建立校園循環(huán)水系統(tǒng)的可行性分析

建立校園循環(huán)水系統(tǒng)的可行性分析FeasibilityAnalysisonestablishingcampuswatercirculatingsystem張毅王斌蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校江蘇蘇州215009摘要：文章主要研究了學(xué)校在循環(huán)水使用方面的實踐和探索，包括實例分析、資金預(yù)測和工況設(shè)計等具體細節(jié)。關(guān)鍵詞：校園循環(huán)水系統(tǒng)廁所沖刷系統(tǒng)綠化澆灌系統(tǒng)循環(huán)水水箱水資源短缺是困擾經(jīng)濟發(fā)展的世界性難題，從水資源分配的總量來看，我國排名在前，但人均占有量卻十分有限；因此，提倡節(jié)約用水、保護水資源和加強循環(huán)水的利用，是緩解水資源短缺矛盾的基本策略。學(xué)校是人員集中活動的地方，全年生活用水的總量相當(dāng)大，強調(diào)節(jié)約用水，有利于弘揚節(jié)能環(huán)保的社會意義。為了更好地利用自然資源，充分挖掘水資源的重復(fù)使用價值，本文將著重研究循環(huán)水系統(tǒng)在校園日常運作中推廣使用的可行性。一、校園循環(huán)水系統(tǒng)的基本特點和開發(fā)價值學(xué)校的生活、工作等日常用水主要集中在廁所沖刷、宿舍起居和綠化澆灌等基本環(huán)節(jié)。所謂的對水資源的循環(huán)利用，主要是將可能收集起來的水量為廁所沖刷系統(tǒng)和綠化澆灌系統(tǒng)提供部分或全部補給（如圖1所示）。圖1校園循環(huán)水系統(tǒng)的實現(xiàn)途徑我國東南沿海地區(qū)的水資源本來比較充足，然而，地區(qū)工業(yè)化的快速發(fā)展使得實際可以利用的資源日益衰減。以蘇州地區(qū)為例，地處水鄉(xiāng)，大小河道分布廣泛，年平均降水量在1000毫米以上，降水最多的6月份月降水量在160毫米以上，降水最少的12月份月降水量也在35毫米以上。事實上，無論是自然河道，還是人工景觀河，能夠保證常年不斷流、不缺水，為開發(fā)利用循環(huán)水提供了資源保障。以下是針對該地區(qū)中等以上規(guī)模的職業(yè)學(xué)校在全面實行循環(huán)水節(jié)能改造后的統(tǒng)計推算表（如表1所示）：循環(huán)水節(jié)能改造項目績效預(yù)算（10年運作周期）10000人500噸0．05噸0．03噸40000噸約10萬5萬5萬5000人250噸0．05噸0．03噸20000噸約5萬2．5萬2．5萬3000人150噸0．05噸0．03噸12000噸約3萬1．5萬1．5萬表1循環(huán)水節(jié)能改造的基本指標(biāo)統(tǒng)計測算條件如下：=1\*GB3①學(xué)校已普及使用節(jié)水龍頭和部分使用自動感應(yīng)沖刷設(shè)備，但對生活用水的使用不設(shè)限制；=2\*GB3②在校生與住宿生按1：1標(biāo)準(zhǔn)計算，年工作日按200天計算，假期維修保養(yǎng)用水情況暫不作統(tǒng)計；=3\*GB3③不考慮地下管網(wǎng)的滲漏，不考慮人為用水過程中的浪費行為，水費按目前2.7元/噸標(biāo)準(zhǔn)計算，暫不考慮日后漲價因素；=4\*GB3④循環(huán)水系統(tǒng)的有效運行周期設(shè)定為10年，節(jié)能改造設(shè)備綜合成本的回收周期不超過5年；=5\*GB3⑤循環(huán)水節(jié)能改造范圍至少包括廁所沖刷系統(tǒng)和綠化澆灌系統(tǒng)的主體部分；=6\*GB3⑥表中“年均節(jié)約支出”是按基本的循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水效能的計算結(jié)果，實際上通過加強技術(shù)控制，完全能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)水利用率的再提高和各項成本支出的進一步減少；二、校園循環(huán)水系統(tǒng)的主要建設(shè)途徑1、利用校園內(nèi)景觀河的蓄水儲量，為廁所沖刷系統(tǒng)和綠化澆灌系統(tǒng)進行水源補充。