室內水多級利用及自動沖水系統的開發

劉斯卿++王聰

摘 要：文章分析高校宿舍進行盥洗室內的中水回用的必要和可能，再對中水回用進行方案設計，并且展示了實物模型中的作用原理和主要技術指標，最終對高校宿舍中水利用改造提供參考。

關鍵詞：中水回用；灰水；循環利用；學生宿舍

中圖分類號：TK47；TP292 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）12-0004-03

目前許多學校的老舊宿舍都采用落后的坑位連通式條形盥洗室，而其沖水系統給學生生活帶來諸多不便。因此，基于環保節約的考慮，我們認為，開發一種有能自動沖水并合理控制水量的水箱和能將洗臉池污水存儲并用于沖洗衛生間的系統顯得尤為重要。

1 盥洗室現狀

1.1 盥洗室硬件情況

很多學校校舍比較陳舊，許多宿舍樓的公共衛生間還在使用手拉式儲水箱沖水系統，在衛生間使用高峰期，儲水箱進水速度跟不上沖水速度導致廁所排水道堆積物過多甚至堵塞，并且繩子在使用過程中十分不衛生。且宿舍年代久遠，不方便進行大規模的建筑修整。

1.2 用水量情況

根據魏娜等人在高校校園盥洗廢水回用分析中的結論：

在各類型的用水中根據調查結果，學生宿舍用水量約占校園總用水量的37%，其中沖洗廁所用水為40%，盥洗用水約為22.2%，洗浴用水僅占3%，可見盥洗用水在水量上具有明顯優勢。

1.3 水質情況

盥洗廢水中的主要污染物為COD、BOD、SS、LAS、NH3-N等，但其廢水水質優于生活污水，處理后易達到《生活雜用水水質標準》，可用于澆花、噴灑道路、水景景觀用水、沖洗廁所等。宿舍樓淋浴、盥洗用水水質，見表1，MBR工藝處理后清水水質，見表2。

高校宿舍樓盥洗用水污染程度低且組分相對單一，易處理水占總排水量的絕大多數，主要污染物為COD、NH3-N、總磷、動植物油等，其中COD在300～350 mg/L、NH3-N在3～10 mg/L、總磷≤1 mg/L、動植物油在2～10 mg/L。污水濃度低，可生化性較好。經過MBR工藝處理后即可滿足城市雜用水水質標準。

2 水箱位置方案設計

方案一：污水收集箱置于樓頂。

放在樓頂，不影響其他的正常使用空間，噪音干擾較小；但與此同時也存在其他問題，需要將污水從每一層泵送到頂樓，泵送污水會不利于水泵的長期使用，增加成本，且受到水泵使用壽命的限制，效率降低。

方案二：污水收集箱置于底層。

放在底層，噪音干擾較小，且可利用重力使污水從各層樓流下，泵送清水至各層，這樣對水泵損害較小，使用壽命相對較長，效率較高。但底層常常有地下室等其他貯存的使用空間，將污水收集箱放在底層會影響其他空間的使用。

方案三：污水收集箱置于中間樓層。

放在中間樓層，可以更好地對各層用水進行宏觀調控，對需水量大的地方進行資源傾斜；但這樣會影響居民的休息，噪音較大。

3 模型介紹

3.1 反應器部分

中水回用系統模型，如圖1所示。

污水調節箱。

宿舍樓盥洗、淋浴用水的水質、水量不穩定，通過調節池的暫時存儲和混合作用，可以維持進入MBR反應器的污水相對穩定。

接下來的紅色部分就是毛發過濾器。其內部的格柵能阻擋毛發等大顆粒物體，保證管道不堵塞、裝置穩定運行。裝置運行兩周后，打開過濾器的清污閥門，從調節池重力自流流出的水可將滯留的污物沖出。在毛發過濾器和MBR反應器間連接有蘭格蠕動泵，它通過電機帶動轉輪轉動使管道蠕動來控制流量。

接下來是整套裝置的核心——MBR反應器。反應器中加入了活性污泥，在連續曝氣的條件下可以降解污水中的有機物，最后由蠕動泵從膜組件中抽濾出清水。反應器左上角為液體流量計，用于控制污水的進入，右上角為氣體流量計，控制曝氣量以維持裝置內溶解氧在適合微生物生長的范圍內。

蠕動泵將清水抽出后送入紫外消毒器。紫外消毒二次污染小、消毒副產物少，不腐蝕裝置，消毒效率高、占地面積小，易于電路控制、實現自動化管理。

消毒后，清水進入清水箱。我們制作了一個口字形的管道來模擬實際的中水回用管道。當清水箱水位高于出水口時，管道底部的增壓泵能將水送至整個管網。在水箱中設置水位計，通過邏輯電路的控制，保證沖廁時回用的中水先于自來水被使用。污水處理流程圖，如圖2所示。

