2015年4月16日发布《水污染防治行动计划》要求:自2018年起, 单体建筑面积超过2万m²的新建公共建筑, 应安装建筑中水设备。中水回用设施的市场需求将出现井喷。但我国的建筑中水现状是, 开发商不愿建, 使用方不愿用。特别是在中国楼面地价越来越高, 地下车位价格越来越贵的新隐性成本条件下, 高层公共建筑中水回用系统, 需要革命性的新技术, 解决成本问题, 从而解决建筑中水回用推广面临的难题。

　　 我国北方大部分大中城市要求, 单体建筑超过一定面积的公共建筑 (主要指办公、学校、宾馆) , 必须安装中水设施。现有的建筑中水回用系统, 与不设中水系统的的建筑对比, 增加了1套原水收集系统、1套中水处理系统、1套中水供水系统。以1栋10万m²的办公建筑计算, 原水收集系统、中水处理系统、中水供水系统, 合计显性的总投资约为300万元, 显性的总投资中, 主要成本不是中水处理系统, 而是中水供水系统, 占了65%~70%^[1,2]。隐性的总投资, 主要是占用了宝贵的建筑空间, 特别是中水处理站及中水泵房。一栋10万m²的办公建筑地下室的中水处理站及中水泵房, 将占用大约18个机动车停车位的空间。如果按北京中心城区一个停车位可以卖45万元以上计算, 占用空间带来的隐性成本超过810万元。

　　 现有的建筑中水回用系统, 在中水处理环节、中水供水环节需要采用泵来曝气、提升、输送, 需要消耗大量电能, 需要专业技术人员进行日常管理和维护。产生的日常维护运行成本平均为3.28元/m^[3,4], 比我国城市的平均自来水价高。1栋10万m²办公建筑年中水量约为3.9万m^3[5], 也就是说中水回用系统的年运行成本为12.8万元。

　　 按2010年3月22日《新京报》报道, 因为运行成本高、出水水质不保障、管理复杂的原因, 北京受调查的100个小区数据, 发现已开通中水系统并正常运行的不到20%^[6]。有统计数据显示:北京已建成的建筑中水设施截至2010年约1 000套, 除酒店宾馆的中水设施运行情况较好外, 其他大部分 (约70%) 运行状况极不乐观^[7]。我国的建筑中水回用系统, 因为建造显性和隐性成本高的原因, 不是因为政府强制要求设置的, 开发方一般都不设置;因为政府强制要求设置的, 因运行成本高、管理复杂, 大部分实际并不使用。非但没有起到节约用水的目的, 还造成了大量的浪费。

　　 本文所介绍的技术是专门针对建筑面积2万m²以上的高层公共建筑, 所研发的建筑中水回用系统。

　　 我国建筑中水的问题, 实际上是成本问题。战略成本管理理论认为: (1) 运输是最主要的无效^[8]; (2) 占用更有价值空间是最主要的隐性成本; (3) 增加收益是降低成本的最有效手段。因此需要一种新型的建筑中水回用系统, 它能砍掉绝大部分的运输成本、不占用有价值建筑空间、反而能增加实际使用空间、运行成本低、管理简单。让开发方愿意建, 让使用方愿意用, 才能使中水回用在建筑中广泛推广。

　　 高层公共建筑错层中水回用系统, 是战略成本管理理论与给排水技术的结合, 是加强型竖流沉淀池与SBR生物处理器的结合, 是生物法与化学絮凝法的结合。

　　 废水收集和处理设备主要由PVC塑料或PE塑料制成, 类似一种特殊的排水管件, 放置于洗手台下。中水储存设备为PVC塑料或PE塑料储水箱, 放置于卫生间天花吊顶内。系统竖向布置见图1^[1]。

　　 上层洗手盆的原水→花洒龙头充氧→毛发拦截罩→絮凝投药器→絮凝反应软管→加强型竖流沉淀池+SBR生物反应器→细网过滤→活性碳吸附→消毒→中水储存箱, 处理后的中水储存在下一层卫生间天花内的储水箱内, 供大便器、小便器冲洗用。

