(華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院，北京 102206)

隨著中國教育的蓬勃發(fā)展，高等院校的數(shù)量、規(guī)模不斷增長，在校就讀人數(shù)也與日俱增。據(jù)2017年統(tǒng)計，全國范圍內(nèi)普通高等院校共有2631所，就讀學(xué)生人數(shù)高達(dá)3779萬人[1]。而且全國大學(xué)生人均水耗是全國居民人均水耗的2倍[2]，高校學(xué)生人均用水量為100L/(人·d)，消耗清潔水源410萬m3/d[3]。由此可見，高校日用水量大，是城市市政管網(wǎng)中供水占比較大的部分。所以在高校開展中水回用工程是促進(jìn)污水資源化利用，發(fā)展生態(tài)校園、可持續(xù)校園的有力措施。而且由于高校用水結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，高校中水回用工程具有明顯的優(yōu)勢，如高校污水來源穩(wěn)定，水質(zhì)較好，處理流程更為簡單，實行比較方便，回用率相對較高等。

高校中水回用工程除了產(chǎn)生環(huán)境效益，還將產(chǎn)生社會效益、經(jīng)濟(jì)效益，具有推廣的價值。首先，在環(huán)境效益方面，中水回用工程提高了有限淡水資源的使用效益，有利于解決城市水資源短缺、供需不平衡的問題，同時減少了污水排放量和污染物排放總量。其次，在社會效益方面，高校中水回用減輕了城市水環(huán)境的污染，分擔(dān)了污水處理廠和市政給排水系統(tǒng)的工作。同時，高校中水處理站也可以作為大學(xué)生教學(xué)參觀區(qū)域，使更多人了解中水回用，有利于其推廣。最后，在經(jīng)濟(jì)效益方面，回用1m3中水意味著節(jié)約了1m3清潔水資源，與此同時減少了近1m3廢水的排出，這2m3的上下水維護(hù)的費(fèi)用就是產(chǎn)生的效益[4]。

1 高校用水結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 高校用水結(jié)構(gòu)構(gòu)成

用水結(jié)構(gòu)即用水戶的用水構(gòu)成情況，一般用各類用水量占總用水量的百分比來表示。由于校園用水群體的獨(dú)特性，用水結(jié)構(gòu)也比較特殊。校園用水主要集中在公寓樓、浴室、食堂、教學(xué)區(qū)、校園內(nèi)林草綠化以及人工河湖等場所，據(jù)統(tǒng)計，高?？傆盟康?0%～80%是生活用水，其中學(xué)生用于盥洗、洗衣、沐浴的水量約占生活用水的50%[5]，所以高校污水大致分為學(xué)生及教職工的生活污水和教學(xué)區(qū)域的實驗廢水兩類。

1.2 高校用排水特點(diǎn)

高校用水的主體是在校學(xué)生，其用水是否浪費(fèi)完全依賴于學(xué)生的節(jié)水意識。由調(diào)查所知，目前高校中浪費(fèi)水的現(xiàn)象遠(yuǎn)比城市一般家庭嚴(yán)重[6]。因為家庭用水多意味著上繳的水費(fèi)多，人們考慮到經(jīng)濟(jì)情況，就會節(jié)約用水，污水排放量就會相應(yīng)減少。相反，學(xué)校用水均由學(xué)校補(bǔ)貼，學(xué)生不用上繳水費(fèi)。在沒有經(jīng)濟(jì)束縛下，學(xué)生用水就會少了些顧慮，再加上少有因水資源短缺出現(xiàn)學(xué)校供水不足的情況，所以學(xué)生缺乏節(jié)水意識，以致水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，污水排放量大。