3.2 污泥濃度檢測部分

定時從MBR反應器中取出樣品，通過抽濾、烘干、稱重，測得單位體積污水內污泥的濃度，確保裝置在穩定可靠的條件下運行。

首先用烘箱烘干濾紙，并在電子天平上稱重。

準備抽濾的工具。從MBR反應器中取出100 ml樣品倒入容器，打開氣泵進行抽濾。

將抽濾后的濾紙放入烘箱烘干。

用電子天平稱量帶干燥污泥的濾紙。比較兩次稱重結果得100 ml污水中污泥的質量，從而測得反應器中污泥濃度。

4 重要部分的作用原理

4.1 調節箱

在這個模型的最前端，有一個清水調節箱來貯存污水，它可以用來調節進入污水處理系統的水量：

①在污水排放較多時，它緩沖排水峰量，防止水量過多而溢出、阻塞等問題；

②在污水排放過小時，可利用自身早期儲存的污水來補充，防止因污水不夠所導致的微生物數量驟減等問題，保證后面的污水處理系統能夠穩定運行。

同時，它能夠用來監控污水的pH值，由于清水調節箱容量較大，整體來說其內部污水可以穩定在一個合適的pH值，防止波動過大。

這個調節箱也起著沉淀池的作用，它可以對進入的大量污水進行沉淀，使上層較清澈液體流入后面的污水處理部分，防止固體沉渣進入系統，保護后面的MBR膜生物反應器的安全。

4.2 毛發過濾器

我們使用的毛發過濾器精度較高，濾網結構由接管、主管、濾籃、法蘭蓋及緊固件組成。當有污水從調節箱流出，進入毛發過濾器后，固體雜質顆粒就會被濾籃阻擋，之后再從過濾器的出口流出。它保證了污水中不含有較大顆粒物，確保在MBR膜生物反應器中不會因堵塞等破環儀器。

使用一段時間之后，濾籃部位可能就會存有較多大顆粒污物，但它的清洗也是非常方便的：

首先旋開主管底部螺塞，將毛發過濾器內部的水排空；

然后拆下法蘭蓋，取出濾籃并清洗；

洗凈后再重新裝入即可。毛發過濾器，如圖3所示。

4.3 蘭格蠕動泵

在整個中水處理系統中，非常重要的一個動力裝置就是蘭格蠕動泵，它由驅動器、泵頭和彈性輸送軟管組成，依靠內部泵體中滾輪對彈性輸送軟管的交替擠壓與釋放來泵送流體。它控制著后面MBR膜生物反應器的進水、出水的流量，保證穩定的流速，使得MBR中的水量基本穩定不變。

蘭格蠕動泵，如圖4所示。

4.4 MBR膜生物反應器

MBR膜生物反應器由活性污泥和膜組件兩大部分組成：

4.4.1 活性污泥

活性污泥是生物處理核心，連續曝氣數小時，利用活性污泥中的微生物可實現除磷、脫氮、降解有機物及懸浮物等功能；它在連續曝氣、維持反應器內溶解氧濃度相對穩定（6～8mg/L）的條件下，污泥活性達到最大，降解污水中的可溶性有機物，達到降低污水各項污物指標的功能。

活性污泥有效地提高了生物處理有機負荷，減少了污水處理設施占地面積，并通過保持低污泥負荷減少了剩余污泥量。

4.4.2 膜組件

而膜組件采用聚偏氟乙稀平板膜，是對活性污泥降解過的混合液體進行選擇性過濾分離的重要部件，原水在膜外側，凈化水在膜內側，過濾后的水經過濾板內支撐上的水流溝槽，被后面的蘭格蠕動泵通過膜組件抽出。

經過膜組件的過濾和抽出，大分子有機物被有效阻攔，使得污泥和處理后的清水分離。

5 結 語

學生宿舍盥洗廢水水量大，水質較好，收集容易。根據各個學校的實際情況，盥洗廢水作為中水水源，進行中水回用的MBR處理后能夠達到沖洗廁所的水質要求，可以節約清水、保護環境，且具有一定的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1] 魏娜，蔣文舉，廖文杰.高校校園盥洗廢水回用分析[J].資源開發與市場，2005，（5）.

[2] 李耀，穆琪，楊東慧，等.高等院校宿舍用水量變化特征及在污水處理工 程設計中的應用[J].輕工科技，2015，（4）.

[3] 蔡瑩，蔡鳴，張愛莉，等.居住小區中水回用系統[J].工程建設與設計，2003，（9）.