馬振 萬皓 張萌上海大學環(huán)境與化學工程學院、上海大學能源管理辦公室

高校宿舍全方位分質(zhì)供水系統(tǒng)的探究

馬振1萬皓2張萌31上海大學環(huán)境與化學工程學院2、3上海大學能源管理辦公室

為了減少高校學生宿舍巨大的生活用能用水量，該文提出對宿舍用水實行全方位的分質(zhì)供水系統(tǒng)，通過對高校宿舍用水現(xiàn)狀調(diào)研、查閱大量文獻并了解相關(guān)的節(jié)能新技術(shù)，文章最終提出高校宿舍全方位分支供水體系明確的規(guī)劃方案及資金籌措方式。此系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果與經(jīng)濟效益，為類似高校的供水系統(tǒng)改建提供新的模式。

高校；宿舍；分質(zhì)供水；節(jié)能

目前上海高校學生數(shù)量已高達60多萬人，高校學生宿舍生活用水量巨大。上海部分高校用水情況見圖1。伴隨著巨大的能源消耗，如燃煤鍋爐耗煤，電加熱開水消耗電能等，存在著很大的節(jié)能節(jié)水空間。因此，本文提出運用當下先進的節(jié)能節(jié)水技術(shù)與理念對宿舍供水系統(tǒng)實施改造，進行高校宿舍全方位分質(zhì)供水的建設(shè)，大大降低上海市高校學生生活用水及能源消耗。

圖1 2013年上海部分高校用水統(tǒng)計情況

1國內(nèi)外分質(zhì)供水現(xiàn)狀

分質(zhì)供水是指供水系統(tǒng)根據(jù)用戶對水質(zhì)要求的不同而分開供應相應用水的一種供水形式。分質(zhì)供水系統(tǒng)源于美國、丹麥、荷蘭等國家，在國外有著長期的應用歷史，目前發(fā)達國家已普遍使用。國外現(xiàn)有的分質(zhì)供水系統(tǒng)，都是以可飲用系統(tǒng)作為城市主題供水系統(tǒng)，實行自來水供水系統(tǒng)，而另設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)用于低質(zhì)水或海水供沖洗衛(wèi)生潔具清潔車輛及部分工業(yè)用水等，是主體供水系統(tǒng)的補充。而中國目前所推行的分質(zhì)供水形式被稱為管道分質(zhì)供水，就是將自來水進一步深度處理、加工和凈化后，在原有的自來水管道系統(tǒng)上，再增設(shè)一條獨立的優(yōu)質(zhì)供水管道，將水輸送至用戶，供居民直接飲用。1996年，上海錦華小區(qū)率先建設(shè)了全國第一個分質(zhì)供水系統(tǒng)，之后，分質(zhì)供水開始選用不同的凈水工藝推廣應用，涉及應用領(lǐng)域也開始增多。

2宿舍全方位分質(zhì)供水概念

校園宿舍全方位分質(zhì)供水體系，是基于現(xiàn)有的分質(zhì)供水理論上，進行創(chuàng)新與改進后應用在高校宿舍中的分質(zhì)供水體系，是學校里按不同用水對水質(zhì)的要求不同而實行生活用水的分別供應。該系統(tǒng)對以往的分質(zhì)供水進行創(chuàng)新改革，突破以往兩種供水模式的分質(zhì)供水理念，將供水終端由單一的飲用水增加了洗浴水、沖廁水等終端設(shè)置，將校園宿舍生活用水當中的飲用水、洗浴水及回用水三種對水質(zhì)要求各不同的生活用水進行整體規(guī)劃，構(gòu)建一套多層次，全方位的高效、節(jié)能的分質(zhì)供水體系。計劃將直飲水，太陽能熱水以及校園中水三大管道實施綜合管理、統(tǒng)一設(shè)計，并進行一體化施工，形成多層次的管網(wǎng)供水體系。校園宿舍全方位分質(zhì)供水體系創(chuàng)新獨特，充分體現(xiàn)出循環(huán)經(jīng)濟的節(jié)能理念。不僅方便了學生的生活，也大大降低了高校的用水支出。