高校排放污水與城鎮(zhèn)污水不同，高校人口密集，所處范圍集中，故污水排放有以下幾個特點(diǎn)：

a.排放集中，量大，利于回收。

b.排放來源固定，水質(zhì)較好，水中成分比較穩(wěn)定，污染程度較低，可生化性較好。其中盥洗、沐浴、洗衣所產(chǎn)生的污水，水質(zhì)較好，處理流程簡單，處理效益高、成本低，是主要的優(yōu)質(zhì)中水源。

c.高校生活污水排放具有明顯的間歇性，排放量大致集中在早上起床和晚上洗漱沐浴的用水高峰時段，其他時段相對減少，在寒暑假放假期間，污水排放也相應(yīng)減少。

d.實驗廢水成分復(fù)雜，需進(jìn)行特殊的預(yù)處理才能排放。

2 高校中水回用現(xiàn)狀

2.1 中水及中水回用系統(tǒng)

“中水”一詞來源于日本，因為日本的中水回用系統(tǒng)被稱作“中水道”，傳到我國污水處理后回用的水被稱作“中水”。所謂的中水，是指其水質(zhì)介于供給的清潔水(即為上水)和排入管道中的污水(即為下水)之間。中水有別于其他水源的特點(diǎn)是其“產(chǎn)量”在一年內(nèi)相對穩(wěn)定，因為它的來源不依賴降雨，而是依賴于人們的用水量，故中水可看作能提高供水可靠性的獨(dú)立水源[7]。中水回用技術(shù)是將收集的污水集中處理后，變成在一定范圍內(nèi)可重復(fù)利用的非飲用的雜用水，其水質(zhì)應(yīng)根據(jù)不同的使用方向而達(dá)到相符合的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，詳見《再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 368—2006)。中水可應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、生活雜用水等方面，以達(dá)到節(jié)約用水、促進(jìn)水資源循環(huán)利用的目的。

中水回用系統(tǒng)要求在供水管網(wǎng)中擁有兩套獨(dú)立的供水系統(tǒng)，一套供給飲用水，一套供給非飲用的雜用水，實現(xiàn)飲用水和雜用水的分質(zhì)、分流，滿足優(yōu)質(zhì)優(yōu)用、低質(zhì)低用的要求，以達(dá)到緩解城市用水緊缺的目的。中水回用系統(tǒng)由中水處理站和中水管網(wǎng)系統(tǒng)組成。中水處理站的作用是利用一系列處理工藝將收集的污水進(jìn)行處理，使其水質(zhì)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，變成可再次利用的中水。中水管網(wǎng)系統(tǒng)包括中水原水管網(wǎng)系統(tǒng)和中水供水管網(wǎng)系統(tǒng)[8]。中水原水管網(wǎng)系統(tǒng)位于中水處理站之前，主要作用是收集污水，其布設(shè)、管網(wǎng)水力設(shè)計與排水系統(tǒng)相同。中水供水管網(wǎng)系統(tǒng)供給中水，應(yīng)避免與飲用水供水系統(tǒng)產(chǎn)生交叉，其布設(shè)、管網(wǎng)水力設(shè)計與供水系統(tǒng)相同。

2.2 高校中水回用規(guī)模及工藝

建立中水回用工程的高校主要分布在我國北方缺水地區(qū)，南方比較少[9]，中水回用工程的情況根據(jù)不同學(xué)校而有所差異。本文調(diào)研了北京、陜西、山東、遼寧、山西、江蘇和福建等城市高校中水回用規(guī)模及工藝，具體信息見表1。

表1 全國部分高校中水回用工程的工藝及規(guī)模情況

由表1可知，目前高校中水的原水多以洗浴、沖廁的下水為主，處理工藝以膜技術(shù)為主，兼有生物接觸氧化法等，使用規(guī)模相差較大，多者可達(dá)7500m3/d，少的僅有100m3/d。

