住宅小區雨水資源化與中水回用模式與技術

鄭煒，陳呂軍,2

（1.浙江清華長三角研究院生態環境研究所，浙江嘉興 314016；2.清華大學環境學院，北京 100084）

住宅小區雨水資源化與中水回用模式與技術

鄭煒1，陳呂軍1,2

（1.浙江清華長三角研究院生態環境研究所，浙江嘉興 314016；2.清華大學環境學院，北京 100084）

住宅小區雨水資源化利用與中水回用是建設節水型城市，實現水資源可持續利用的重要組成部分。住宅小區的雨水資源化利用技術將雨水收集、雨水分散處理、雨水集中利用、雨水滲透等技術進行集成優化，具有處理效果好、雨水利用率高、管理方便的優點。住宅小區中水回用屬于封閉式污水再生回用系統，采用膜生物反應器（MBR）技術作為小區中水回用技術，具有占地面積少、工藝流程短、處理效率高等優點。

住宅小區；雨水資源化；中水回用；膜生物反應器

我國面臨著非常嚴重的水資源短缺形勢：人均占有水資源量約為世界平均值的1/4，水資源的地區分布很不均勻，同時我國用水效率不高、用水浪費的現象也普遍存在。此外，我國城市水體污染嚴重，環保部門統計90%以上城市水體受到不同程度污染，水質型缺水城市已經增加到20多個。因此，加大節水力度、治理城市水污染的同時，積極開展雨水利用及污水資源化的實踐，是實現城市水資源可持續利用的有效途徑。與此同時，為了促進節水與污水資源化在住宅建筑與公共建筑的有效發展，我國實施的《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2006）對住宅建筑與公共建筑提出了不同的節水與水資源利用指標[1]。以住宅建筑為例，主要包含了節水規劃、提高用水效率、雨水綜合利用等3方面的要求。在一般項中要求對非傳統水源（主要是雨水和再生水及海水等）的利用率≥10%，而優選項則要求住宅區對非傳統水源的利用率≥30%，一般情況下，需要考慮雨水、優質雜排水、中水的聯合使用。

1 住宅小區的雨水資源化

1.1 雨水利用的形式

雨水利用是城市治水方針由“排蓄結合，以泄為主”向“排蓄結合，以蓄為主”轉變的重要體現。雨水利用從形式上可分為直接利用和間接利用。雨水直接利用是指將雨水徑流收集后，根據用戶水質要求經適當處理后供用戶使用；雨水間接利用是指通過各種措施強化雨水下滲，補充地下水。

1.2 住宅小區雨水資源化利用技術

小區雨水主要可分為：路面雨水、屋面雨水、綠地及透水性鋪地等其他雨水。住宅小區的雨水資源化利用技術（見圖1）將雨水收集、雨水分散處理、雨水集中處理、雨水滲透等技術進行集成優化。工藝確定時可以針對不同的氣象條件、不同建筑和地形特征、不同的雨水利用目的等諸多因素進行各種工藝段的選擇與組合。

1.2.1 住宅小區雨水收集與分散處理系統

1.2.1.1 路面雨水

路面雨水的收集與分散處理可根據兩種方案選擇。路面雨水污染物種類及濃度均較高，對于一些水量相對較富余的綠色建筑小區，可以對路面雨水直接棄流，雨水經過路面雨水口收集后從市政雨水管排出小區。對于嚴重缺水城市的綠色建筑小區，若需收集處理路面雨水，可以利用下凹式綠地進行處理。降雨后的路面雨水徑流流入下凹式綠地[3]，經綠地蓄滲截流后將多余的雨水再通過上凸式雨水篦后由雨水管集中收集。采用下凹式綠地收集處理方案相對直接棄流的工藝，具有增加雨水下滲量、去除雨水污染物、收集雨水利用等優點。

1.2.1.2 屋面雨水

屋面雨水的收集與分散處理工藝也提出了兩種方案選擇：綠色屋面與雨水淺草溝。綠色屋面主要是利用土壤及植物根系的吸附和過濾作用，有效降低屋面徑流系數從而削減雨水流失量；減輕大氣污染及削減雨水污染負荷；改善建筑屋頂的性能及溫度[4]。淺草溝一般設置在植被草坪的綠地旁，淺草溝內填有較大粒徑的礫石和卵石，并種植長草且形成草皮，利用這種近似自然植被的生態條件增強對雨水（尤其是初期雨水）懸浮物的截濾。

圖1 住宅小區雨水資源化利用技術流程圖[2]

1.2.1.3 綠地及透水性鋪地等其他雨水

綠地及透水性鋪地的初期雨水基本被下滲或截流。后期雨水再經過淺草溝處理后，水質較好，可直接收集，再經過集中處理后利用

1.2.2 住宅小區雨水集中利用系統

雨水經過分散處理收集后，污染物濃度大大降低，水質較好。雨水只需經過簡易的集中處理后即可利用。雨水經過分散處理后進行集中收集，經過沉砂檢查井去除較大顆粒物后，重力流排入雨水集中收集池。

