同濟(jì)大學(xué)校園可持續(xù)項(xiàng)目中的污水回用示范

張志強(qiáng)，王榮昌，夏四清，等

(編譯自Journal of Water Sustainability 2012年第2卷第2期)

《自然》雜志于2009年9月出版的“你的校園有多綠色”的專題報(bào)告中，稱贊同濟(jì)大學(xué)加入由聯(lián)合國(guó)環(huán)境計(jì)劃署(UNEP)領(lǐng)導(dǎo)的氣候平衡網(wǎng)絡(luò)，旨在幫助社會(huì)達(dá)到低碳排放甚至是零排放的目標(biāo)。自2003年以來，同濟(jì)大學(xué)已經(jīng)實(shí)施建筑升級(jí)改造和資源節(jié)約項(xiàng)目。2007年，同濟(jì)大學(xué)被認(rèn)定為綠色校園示范項(xiàng)目。此后，同濟(jì)大學(xué)一直引領(lǐng)著中國(guó)綠色校園建設(shè)，并將其納入了校園文化建設(shè)。由同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的資源節(jié)約技術(shù)在2010年上海世博會(huì)中也扮演了重要角色，使這屆世博會(huì)不僅是成功、精彩、難忘的，同時(shí)也是環(huán)境友好的和能源高效利用的一屆世博會(huì)。

污水回用是同濟(jì)大學(xué)可持續(xù)校園計(jì)劃的重要組成部分之一。同濟(jì)大學(xué)四平校區(qū)有大量的學(xué)生(約15000)和自有設(shè)施，這些條件提供了一種在可控的情況下開發(fā)和測(cè)試新技術(shù)的絕佳機(jī)會(huì)。同濟(jì)大學(xué)在校園內(nèi)進(jìn)行了若干項(xiàng)目，旨在解決一些不斷增長(zhǎng)的、嚴(yán)重的污水問題。

圖1 同濟(jì)大學(xué)生態(tài)樓中水回用工藝

圖2 污水回用中的浸沒式膜生物反應(yīng)器

其中的一項(xiàng)工程就是同濟(jì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院生態(tài)樓實(shí)驗(yàn)室的污水回用示范項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)規(guī)模為40 t/d，工藝流程見圖1。實(shí)驗(yàn)樓中的沖廁水以及屋面雨水被收集在調(diào)節(jié)池中，隨后流經(jīng)箱式膜生物反應(yīng)器(MBR)單元(見圖2)，該單元是由膜技術(shù)和微生物生化降解雙重作用對(duì)水中污染物進(jìn)行去除。其中膜組件能過濾掉污泥、花粉、膠體物質(zhì)、細(xì)菌、原生動(dòng)物、較大的病毒及其他類似物質(zhì)。膜生物反應(yīng)器總體積為5.2m3，其中厭氧部分和好氧部分分別為1.9m3和3.3m3。膜生物反應(yīng)器安裝有表面積為111m2，標(biāo)稱孔徑0.4μm的聚乙烯中空纖維膜組件(由日本東京三菱麗陽株式會(huì)社制造)。膜組件運(yùn)行方式為間歇式(抽吸泵工作15min然后暫停3min)，膜通量恒定在0.36m3/m2·d。反應(yīng)器中混合液懸浮固體濃度(MLSS)維持在4～6 g/L。由表1可知MBR單元出水水質(zhì)質(zhì)量?jī)?yōu)于中國(guó)城市雜排水用水水質(zhì)要求。其中大部分經(jīng)過消毒后回用于實(shí)驗(yàn)樓沖廁以及其他景觀用水。剩余部分(大約400 L/d)繼續(xù)經(jīng)超濾、反滲透以及離子交換過程，最終可得到超過政府所規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)的純水。