北京市：北京師范大學(xué)中水處理站于2003年成為北京高校的中水示范基地，建成后一直滿負(fù)荷運(yùn)行，其處理流程為物化預(yù)處理→生物處理→過濾→消毒(兩級生物接觸氧化法)，中水產(chǎn)量為600m3/d，最大小時處理量為40m3[10]。北京理工大學(xué)(中關(guān)村校區(qū))中水處理站處理規(guī)模為450m3/d，日來水量包括300～350m3公共浴室廢水和100～150m3宿舍回流洗浴用水[11]，該中水站因靠近學(xué)生宿舍，故對廢氣和噪聲做了防護(hù)處理。北方工業(yè)大學(xué)現(xiàn)有2個中水處理站，全天候工作的中水站只有1個，位于校園東側(cè)，目前，該中水站全年運(yùn)行，產(chǎn)出的中水用于校園南部區(qū)域[12]。華北電力大學(xué)(北京校區(qū))為緩解用水壓力，建立了東、西兩座中水處理站，其中西區(qū)中水站建于2008年，設(shè)計處理規(guī)模500m3/d，運(yùn)行后實際處理規(guī)模約200m3/d；東區(qū)中水站于2010年建成，設(shè)計處理規(guī)模1500m3/d，實際處理規(guī)模約800m3/d，且24小時運(yùn)行。

陜西?。何靼卜g學(xué)院中水處理流程為消毒接觸池→管道混合器→旋流澄清池→重力無閥濾池→中水水箱→泵提升使用[13]，處理流程簡單，部分中水還會經(jīng)過三級深度處理。西安思源學(xué)院中水回用率可達(dá)100%[9]，中水采用分質(zhì)回用，經(jīng)A2O技術(shù)處理的一般中水用于道路沖洗和校園綠化，經(jīng)MBR技術(shù)處理的優(yōu)質(zhì)中水用于沖廁和人工水體的補(bǔ)充。

山東省：山東師范大學(xué)中水處理采用生物接觸氧化+二氧化氯消毒工藝[15]，運(yùn)行成本低，處理效果好。山東建筑大學(xué)(新校區(qū))中水處理采用了以生物接觸氧化法為主的工藝(具體為厭氧酸化+接觸氧化+深度處理)[16]，處理效果好，運(yùn)行穩(wěn)定。

遼寧?。捍筮B東軟學(xué)生公寓(可容納2800人)中水處理站設(shè)計中水處理規(guī)模80m3/d[18]，原水來源于混合污水(包括學(xué)生盥洗、洗衣、沐浴的廢水，沖廁污水，糞池污水)。

福建省：福建農(nóng)林大學(xué)采用“分區(qū)前置污水處理法”，即將校園分區(qū)進(jìn)行污水處理。除去損耗，每年可利用中水量超過50000m3[21]。

3 城市中水回用與高校中水回用的比較

3.1 原水來源和出水用途的比較

高校中水回用的原水主要來源于校園內(nèi)公共浴室的洗浴廢水和居住區(qū)的盥洗廢水，屬于優(yōu)質(zhì)雜排水。而高校出水回用比較單一，主要用于沖廁、道路噴灑、校園綠化、補(bǔ)充校園人工水體等。

城市中水回用范圍廣，涉及行業(yè)眾多，出水可應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活及其他方面。在工業(yè)方面，到2017年工業(yè)用水量占全國用水量的21.1%[22]，其中用于冷卻循環(huán)的水量占工業(yè)用水的60.0%～80.0%，由于中水水質(zhì)滿足冷卻循環(huán)水的要求，所以中水可大量用于工業(yè)。中水用于工業(yè)時應(yīng)著重考慮病原體的存在、分配系統(tǒng)中的沉積和堵塞、與飲用水供應(yīng)可能交叉的危險等問題[23]。在農(nóng)業(yè)方面，中水用于農(nóng)業(yè)灌溉有以下幾方面的優(yōu)勢：

a.既保證了農(nóng)作物在各個生長階段的需水量，又節(jié)約了清潔水資源。

b.中水中的營養(yǎng)物質(zhì)可以作為土壤改良劑，減少合成肥料的使用。

c.由于泥沙的過濾作用，中水灌溉后經(jīng)過滲透，對地下水含水層進(jìn)行了優(yōu)質(zhì)水的補(bǔ)給[24]。但中水灌溉也存在以下風(fēng)險：人類病原體感染、土壤鹽漬化、各種再生水污染物對地下水水質(zhì)的降解等[25]。由此可看出，中水可替代清潔水灌溉，但是在灌溉之前需要對此進(jìn)行風(fēng)險管理。

