科威特幾所學校的灰水產生量與特征分析

[科威特] A.D.埃爾蘇拉利 等

試驗與研究

科威特幾所學校的灰水產生量與特征分析

[科威特] A.D.埃爾蘇拉利 等

科威特小學、初中和高中的灰水平均產生率及其變化范圍反映了學校的教育水平。小學的灰水產生率最高，高中最低。灰水特征研究結果表明，由于過多使用洗手皂，灰水中化學耗氧量(COD)和5 d生化需氧量(BOD5)含量較低，而固體、電導率和鈉含量相對較高。總大腸桿菌濃度平均值為196 MPN/mL，未檢出糞大腸桿菌。學校灰水被列為淡灰水，相對于住宅區和生活廢水，其有機物和營養鹽含量很低。由于灰水中微生物對人類健康存在嚴重威脅，因此灰水必須進行簡單處理后方可作為非飲用水再加以利用。學校從衛生間水槽收集灰水比較方便，灰水經處理后可作為噴泉主要水源，并加以循環利用。

水源；灰水；水再利用；學校；科威特

1 概 述

在干旱及半干旱地區淡水需求增加和水資源短缺情況下，迫切需要替代水源和優化水資源利用。世界各地實際經驗表明，廁所和廚房產生的未混入其他污染物的灰水可作為高性價比的替代水源。同家庭混合廢水相比，灰水主要與其可用性和污染物濃度低有關。

灰水對應于家庭、辦公大樓和學校等的浴缸、淋浴房、洗衣機及水槽產生的廢水。曾有學者預測，灰水約占小區生活廢水量的75%。美國家庭灰水占預測耗水量(114 L/p/d)的50%。這部分廢水在沒有糞便、尿和廁紙混入的情況下，污染程度不及城市廢水。大量的灰水(15～55 L/p/d)能重復利用。灰水再利用可以保護稀缺水資源，還能減少供水成本，減輕廢水集中處理系統的負荷。

針對灰水特征的已有研究成果表明，灰水被當作稀釋的廢水，部分化學成分與未經處理的廢水相同。由于未處理灰水的再利用涉及到幾個問題。在選定其處理方法和現場再利用前，必須先確定灰水的特征，據此確定處理形式和程度。曾有學者提出，如果灰水用于戶外灌溉、戶內沖廁或家庭清潔，人們將可能接觸到灰水中的微生物，導致疾病傳播風險。不同污染物導致土壤和受納水體遭受污染是另一種風險，這已引起人們對灰水滲透和灌溉等其他問題的關注。

灰水由幾種行為產生，因此應重點檢查每種行為中的灰水來源、產生量和特征。對居民生活灰水，已開展了很多研究。而針對其他機構和院校灰水的研究則有限，目前僅有少數幾份調查成果。本文以科威特7所學校為例，研究了發展中國家學校灰水產生量和特征。

2 材料和方法

2.1 樣品收集

根據對科威特的調查和現場考察，選擇了7所學校(表1)，分別代表小學、初中和男子高中和女子高中學校(公立制學校男女生分開)。在每所學校衛生間水槽的下水道處安裝灰水收集系統。每所學校的灰水排入下水道，在下水道安裝有流量計，并收集水樣，為期4個月，其中2周放假除外。選擇的這幾所學校第二學期包括夏季和冬季。學生在校時間按6～8 h計，每天觀測灰水流量(周末除外)，每周收集一次混合樣。

表1 調查學校基本情況和灰水產生率匯總

2.2 分析方法

對灰水水樣進行了物理化學參數和細菌學參數的分析，分析參數包括：pH值、總懸浮物(TSS)、總溶解固體(TDS)、濁度、電導率(EC)、溶解氧(DO)、鈉、堿度、硬度、氯化物、化學耗氧量(COD)、5 d生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、總大腸桿菌(TC)和糞大腸桿菌(FC)。所采水樣分別裝在清洗過加酸的和無菌的玻璃瓶中，并儲存在4℃的冷藏箱中，并將水樣運送到科威特大學的分析實驗室中進行分析。所有分析根據標準方法進行。