　　 竖流沉淀池底部产生的沉淀污泥, 由保洁人员在打扫卫生间时, 每2~3天踩踏一下脚踏式排水阀排放到污水管网。

　　 储水箱内中水不足时, 通过自来水进行补水;储水箱内中水富余时, 通过溢流主管流到下一层的水箱, 再依次流到最下层的水箱;最下层水箱富余的中水, 可供给地下车库洗车用, 或流出室外供绿化用水。优质杂排水全部被处理回用, 对于办公、教学、商场的洗水盆用水占总用水量的34%~40%^[10]。

　　 本设备原水中超过99%杂质, 被特殊的竖流沉淀池去除, 可溶性有机物被SBR生物反应器去除, 大大延长活性碳吸附装置的更换周期, 每4~6个月进行更换1次即可。运行成本很低, 维护管理简单。

　　 中水处理构件正剖面见图2^[9], 试验安装见图3。

　　 采用加强型竖流沉淀池, 下部设储泥漏斗, 底部设脚踏式清空阀。

　　 加强型竖流沉淀池是在上流通道的上部设置聚氨脂海绵生物填料, 下部装有松针状尼龙丝生物填料 (见图2) 。海绵填料和尼龙丝填料加快和促进了在水位中部产生杂质悬浮层, 利用杂质悬浮层对上升的颗粒进行拦截和过滤。在沉淀池出口设置了一道竖向的不锈钢细滤网, 对细小的颗粒进行拦截, 同时在沉淀池水位上部区, 形成顶部杂质悬浮层, 对进入细滤网的颗粒进行拦截和过滤。夜间停止进水时, 悬浮杂质将沉淀到底部漏斗状沉淀区, 定期排出到污水管网。

　　 试验发现, 约85%的杂质会被中部杂质悬浮层和生物填料拦截, 约12%的杂质会被顶部杂质悬浮层拦截;约2%的杂质会被顶部细滤网拦截;另外1%的杂质, 将由后面的活性炭吸附。

　　 利用杂质悬浮层拦截杂质的方式, 大大延长了顶部细滤网的清洗周期和活性炭桶的更换周期。正常使用, 顶部细滤网的清洗周期超过3个月, 活性炭桶更换周期超过4个月。

　　 通过踩脚踏式清空阀, 排空沉淀池时, 上部存水同时对尼龙丝填料表面杂质进行了冲洗, 延长了尼龙丝填料清洗周期, 清洗周期超过6个月。

　　 公共建筑的洗手盆, 具有间歇使用的特点, 而且每次进水量不大, 并且在夜间长时间不进水。同时公共建筑的洗手盆, 也存在偶尔性短暂高冲击负荷的情况。公共建筑洗手盆的使用特点, 恰好符合SBR生物反应器间歇进水、次序排列反应、静止沉淀的特点, 所以采用SBR工艺作为生物反应方式。

　　 竖流沉淀池内分2层, 上层放入30PP的聚氨脂海绵填料, 下层放入松针状尼龙丝生物填料供微生物挂膜附着 (见图2) , 保证在沉淀池的日常排空后, 反应器内仍有足够量的微生物。生物填料及形成的微生物体同时起拦截水中杂质的作用, 使竖流式沉淀池截污能力加强。

　　 松针状尼龙丝生物填料在设备运行3天后即可见兼性微生物挂膜附着, 运行7天后尼龙丝生物填料微生物挂膜情况见图4。

　　 松针状尼龙丝生物填料在设备运行4个月后, 其表面附着大量微生物, 并截留大量污物。运行4个月后将尼龙丝生物填料取出, 微生物挂膜情况见图5。一般运行6个月, 尼龙丝生物填料和聚氨脂海绵填料需要进行清洗或者更换。

　　 公共建筑洗手盆排水, 属于低有机浓度污水, 按《建筑中水设计规范》 (GB 50336-2002) BOD₅为90~110mg/L^[10], 试验实际测量只有55~70mg/L。采用生物活性淤泥法能够有效去除溶解性的有机物、TN、NH₃-N。而采用化学沉淀作为补充, 能有效去悬浮性有机物、SS、P^[11]。

　　 同时絮凝剂铁铝盐中的铁、铝能提供给微生物需要的营养物质, 特别是对生物的酶活性起着很好的促进作用。

　　 产品在广州大学工程试验楼南楼3楼公共卫生间, 进行了为期6个月的实际运行性能测试。结果显示, 出水水质完全能达到《建筑中水设计规范》中水用作建筑冲厕时的水质标准。