在城市生活方面，可用于高耗水但對水質(zhì)要求不高的方面，如城市綠化、消防、景觀用水、道路噴灑、洗車等。在其他方面可用于回灌地下水，以補(bǔ)充地下含水層的水量，避免因過度開發(fā)地下水而造成的各種環(huán)境地質(zhì)問題[26]。考慮到經(jīng)濟(jì)和社會效益，中水在達(dá)到相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，優(yōu)先考慮運(yùn)用到城市景觀、環(huán)境和工業(yè)冷卻等方面[27]。例如：北京高碑店污水處理廠的中水主要用于河流湖泊的補(bǔ)給(如通惠河)、道路噴灑、城市綠化、熱電廠冷卻循環(huán)。位于青島市海泊河的污水處理廠的中水主要用于市政綠化、生活雜用和工業(yè)冷卻[28]，極大地改善了周邊的水環(huán)境。

3.2 中水回用方式的比較

目前我國中水回用主要有集中回用和分散回用兩種方式，不同之處表現(xiàn)在污水收集范圍、中水處理的集中性、中水供應(yīng)范圍3個方面。集中回用是建立污水收集范圍為整個城區(qū)的污水處理廠，對污水進(jìn)行大規(guī)模集中處理，達(dá)到再生利用的標(biāo)準(zhǔn)。在一些遠(yuǎn)離城區(qū)污水處理廠的地方，考慮到布設(shè)管道、長距離輸水之后中水品質(zhì)下降、能耗損失等問題，將偏遠(yuǎn)地區(qū)污水集中到城區(qū)處理廠進(jìn)行回用的方案明顯不具備可行性。因此在這種情況下，采用分散回用的方式，建立獨(dú)立的小型污水處理廠，進(jìn)行小范圍的中水回用[29]。高校中水回用大都屬于分散回用，原水來源于校區(qū)，中水又回用于校區(qū)，區(qū)域較小，便于學(xué)校自行管理。相較于集中回用，分散回用具有節(jié)約布設(shè)管道費(fèi)用，降低遠(yuǎn)距離輸水的能耗損失等優(yōu)勢，但增加了污水收集和污水處理設(shè)施的費(fèi)用。城市中水回用要根據(jù)城市的用水分布、地形、經(jīng)濟(jì)等情況，選擇比較適宜的方式。集中回用方式比較適合具備污水處理能力的小城鎮(zhèn)和對用水、污水回用有宏觀規(guī)劃的新建城市。管轄范圍較大，中水不便于統(tǒng)一收集和處理的城市可以采用集中回用和分散回用相結(jié)合的方式。

4 結(jié) 語

總體來說，高校中水回用工程應(yīng)考慮各高校的具體情況，選擇相適宜的處理工藝和處理設(shè)備，既要滿足水質(zhì)、水量要求，又要經(jīng)濟(jì)合理，才能真正達(dá)到污水回用的目的。中水回用技術(shù)雖已在國內(nèi)部分高校得到應(yīng)用，但高校的污水管網(wǎng)系統(tǒng)遠(yuǎn)不如城市的污水管網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)達(dá)，所以城市對水資源進(jìn)行整體規(guī)劃時，應(yīng)將高校中水回用工程納入考慮范圍，使其與城市污水處理系統(tǒng)共同發(fā)揮作用，促進(jìn)城市對水資源的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)城市水資源可持續(xù)高效利用的目標(biāo)。