若小區內有景觀水體（如人工湖），經過分散處理后收集的雨水即可重力流排入景觀水體內，作為景觀水體的環境景觀補水，景觀水體還同時充當再生水利用的調蓄體。景觀水體的水質保障通過人工濕地進行處理[5]。小區內不能重力流入景觀水體的雨水集中收集在小區內地勢較低的調節池內，景觀水體水位下降后，用泵將調節池中的雨水抽至景觀水體利用。遇到暴雨時，景觀水體和調節池中的多余雨水溢流至市政雨水管外排。若小區內無景觀水體，可將經過分散處理后雨水重力流入小區內地勢較低的調節池內集中收集，收集的雨水可以作為中水補充水再生回用（圖2）。

圖2 住宅小區雨水集中利用

1.2.3 住宅小區雨水滲透系統

雨水除了直接利用于景觀環境用水和城市、雜用水外，雨水滲透系統也是非常重要的一種雨水節間利用方式。通過人工強化雨水滲透工程的實施，具有補充地下水，穩定地下水位，防止地面下沉，減少地表徑流量等作用。

2 住宅小區的污水資源化與中水回用

2.1 中水回用概念

目前，我國中水回用模式主要有“市政中水”與“建筑中水”兩種[6]。在北方一些嚴重缺水的城市，如北京、天津等城市，“市政中水”回用已形成一定的規模，例如：北京的高碑店污水處理廠建成了我國最大的中水回用工程，回用規模為30萬m3/d，天津東郊污水處理廠回用工程將二級出水過濾、消毒后回用，規模7萬m3/d；青島海泊河建成4萬m3/d的中水回用工程，用于工業冷卻、綠化和生活雜用水?！敖ㄖ兴敝饕紤]到生活污水和雨水等中水來源的收集問題，這個模式的優點在于節約中水的采集費用和輸送費用，初期投資較低，是目前中水回用的主要方式。住宅小區的中水回用屬于“建筑中水”的范疇。建筑中水回用屬于封閉式污水再生回用系統，其集流的污水水質有優質排水（不含糞便和廚房污水）、雜排水（除糞便污水以外的生活污水）和生活污水3種，經再生處理后的水質應達到生活雜用水水質，供生活洗滌、沖洗便器、綠化和澆灌道路等方面使用，所以說中水工程是介于建筑給水系統和排水系統之間的雜用水供水技術。

2.2 住宅小區中水回用技術

中水回用技術工藝從原理上分析，可分為物理化學工藝和生物處理工藝。中水回用技術應用最多的是物理化學工藝主要有：混凝沉淀、活性炭吸附、砂濾以及膜過濾等。生物處理工藝是利用微生物的新陳代謝作用處理污水有機污染物的一種水處理方法。生物法分為好氧生物處理法和厭氧生物處理法。通常，好氧生物法被廣泛應用于生活污水的中水處理回用中，主要包括傳統活性污泥法、生物接觸氧化法[7]、生物濾池等。而隨著膜技術在水處理應用中得到了飛速發展，膜生物反應器[8]在中水回用方面的應用顯示出良好的發展前景。

膜生物反應器（Membrane Bioreactor，MBR）是一種將膜分離技術與生物處理單元相組合的污水處理與回用工藝[9]。該工藝采用高效的膜分離技術代替傳統活性污泥工藝中的二沉池，從而具有比傳統活性污泥法突出的優勢，包括固液分離效率高、出水質量高且穩定，可直接回用；反應器內可維持高濃度的微生物量、處理容積負荷高、占地面積小、剩余污泥產生量小；反應器內硝化菌生長情況良好，氨氮去除作用明顯；操作管理方便，自動化程度高等。由于具有上述優點，膜生物反應器成為21世紀最有發展前景的高新水處理技術，其在城市污水和工業廢水處理與回用中的應用，在全球范圍受到眾多的研究者、企業界和政府部門的廣泛關注[10]。

在傳統的廢水生物處理技術中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5～3.5g/L，從而限制了生化反應速率。水力停留時間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25%～40%。傳統活性污泥處理系統還容易出現污泥膨脹現象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化[11]。

針對上述問題，MBR將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優勢菌群）的出現，提高了生化反應速率。同時，通過降低F/M比減少剩余污泥產生量（甚至為零），從而基本解決了傳統活性污泥法存在的許多突出問題[12]。圖3比較了傳統處理工藝與膜生物反應器工藝在中水回用方面的差異。采用MBR工藝不僅可以極大的提升處理效率，同時可以縮短工藝流程，減少占地面積，出水質量高且穩定，可直接回用。