表1 污水回用示范系統(tǒng)中膜生物反應(yīng)器的進(jìn)出水水質(zhì)與國(guó)標(biāo)的比較

由表2、表3可知最終出水的水質(zhì)能夠達(dá)到醫(yī)用腎透析、碳晶片洗滌或者補(bǔ)充應(yīng)用水所需的水質(zhì)要求。雖然很多國(guó)家將中水及循環(huán)水用于農(nóng)業(yè)及工業(yè)生產(chǎn)非常普遍，但作為飲用水則還很少，不過同濟(jì)大學(xué)利用此示范項(xiàng)目獲得了超越飲用水水質(zhì)要求的出水。我們相信像這種組裝容易的處理工藝系統(tǒng)應(yīng)該能夠被迅速推廣并應(yīng)用到那些水資源緊缺的地區(qū)。

表2 凈水處理的進(jìn)出水水質(zhì)與國(guó)家分析實(shí)驗(yàn)室使用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比較

表3 凈水處理出水水質(zhì)與國(guó)家電子行業(yè)的超純水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比較

同濟(jì)大學(xué)不僅研究節(jié)水技術(shù)，還一直在進(jìn)行致力于節(jié)省學(xué)校公共浴室用水和能量的項(xiàng)目。在這一項(xiàng)目嘗試中，能夠充分利用學(xué)校大量學(xué)生群體以及集中式淋浴設(shè)施。每天有3000～5000人次的學(xué)生在浴室洗澡，產(chǎn)生大量(300～360m3/d)的廢水和熱量。本項(xiàng)目利用膜生物反應(yīng)器(MBR)系統(tǒng)對(duì)淋浴廢水進(jìn)行回收利用。MBR池的體積為31m3，配備有聚乙烯材質(zhì)的中空纖維微濾膜組件(膜面積為900m2、膜孔徑為0.4μm)。反應(yīng)器內(nèi)混合液MLSS維持在5～7 g/L。其出水的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家景觀用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)而被用于周邊園林的灌溉以及校園特色水景觀(見表4、圖3～圖6)。

圖3 同濟(jì)大學(xué)洗浴廢水回用工藝

圖4 處理后洗浴廢水的出水用于花園灌溉和校園內(nèi)的特色水景觀

圖5 污染治理前后的同濟(jì)大學(xué)三好塢溪水

圖6 目前同濟(jì)大學(xué)三好塢的溪水

這個(gè)項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于節(jié)約用水和能量。淋浴設(shè)施項(xiàng)目可以把從噴淋水里面獲取的熱量再利用。放置在廢水水箱的銅盤管收集用過的噴淋水(見圖7)。之后自來水流經(jīng)線圈來吸收廢水里面的殘留熱量。銅盤管的總面積接近6m2。收集箱里面廢水的溫度通常在30℃左右。當(dāng)自來水流經(jīng)銅盤管時(shí)溫度會(huì)被提高4～11℃。余留的熱量每天可以將70m3自來水提高8℃，這將減少淋浴水達(dá)到淋浴必須溫度所需熱量。因此，捕獲的熱量可以補(bǔ)充自來水的加熱過程。這等于每天節(jié)約20～28 kg的汽油，也就是說這種方法每年可以節(jié)約7m3的汽油，節(jié)能減排明顯。這個(gè)項(xiàng)目嘗試提高水和能量的利用效率，未來這兩者不僅對(duì)于中國(guó)甚至對(duì)于世界都極為重要。

通過污水回用系統(tǒng)，同濟(jì)大學(xué)有如下幾個(gè)方面的收益:

(1)水資源得到了很大程度的保護(hù)，減少了排入水體中的污染物質(zhì)，與此同時(shí)校園的環(huán)境變得越來越好。

(2)可持續(xù)校園項(xiàng)目具有教學(xué)和科研的功能。活生生的節(jié)水教育實(shí)例呈現(xiàn)在所有在校學(xué)生和各種來訪群體眼前。部分教師將節(jié)水作為其主要的研究領(lǐng)域并取得了一系列的創(chuàng)新成果。

(3)同濟(jì)大學(xué)還側(cè)重于經(jīng)驗(yàn)交流和成果推廣，并全力支持上海市乃至全國(guó)校園的可持續(xù)建設(shè)。

(4)可持續(xù)校園項(xiàng)目得到了全世界的肯定，這也將進(jìn)一步促進(jìn)同濟(jì)大學(xué)的國(guó)際影響。