3 結果與討論

3.1 灰水產生率

調查學校水槽的灰水主要來源于使用肥皂的洗手水。表1說明了灰水產生率，其變化范圍為2.9～16.0 L/p/d，平均值為7.3 L/p/d。以上范圍類似于2007年NEERI研究的印度學校(12～18 L/p/d)，但印度學校是全膳宿學校，學生住在學校宿舍。因此，該研究調查結果雖然相對較低，但分析認為是合理的，因為學生每天平均待在學校的時間為6～8 h。該結果也在針對烏干達和約旦家庭開展的研究結果的范圍內，烏干達坎帕拉城市邊緣居民區為14～16 L/p/d，約旦農村地區家庭為14 L/p/d。值得一提的是，當前研究的灰水僅代表洗手間洗手水槽的污水，水槽使用的水龍頭手動打開，最大流量為2 L/min。同樣，研究結果還反映出被調查學校的教育水平(如學生年齡)。小學生值最高(16 L/p/d)，高中生值最低(2.9 L/p/d)。相對于低年齡的小學生，高中生更懂得節約用水。小學生(6～9歲)比高中生(14～16歲)去洗手間更頻繁。其他可能影響灰水產生率的因子，如學校規模(在校生數量)等，差異并不明顯。

用水戶的灰水產生率變化范圍大。曾有學者指出，居民家庭的廚房和浴室各水龍頭平均用水量為60 L/p/d，占美國加利福尼亞州家庭總用水量(400 L/p/d)的15%。有研究指出，各國家庭用水量不同，這取決于地理位置、供水基礎設施、生活標準、習慣和活動方式等，灰水產生率變化大。有研究表明，非洲和中東灰水產生率范圍為14～161 L/p/d，約旦、馬里和南非等缺水國家的灰水產生率處于較低水平，為14～59 L/p/d，而阿曼由于可從海水淡化處理廠獲得充足的水源，灰水產生率則處于較高的水平。分析得出，居民生活的灰水產生率遠遠高出學校。

灰水量大小取決于灰水來源，如洗手盆、浴室、淋浴和洗衣等，也會隨耗水量大小而變化。研究發現，從“耗水量和灰水產生量”來看，總耗水量(Qc)變化范圍為40～381 L/p/d，而灰水量(Qg)變化范圍為35～117 L/p/d，Qg/Qc的變化范圍為0.31～0.87(均值和標準偏差為0.60±0.17)。高收入國家的比值小于低收入國家，盡管其耗水量高于低收入國家。該研究結果顯示，Qg/Qc比值平均值為0.15，而科威特屬于高收入國家，約80%的用水量用于園林綠化。

3.2 灰水特征

灰水特征變化很大，可分為低污染負荷(淡灰水)或高污染負荷(深灰水)。深灰水主要污染物濃度較高，包括廚房和洗衣灰水，而淡灰水濃度較低，包括浴室和洗手盆產生的灰水。曾有學者指出，灰水特征還受到用水戶生活方式、社會和文化行為、可利用水量和耗水量的影響。在對灰水進行回收利用前，必須掌握灰水的物理參數、化學成分和微生物特性。盡管對全球居民生活灰水特征開展過研究，但缺乏對學校灰水特征的研究。

3.3 灰水利用潛力

學校灰水特征研究表明，灰水經過簡單處理，調整幾個水質指標后，可滿足非飲用水的用水需求，如沖廁、地板清潔和綠化等。

從學校收集灰水為水的再利用創造了良機，學校從水槽收集灰水比較方便，收集的灰水可作為戶外噴泉和沖廁的主要水源。每次沖廁用水量約6 L，研究顯示灰水產生率平均為7.6 L/p/d，這意味著每個學生可用灰水沖廁1～2次，可滿足學校沖廁的總需水量。灰水沖廁可以節約家庭總用水量的35%。此外，灰水至少可滿足每所學校2塊綠色景觀區的綠化用水需求，從而可節約當前使用的公共飲用水。有學者指出，為了使學校灰水在美觀上和衛生上達到可接受的程度，灰水在得到簡單處理和存儲到足夠量之后，學校可將其作為校內綠化用水或沖廁。為了防止灰水管網系統的堵塞，需要簡單處理過濾池，消毒是為了衛生再利用，但需要開展進一步的研究，以確定且性價比最高的方案。

4 結 論

經研究調查，學校灰水產生率變化范圍為2.9～16 L/p/d，平均值為7.3 L/p/d，反應了學校教育水平(如學生年齡)。研究還發現，小學灰水產生率最高，高中最低，高中學生用水更節約。不同于居民區，學校灰水特征值位于淡灰水水質范圍內。由于過多使用洗手皂，灰水中固體、電導率和鈉含量相對較高，而BOD5和COD濃度較低。灰水適合作為非飲用水加以再利用，但在校內利用前，需要經過簡單處理。學校灰水為水的再利用提供了良機，且學校從水槽收集灰水比較方便，經處理后的灰水可作為噴泉的主要水源或用于沖廁。

邱訓平 譯

(編輯：朱曉紅)

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2016-12-30

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