2.3 住宅小區MBR工藝中水回用工程實例

圖4是典型的住宅小區MBR中水回用工藝流程。生活污水由干管經過收集管網引入中水處理站，經過3mm細格柵去除污水中的雜物，進入集水井；污水由一級提升泵提升入調節池，調節池設有潛水攪拌機，均衡水量調節水質；調節池的污水通過二級提升泵提升進入自動清洗過濾器，去除污水中的毛發和雜質，再自流入缺氧池，與回流污泥混合后進入曝氣池，污水中的有機污染物被好氧微生物降解去除。經過凈化后的水通過浸沒在膜生物反應池中的中空纖維膜過濾后被抽吸泵抽出，污泥被截留在膜生物反應器中；出水經過消毒后送入清水池，通過回用水泵進行回用。格柵截留的雜物和自動清洗過濾器過濾的毛發等雜質需要定期清掏外運，膜生物反應器中產生的少量剩余污泥定期通過污泥脫水機進行污泥脫水，泥餅外運處理。

2.3.1 典型工程實例

（1）北京某大學學生公寓中水回用工程（見圖5）。

廢水來源：學生公寓洗浴水；

處理工藝：膜生物反應器；

處理規模：1200t/d；

進水水質：COD≤300mg/L，氨氮≤40mg/L，濁度≤450NTU；

執行標準：生活雜用水標準；

出水水質：COD≤10mg/L， 氨氮≤2mg/L，濁度≤1NTU；

回用用途：綠化、沖洗廁所；

運行成本：0.9元/t水；

噸水電耗：0.6kW·h/t水；

圖3MBR工藝與傳統處理工藝的比較

圖4住宅小區MBR中水回用工藝流程

圖5 北京某大學學生公寓中水回用工程

（2）北京某大學地埋式中水回用工程（見圖6）。

廢水來源：學生公寓生活污水；

處理技術：膜生物反應器；

處理規模：1500t/d；

進水水質：COD≤700mg/L，氨氮≤90mg/L，濁度≤900NTU；

執行標準：生活雜用水標準；

出水水質：COD≤30mg/L， 氨氮≤6mg/L，濁度≤1NTU；

回用用途：綠化、沖洗廁所；

運行成本：0.8元/t水；

噸水電耗：0.55kW·h/t水；

圖6 北京某大學地埋式中水回用工程

（3）北方某小區中水處理回用工程（見圖7）。

廢水來源：小區生活污水及雨水；

解決方案：采用一體化膜生物反應器設備；

處理規模：200t/d；

出水去向：綠化、景觀用水；

進水水質：COD≤400mg/L，BOD5≤220mg/L，氨氮≤40mg/L；

出水水質：COD≤50mg/L， BOD5≤12mg/L，氨氮≤1mg/L；

運行成本：0.7元/t水；

噸水電耗：0.6kW·h/t水。

圖7 北京某小區中水處理回用工程

3 結論

隨著我國城市化速度的不斷加快，水資源匱乏的矛盾日益突出，雨水的資源化利用與中水回用的研究與實踐已逐漸成為緩解水資源緊缺的一種重要途徑。由于落水下墊面和匯水地形的差異，將雨水分為路面雨水、屋面雨水、綠地及透水性鋪地等其他雨水，采取分類收集分散處理的方式，再集中進行利用，并輔以雨水滲透系統，是一種對雨水進行綜合利用的有效模式。住宅小區中水回用、建筑中水回用屬于封閉式污水再生回用系統，其集流的污水水質有優質排水(不含糞便和廚房污水)、雜排水(除糞便污水以外的生活污水)和生活污水3種，經再生處理后的水質應達到生活雜用水水質，供生活洗滌、沖洗便器、綠化和澆灌道路等方面使用。中水回用技術以生物處理工藝為主，膜生物反應器（MBR）技術解決了傳統活性污泥法存在的許多突出問題，不僅可以極大地提升處理效率，同時可以縮短工藝流程，減少占地面積，出水質量高且穩定，可直接回用。

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Strategy and technology of rainwater utilization and recycled wastewater reuse for residential community

ZHENG Wei1,CHEN Lvjun1，2
（1.Department of Environment of Zhejiang Tsinghua University Yangtze Delta Region Institute,Jiaxing 314016,China;2.Academy of Environment,Tsinghua University,Beijing 100084,China）

Rainwater utilization and domestic wastewater recycle for residential community was an important part of the construction of water-saving city and sustainable utilization of water resources.Rainwater collection,rainwater treatment,rainwater utilization,rainwater infiltration technology were integrated and optimized in rainwater utilization technology of residential community,which have advantage of good treatment effect,convenient management,and so on.Domestic wastewater reuse belonged to enclosed wastewater regeneration recycle system.And membrane bioreactor (MBR)technology which covered an area of less,shorted technological process,showed high pollutants removal efficiency,is highly effective wastewater advanced treatment technology for domestic wastewater reuse,

residential community;rainwater utilization;domestic wastewater recycle;MBR

2013－12－09）

X703

A

1674-0912（2014）01-0036-05

鄭煒（1983-），男，碩士研究生，研究方向：水處理工藝技術研究。