高校宿舍分質(zhì)供水改造使宿舍供水形成含循環(huán)用水的復雜管網(wǎng)，即原學校自來水供水管分為三路宿舍用水供水：一路為自來水直接供應；一路進入太陽能空氣源熱泵熱水機組制作熱水，熱水接入宿舍原供水管道，提供洗浴用水；還有一路作為原水進入直飲水機房凈化處理后，專設(shè)直飲水管道供水。洗浴后的污水、簡單的清潔用水及飲用水的排水在經(jīng)污水管道匯合后進入中水處理站，處理后的污水在達到回用的水質(zhì)要求后，經(jīng)回用水管道接入宿舍的沖廁用水系統(tǒng)進行回用。整個系統(tǒng)是一體化的供水模式，三條用水路線的組合如圖2。

圖2高校宿舍分質(zhì)供水流程圖

3改造的必要性與可行性

3.1必要性分析

（1）中水回用

經(jīng)簡單處理后的生活污水用于沖廁、澆花等用水水質(zhì)要求相對較低的地方，節(jié)約了寶貴的水資源，達到資源的循環(huán)利用的目的。中水生產(chǎn)成本相比自來水水費較低，因此中水回用可大大降低校區(qū)的水費支出，具有巨大的經(jīng)濟效益。

（2）直飲水。

目前上海高校學生飲用水一般為電加熱開水或桶裝水。校園自來水管道使用多年嚴重腐蝕，水中帶有余氯的味道，且水中大大腸桿菌無法嚴格控制，易引起腸道病，而桶裝水使用周期較長，出水關(guān)口以及桶內(nèi)易滋生細菌，二者均存在著安全隱患；而直飲水即開即飲，價格低廉，水的質(zhì)量高，同時避免了將水燒到高溫而消耗的電能，具有很好的節(jié)能意義。

（3）熱水入室：

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)目前上海眾多高校宿舍樓內(nèi)雖有淋浴設(shè)施，但并未有熱水，因此使用率不高。如能將熱水引入每個宿舍，方便學生使用熱水，大大增加學生洗浴的舒適性，而且避免燃煤鍋爐制熱水的煤炭消耗，可節(jié)省大量能源。

3.2可行性分析

高校宿舍用水量大且用水較為集中，便于統(tǒng)一設(shè)計、規(guī)劃管理。對于直飲水凈化處理裝置、生化法處理宿舍生活污水及采用太陽能空氣源熱泵熱水三條供水體系的改造技術(shù)均較為成熟且安全可靠。結(jié)合各高校的校園規(guī)模、地理位置、學生人數(shù)等實際情況選擇最為適合的節(jié)水改造方案并進行經(jīng)濟效益的分析，最終達到降低用水量、節(jié)能減排的目標。對于工程項目資金的籌措，其中部分由校方出資，可申請市教委里的節(jié)能項目，獲得資金補助，同時可采用合同能源管理運作模式，以完成項目的施工建設(shè)。由此可見，高校全方位分質(zhì)供水的改造具有較強的可行性。

4三條供水系統(tǒng)概述

4.1直飲水系統(tǒng)

管道直飲水系統(tǒng)是指樓宇和學校辦公室公共場所安裝大型水質(zhì)處理器,對市政自來水再處理后,通過優(yōu)質(zhì)管道,直接送至用戶的供水系統(tǒng)[1]。作為城市居民的生活用水水源，自來水一直是主要來源。但是近年來，由于水源的污染等因素，使得“優(yōu)質(zhì)飲用水分質(zhì)供水系統(tǒng)”應運而生[2]。居民對現(xiàn)有自來水水質(zhì)不滿意，很多人選擇直接飲用純凈水，而且直接飲用純凈水更加方便[3]。

高校宿舍直飲水的處理是采用以反滲透為核心的凈化處理系統(tǒng)，自來水原水在機房凈化處理后，由供水管網(wǎng)送至各用戶終端，所制備的直飲水通過全封閉管路送至管線機，學生可刷卡飲水，系統(tǒng)為連續(xù)循環(huán)供水。直飲水終端管線機分兩路出水，一路為直接飲用的常冷水，另一路為通過電加熱器加熱的開水。系統(tǒng)中總飲用水的計量方式采用安裝水表計量，即在總出水管以及循環(huán)回水管兩處安裝水表計量，則：總飲用水量為總出水管水表數(shù)減去回水管水表數(shù)。

管道直飲水系統(tǒng)工藝流程多種多樣,經(jīng)過多年觀察表明,多數(shù)水質(zhì)指標變化不大,而耗氧量有升高趨勢，這可能與膜和活性炭使用年限過久、未及時更換有關(guān)[4]，因此需對直飲水處理設(shè)備進行及時的維修與更換。