　　 经1个月内6次取样, 统计平均值, 广州大学工程试验楼南楼3楼公共卫生间的洗手盆排水污染物浓度值比《建筑中水设计规范》低, 见表1。

　　 COD、氨氮、pH、色度、浊度、溶解氧, 因测量比较简单, 采用每周抽样测试。其中COD的长期平均值为15mg/L, 出现过的最高值为22mg/L。每周测量项, 各值均并未出现超标情况, 各项长期实测平均值见表2。

　　 溶解性总固体、五日生化需氧量 (BOD₅) 、阴离子表面活性剂、铁、锰、总余氯、总大肠菌群, 采用每月取样试验的方式。其中BOD₅的长期平均值为6mg/L, 出现过的最高值为10 mg/L。每月测量项, 各项的最大值均并未出现超标情况, 各项长期实测平均值见表3。

　　 高层公共建筑错层中水回用系统, 是战略成本管理理论在水处理领域成功运用的典型。特别是砍掉了中水输送泵组及管网这一最主要的无效成本 (占常规高层中水系统造价的65%以上) 。按一栋10万m²的办公建筑计算, 建造成本投入约34万元, 仅为现有建筑中水回用系统投资成本的15%不到。运行成本不超过0.8元/m³ (现有中水回用设备运行成本为3.28元/m^[3,4]) 。

　　 按统计数据, 办公建筑平均年用水1.3m³/m^2[5], 10万m²的办公建筑年总用水量为13万m²。对于办公教学建筑 (盥洗用水占总用水量的34%~40%) ^[10], 本设备节水率不小于30%, 即每年可节约超过3.9万m³水。按北京商业用水价8.15元/m³计算 (水费+排污费) , 一年可节约31.8万元水费。本设备运行成本约0.8元/m³, 年运行成本为3.12万元。该系统的运行年利润为31.8-3.12=28.7 (万元) , 年利润率919%。

　　 高层公共建筑错层中水回用系统, 使用建筑中的无用空间:洗手盆下、卫生间天花。现有的建筑中水处理站及中水泵站, 需要占用地下室空间。按北京一栋高32层的商场+办公建筑计算, 如果改用本系统可增加27个停车位, 北京城区车位平均45万元/个, 将给开发商增加1 215万元收益。

　　 高层公共建筑错层中水回用系统, 因已在天花设有中水水箱, 可取消坐便器的水箱 (见图6) 。35层10万m²的办公建筑每层减少了0.13×5×2=1.3 (m²) 占用面积, 建筑共减少了45.5 m²的占用面积, 意味该建筑可增加45.5m²的实用面积。按北京城区办公用地楼面地价3万元/m²计算, 等于帮业主节约了45.5×3=136.5 (万元) , 远大于系统建造成本34万元。

　　 高层公共建筑错层中水回用系统, 日常维护为:由保洁人员在每日打扫卫生间时, 清理洗手盆的排水口 (毛发拦截器) , 每2~3天踩踏一下脚踏式排水阀, 将竖流沉淀池底部产生的沉淀污泥沉排放到污水管网。竖流沉淀池底部排水阀也可以设置成在每3天凌晨自动放水的装置, 每个成本增加不多 (约100元) , 则设备基本不需要日常维护。定期维护为:每3~4个月, 对细网过滤器进行清洗, 对活性炭桶、絮凝剂桶、消毒剂桶进行更换。此工作可由设备供应商派专业人员进行, 也可由物业公司人员经简单培训即可完成。

　　 现有中水回用系统, 设有池内提升泵、曝气泵、反冲洗泵, 中水供水泵、投药泵等, 水处理和输送过程需要大量耗能。高层公共建筑错层中水回用系统, 利用重力解决水的输送和处理, 即使在停电状态下, 也不会影响正常使用。

　　 高层公共建筑错层中水回用系统, 能够有效解决建造成本 (包括隐性成本) 和运行成本问题, 试验显示能够达到中水水质要求。新技术使建设方愿意建, 使用方愿意用, 有望使中水回用在全国范围的高层公共建筑中得到推广。