河水能調(diào)節(jié)環(huán)境的生態(tài)指標(biāo)，在校園規(guī)劃設(shè)計過程中，都會考慮配置人工河或人工湖等親水景觀工程。這些位于地平標(biāo)高以下的景觀河通常能夠收納足量的雨水等地表徑流水，在南方雨水相對充足地區(qū)，完全可以保證常年蓄水充分而不會溢出。下面是蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)?；诰坝^河水源的水循環(huán)系統(tǒng)的實例分析（如表2所示）：循環(huán)水節(jié)能改造項目循環(huán)水源有效容積受用對象A受用范圍受用對象B受用范圍景觀河>100主體教學(xué)樓1-4層廁所周邊綠化1000㎡ 表2循環(huán)水節(jié)能改造的實例 系統(tǒng)使用情況分析：=1\*GB3①景觀河完全依賴雨水積累和地表徑流水的匯集，常年維持正常水位；=2\*GB3②廁所沖刷系統(tǒng)采用2.2KW供水泵，10噸蓄水箱，按每天使用一箱水計算，耗電量不到1度，折算成每噸水的電費成本約5分錢；=3\*GB3③完全滿足了周邊綠化區(qū)澆灌用水的需求；=4\*GB3④促進了景觀河水源的自然更新，保證了水資源的質(zhì)量；=5\*GB3⑤由于商品供水壓力不足，以往頂層供水困難的局面得到了有效緩和；2、利用校園周邊自然河道的水資源，為廁所沖刷系統(tǒng)和綠化澆灌系統(tǒng)進行水源補給。如果學(xué)校周邊緊挨著河道，并且河水質(zhì)量穩(wěn)定，只需通過簡單的過濾處理后，就可以直接將河水作為循環(huán)水系統(tǒng)的供水源。當(dāng)外圍河道水源質(zhì)量不能達標(biāo)時，應(yīng)當(dāng)考慮在緊貼河道的校園內(nèi)側(cè)建立適當(dāng)規(guī)模的過濾蓄水池，并再次為廁所沖刷系統(tǒng)和綠化澆灌系統(tǒng)提供水源保障。3、回收處理地下排水系統(tǒng)的廢水，經(jīng)暫存處理后，為綠化系統(tǒng)提供澆灌水源。在校園規(guī)劃建設(shè)的過程中，都會優(yōu)化內(nèi)在的給排水系統(tǒng)，從水平衡的角度來分析考慮，一個單位如果有幾百噸的日均用水量，也必然會有相應(yīng)數(shù)量的廢水向外排出；因此，可以考慮在校區(qū)的排水總出口處，增設(shè)一定規(guī)模的蓄水池，經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪^濾后，進一步作為綠化澆灌系統(tǒng)的水源。三、校園循環(huán)水系統(tǒng)的備選方案1、利用屋頂雨水的潛在容量，收納后直接為廁所沖刷系統(tǒng)提供水源補充。學(xué)校的教學(xué)樓等主體建筑的樓頂面積都有一定規(guī)模，可以考慮將原來的雨水管道直接引入專門的蓄水池，以獲得較高質(zhì)量的循環(huán)水水源。2、利用專用管道收集部分盥洗設(shè)備的排水，再次為廁所沖刷系統(tǒng)提供水源補充。針對宿舍等集中用水量特別大的場所，如果能夠采取技術(shù)手段將洗滌用水與廁所沖刷系統(tǒng)的排水口相互分離；那么，收集再利用的可行性就會明顯提升。以上兩個備選方案都是針對局部樓宇的循環(huán)水系統(tǒng)來設(shè)計的，通常需要在地面建造小規(guī)模的專用蓄水池，特別適用于無條件組建大型水循環(huán)系統(tǒng)的校區(qū)。四、校園循環(huán)水系統(tǒng)的配套建設(shè)和技術(shù)難點1、在主體建筑樓的樓頂增設(shè)耐用的輕型蓄水箱。水循環(huán)系統(tǒng)的特點決定了系統(tǒng)內(nèi)的水源保存和使用渠道都必須獨立配置，不能夠出現(xiàn)與原商品供水共用管道或水箱的情況。在增設(shè)循環(huán)水水箱的過程中，要充分考慮建筑的承受能力，一般情況下應(yīng)堅持宜小不宜大的原則，優(yōu)先采用輕型的防銹材料的小型水箱，容量不足時可以考慮將多只設(shè)備并聯(lián)使用。2、利用電子控制技術(shù)，實現(xiàn)循環(huán)水傳輸和使用環(huán)節(jié)中的自動控制。循環(huán)水的使用涉及到兩個以上系統(tǒng)的混合運行，加上環(huán)保、衛(wèi)生、安全和效率等方面的要求，必須做到不同系統(tǒng)之間的可靠配合；因此，最有效的辦法是運用一定的自動控制技術(shù)來協(xié)調(diào)各個分支系統(tǒng)的工作邏輯。