4.2太陽能熱泵熱水系統(tǒng)

對高校現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施、加熱要求等分析后提出相應的太陽能空氣源熱泵熱水系統(tǒng)改造方案。優(yōu)先利用太陽能制熱，用空氣源熱泵作為補充。在晴朗高溫天氣，使用太陽能熱水系統(tǒng)即可；若遇到陰雨天等惡劣天氣，僅憑太陽能加熱不能達到設(shè)置的水溫，則需空氣源熱泵輔助加熱，水箱內(nèi)部還安裝電加熱裝置作為備用。熱水由水箱出水口經(jīng)泵送至浴室，向浴室供應熱水，學生洗浴實行刷卡計費。在熱水使用的同時制熱過程依然可以正常運行，這樣可以相應減少部分儲熱水箱的容積。

上海大學寶山校區(qū)對原熱水供應系統(tǒng)進行改造，改變原燃油鍋爐為太陽能熱泵熱水系統(tǒng)，自去年改造成功并全面運行后，獲得了很好的節(jié)能效果并帶來了很大的收益。表1為改造前后一些月份的用能量及費用支出對比。

4.3中水回用系統(tǒng)

中水回用工程主要指收集上述宿舍樓內(nèi)洗浴等污染較輕的生活污水，通過簡單的污水凈化處理，使其達到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》標準后回用于學生公寓沖洗廁所、校園綠化以及洗車沖地等。中水系統(tǒng)的改造已應用于多種場合，而小區(qū)的中水回用，則因投資小，回報速度快而廣泛[5]，其成為中水回用改造較為理想的場所。高校宿舍與小區(qū)模式相近，因此，易于進行中水系統(tǒng)的改造。

表1鍋爐改造前后用能及費用支出情況對比

中水水源一般都取自學生宿舍的洗浴水、清潔排水等，這些污水水質(zhì)污染較輕，處理成本較低，而廁所排水由于污染程度高，則不易作為中水的原水。

高校宿舍生活用水的時間性極強，一般在早上七點到九點，晚上九點至十一點的兩個時間段用水量較大，而其他時間用水量則趨于平穩(wěn)，污染物以易處理的有機污染為主，因此可采取生化法處理工藝。宿舍學生洗衣、洗澡等生活污水統(tǒng)一收集后經(jīng)污水管送至中水處理系統(tǒng)，首先經(jīng)格柵將毛發(fā)等雜物濾去，再由調(diào)節(jié)池調(diào)整后進入核心處理系統(tǒng)接觸氧化池，在活性污泥的生物接觸氧化反應之后的出水再經(jīng)過沉淀、除臭處理即可作為沖廁、澆花等雜用水回用。

中水回用量的估算：對于回用的中水，一般用于重測、澆花、洗車等地方。據(jù)統(tǒng)計,學校沖廁用水量占總量的30%～50%；機關(guān)沖廁占總用水量達55%，而沖洗廁所實際僅需一般標準水[7]。經(jīng)過調(diào)查得知，學生公寓的沖廁用水、綠化用水及洗車用水量所占比例僅為總污水量的1/2左右，即中水回用量約為污水排放量的1/2。只需要將部分污水進行中水回用處理以滿足校內(nèi)的沖廁等雜用需求，設(shè)計規(guī)模適中即可，否則將會降低其經(jīng)濟效益。

5節(jié)能效益評估

高校宿舍分質(zhì)供水系統(tǒng)的建設(shè)，具有良好的節(jié)能、節(jié)水效果，可為學校創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。除去寒暑假，學生在校時間按260天計，下面以每萬人計，對該系統(tǒng)進行節(jié)能估算。

5.1直飲水節(jié)能估算

飲水定額是不同的，目前國家對直接飲用水定額沒有制定規(guī)定，工程所采用的數(shù)據(jù)一般根據(jù)經(jīng)驗得來。一般居民用水定額為q=3-5L/（人·d）。南方部分城市可適當提高用水定額[8]。按人均日飲水量3L/人，則一年飲用水量約為7800m3/萬人。將1m3水從10℃加熱到100℃，需熱量90000kcal。

