局限性。

3 中水處理方式

中水處理的對象為污水， 按處理方法不同可分為物理化學處理法、生物處理法、膜處理法3 大類。

3.1 物理化學處理法

物理化學處理法是以混凝沉淀技術和活性炭吸附技術相結合的基本方式，主要用于處理水質較好的雨水及優質雜排水。

主要優點是占地面積相對較小，處理流程較短，運行靈活方便，管理簡單；缺點是出水水質受所使用的混凝劑類型、數量和質量的影響。

3.2 生物處理法

生物處理法即是指利用微生物的吸附、氧化作用，降解污水中可降解的有機物， 主要包括活性污泥法、 生物接觸氧化法、人工濕地法等。

生物處理法的特點是適用于較大處理規模的中水處理工程及小區中使用，占地面積大，剩余污泥處理麻煩；其優點是運行費用較小，出水水質穩定。

3.3 膜處理法

膜處理是指利用生物膜技術來處理水， 使之符合一定的水質標準。 膜處理法包括接觸氧化法、生物曝氣池法和膜生物反應器法（MBR）等。

小區中水系統污水處理方式，多采用MBR 工藝，MBR 工藝具有出水水質好，占地面積小，操作管理方便的優點；缺點則主要表現在MBR 膜制造成本較高，運行成本較高等。

4 海綿設施末端調蓄的利用

小區海綿設施經過滯留、下滲、轉輸等過程后，系統的超滲溢流雨水，通過雨水管道系統經雨水棄流及過濾裝置后，排至雨水回用調蓄水池中。

雨水回用調蓄水池的有效容積， 在降雨時用來調節洪峰雨量和調整外排徑流系數，降雨結束后，可回用為小區中水的水源。

一般來說，雨水作為中水水源，多用作小區內綠化澆灌及道路澆灑用水。 這樣雖然能夠利用雨水補充某一時段，某一部分的中水，但是同時也存在如下問題：（1）雨水受氣候和降雨影響較大，回用存在水源不穩定的情況；（2）水資源浪費，綠化及道路用中水，采用單一雨水作為水源，在無雨水供給的情況下，多采用市政自來水補水，最終就產生以自來水作為中水用途的狀況，對自來水資源造成浪費。

針對這一狀況，可以對海綿設施調蓄雨水在中水系統中的使用范圍及系統設置工序進行調整。 使用雨水作為小區所有用途中水的水源補充，與雜排水一起，形成多水源中水系統。

5 雨水、雜排水多水源中水系統

小區多水源中水系統，同時使用調蓄雨水，及日常生活污廢水作為中水水源，這樣能兼顧不同水源的優缺點，合理規劃處理流程及工序安排，最大限度地對水資源及能源進行優化?？紤]到多水源系統水量平衡及水質處理工藝的難易程度，生活污廢水可以截取其中的雜排水部分作為中水水源。

海綿設施調蓄雨水，以無機污染物為主，可以進行以物理化學處理法為主的水處理工藝，處理設備簡單，處理費用及能耗小。 雨水受降雨影響，水源穩定性較差，處理達標后的雨水，可以作為小區中水系統季節性水源或平時補充水源注入中水回用清水池中。

生活雜用水，水中污染物構成較復雜，污染物含量較少，水量來源相對穩定及充足， 適宜作為小區中水系統常規性主水源。 雜用水以MBR 膜處理技術為主的水處理工藝；處理達標后，作為常規水源注入清水池中。 MBR 中水處理設備設計為多個處理單元，根據中水處理量開啟全部或部分處理單元：雨季時，調蓄雨水可以提供大部分中水水源，開啟部分MBR處理單元，處理部分雜排水補充雨水量的不足；干旱季節，沒有雨水作為補充水源，開啟全部MBR 處理單元，滿負荷運行，以雜排水提供中水系統全部水源。 這樣，既可以最大效率地利用雨水資源，又可以減少污水處理設備運行費用及能耗。

雨水、雜排水多水源中水系統運行流程，如圖1 所示。

圖1 多水源中水系統流程圖

6 中水水量平衡分析

本文以南方某擬建設住宅小區為例進行小區中水系統的水量平衡計算[4]。 該住宅小區計算參數，如表1 和表2 所示。

表1 給水用水量計算表

表2 住宅分項給水百分率 %

中水原水量按式（1）計算：

式中，QY為中水原水量，m3/d；Qpj為建筑物平均日生活給水量，m3/d；β 為建筑物按給水量計算排水的折減系數，取0.85；b為建筑物分項給水百分率。

綜上計算，中水日用水量，沖廁用水123.2 m3/d，綠化灌溉用水34.0 m3/d， 道路澆灑用水22.0 m3/d， 所需中水原水量為1.1×179.2=197.12 m3/d。

中水雜用水回收水量371.28 m3/d， 日?；厥账看笥谒柚兴?，滿足使用需求。

雜用水水處理設備，按200 m3/d 的處理量設計，3～4 個處理單元并聯設置。 在有海綿設施調蓄雨水參與時，根據雨水量的多少，運行1～2 個處理單元，達到節能的效果。

7 綜合效果評估

根據上述計算結果， 對擬建住宅小區的中水供水系統對環境及水之源利用的相關影響進行分析。

1）節水。 作為沖廁、綠化灌溉、道路澆灑的中水年用水量53 650 m3。 可收集的中水原水量滿足中水用水量要求，所以，小區年節水量可達53 650 m3。

2）碳減排。 在環保被社會日益看中的今天，低碳生活已經是主流的生活形態，中水的使用，節約水資源，也可以實現低碳減排。節約1 t 水，可以減排約0.91 kg CO2，中水系統年節水53 650 t，扣除中水處理中所消耗的能源，使用1 t 中水減排約0.65 kg CO2，小區年碳減排約35 t。

8 結語

為應對城市發展中日益嚴重的環境污染及水資源缺乏的問題， 在城市住宅及公共社區建設中可以大力推進小區中水供水系統和雨水海綿城市設施， 并對海綿設施中調蓄的雨水進行統籌，利用調蓄雨水水量充足、處理方便的特點，將其作為中水系統的優質水源，緩解城市中水之源的缺乏，減輕市政污水處理的壓力，同時達到環境低碳減排的效果。