=1\*GB3①樓頂水箱水位與地面水泵的配合問題；循環(huán)水系統(tǒng)的特點決定了供水過程必須實現(xiàn)上傳過程中的動力輔助，因此配備相應(yīng)功率的水泵單元是必須的。方法一，在屋頂水箱配置機械式自動進水裝置，水泵系統(tǒng)選用簡易的自動泵來配合控制。為了延長使用周期和節(jié)能，水泵單元應(yīng)配置多時段的定時器，根據(jù)水泵的泵水能力，白天設(shè)置成多個工作時段，晚間不工作。方法二，樓頂水箱安裝普通的水位傳感器，并由傳感器提供的限位信號來控制水泵的工作周期。浮球式的電子開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)水位高低直接控制交流接觸器線圈的通斷狀態(tài)來實現(xiàn)自動控制，缺點是維修周期較短。浮標(biāo)式電子開關(guān)也可實現(xiàn)自動控制，缺點是安裝不便利。從安全性和可靠性角度來考慮，應(yīng)當(dāng)在傳感器與水泵單元的交流接觸器之間配置低壓的中間繼電器來實現(xiàn)緩沖處理。方法三，采用純電子傳感器，利用水的阻值變化來傳遞上下限水位的信號，再經(jīng)過放大處理后逐級推動水泵的自動工作。此類自動控制設(shè)備通常需要進行專門的電子設(shè)計，優(yōu)點是樓頂傳感器部分在安裝完成后一般不再需要維護。=2\*GB3②河面水位與水泵工作周期的配合問題；為了保證水泵工作在有效模式下，不至于在缺水狀態(tài)下運行而損壞，必須在取水源安裝水位檢測裝置。具體方案可以參照樓頂水箱水位的檢測技術(shù)，用電子傳感器的方式來采樣驅(qū)動。=3\*GB3③河面水位與樓頂水箱水位的協(xié)調(diào)問題；水箱傳感器的工作原理是水低啟動水高停止，上下有一定的水位差，需要檢測高低兩個水位的信號；而河面?zhèn)鞲衅魇撬邌铀屯Ｖ?，只需檢測低水位狀態(tài)即可。兩者的信號最終都是加到水泵單元上，只有當(dāng)上下傳感器都給出啟動信號時才能正常運行（如圖2所示）。圖2河面水位與水箱水位的配合方式=4\*GB3④循環(huán)水專用水箱與商品水水箱的配合問題；為了更好地實現(xiàn)循環(huán)水源與商品水源的分離，從給水管道到排水管道都要求做到相互獨立，包括廁所沖刷的終端設(shè)備，也應(yīng)該獨立配置沖刷器具來實現(xiàn)分離。在一般的使用條件下，兩套系統(tǒng)的工作模式切換不會太頻繁，完全可以考慮采用人工方式進行周期控制。3、利用變頻技術(shù)實現(xiàn)循環(huán)水傳輸過程中的恒壓控制。目前，變頻恒壓供水技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛運用，但一次性的投入成本和維護成本均比較大，在資金許可而其它條件受限的前提下，也是可以采納的有效方案。比如，在樓頂無法安裝專用水箱時，采用水泵變頻系統(tǒng)的恒壓控制技術(shù)，就能在沒有水箱的條件下實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的整個工作過程。五、校園循環(huán)水系統(tǒng)使用過程中的注意事項1、循環(huán)水系統(tǒng)的開發(fā)利用只是節(jié)約資源的一種措施，并不能完全取代原有的生活用水供給系統(tǒng)。2、在循環(huán)水開發(fā)利用的過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮與現(xiàn)有給排水設(shè)備的配套問題，避免低效的重復(fù)建設(shè)。3、加強原有供水管網(wǎng)的漏損檢測，規(guī)避一方面提高了循環(huán)水的利用率，而另一方面忽略了對商品水的節(jié)能管理。4、為了更好地統(tǒng)計循環(huán)水系統(tǒng)的使用效率，有必要在每個系統(tǒng)的水泵控制單元安裝水表和電表，以更好地測算循環(huán)水的利用率。5、循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以是整體單元，也可以是多個獨立的分體單元。設(shè)計過程中要做好方案和預(yù)算，充分測算資金的回報率和設(shè)備使用效率及便利性，不能簡單地為實現(xiàn)使用循環(huán)水的目的而盲目投資。通過以上分析，筆者認為在水資源相對豐