則燒開1m3水所需電量為104.65kWh，因電加熱還存在一定的效率問題，因此燒水所耗用的電量會更多。

電加熱水一年的耗電量為81.63萬kWh（7800m3×104.65kWh/m3），折合標煤100.4t標煤。

而在學生飲用水中約有95%的飲水為直接常溫飲用，而需加熱至100℃開水的量為5%左右，因此每年大約可省去加熱水所消耗的能源量為：95.38t標煤（100.4t標煤×95%）。

5.2太陽能熱水節(jié)能估算

若一年人均日洗澡用水水量按30L計，則年熱水用量為78000m3/萬人，將1m3水由10℃加熱至55℃，則耗熱量為45000 kca l。

加熱1m3熱水需耗電為52.33kWh，則一年耗電量為408.17萬kWh，折合標煤：502.05t標煤。

5.3中水回用節(jié)能估算

若一普通高校一年內(nèi)宿舍生活污水量為a m3，則一年內(nèi)回用水量約為0.5a m3，上海市水費及排污費總價按每m32.93元算，對于一般規(guī)模的高校，中水成本約每m31.8元，則一年可節(jié)省自來水水費為：0.565a元[（2.93-1.8）×0.5×a元]。

6總結(jié)

（1）高校宿舍全方位分質(zhì)供水系統(tǒng)的構(gòu)建，節(jié)約了煤炭能源與水資源，迎合了當今社會節(jié)能減排的需求；大大減少了學校的用能、用水支出，為學生的日常生活提供了極大的便利與舒適。

（2）本文提出的高校宿舍全方位分質(zhì)供水體系，對學校里按用水水質(zhì)的不同要求而實行生活用水的分別供應，突破兩種供水模式的分質(zhì)供水理念。該供水系統(tǒng)的構(gòu)建開創(chuàng)了一個多層次的供水體系新思路，形成了多方面分質(zhì)供水的新模式，為高校開辟了一種全新的可行性模式，為類似高校的供水系統(tǒng)改建提供參考。

[1]甘日華,杜達安,梁志雄.管道分質(zhì)供水的衛(wèi)生及管理探討[J].中國衛(wèi)生監(jiān)督雜志,1999,6(1): 35-36.

[2]李盛.優(yōu)質(zhì)飲用水供水系統(tǒng)設(shè)計探討[J].工業(yè)用水與廢水,2002,33(4):50-52

[3]宋廣瑞,陳光明.分質(zhì)供水的可行性研究[J].中國測試技術(shù),2003,2:61-62.

[4]甘日華,張永慧,葉兵,等.廣東省管道直飲水系統(tǒng)衛(wèi)生學調(diào)查[J].環(huán)境與健康雜志,2009,26 (1):45-49.

[5]李紅巖,左金龍.MBR處理洗浴廢水與雨水的中水回用工程[J].哈爾濱商業(yè)大學學報:自然科學版,2006,22(1):36-38.

[6]沈麗娜.西安某高校中水回用工程實例研究[J].地下水,2011,33(6)

[7]陳新明,徐志勇.天津市污水處理及中水利用初探[J].天津建設(shè)科技,2003,3:37-38.

[8]戴之荷，韓路，戴艷。管道直飲水系統(tǒng)的設(shè)計探討[J]中國給水排水，2002，18（6）：68-69

Discovery on Full Scale Sub Quality Water Supp ly System in High Schoo l Dorm itory

Ma zhen,Wan hao,Zhang meng

In order to reduce the huge water and energy consump tion in college students′dorm itories living,this artic le p roposes a comp rehensive Sub-quality water supp ly system for dorm itory water using.By investigating the water using Situation in college dorm itory,read ing a lot o f literatu re and learning abou t the new energy-saving techno log ies, Fina lly,The artic le p roposes the exp lic it p lanning schem e and fund raising o f com p rehensive Sub-qua lity water supp ly system in co llege dorm ito ries.This system has good ene rgy-saving e ffect and econom ic benefits,it can p rovides the new m odel for transformation o f water system in other universities.

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馬振，男，1990年6月生，上海大學環(huán)境與化學工程學院碩士研究生，研究方向節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)與管理。萬皓，男，1975年1月生，博士，獲得環(huán)境學、計算機、生態(tài)經(jīng)濟學等不同學科的學位，主要研究方向為循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)與管理?，F(xiàn)兼任上海大學能源管理辦公室主任，正在將研究成果應用到高校管理實踐中。