社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)技術(shù)與集成化策略
摘要：人們生活品質(zhì)的不斷提高，推動了城市社區(qū)水景觀的發(fā)展。本文對我國社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用及水景觀建設(shè)現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行了分析和探討，對傳統(tǒng)景觀水體水質(zhì)凈化與保持技術(shù)作了比較，提出社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀綜合解決方略，介紹了典型的技術(shù)方案，并通過工程案例論證了其技術(shù)科學(xué)性、工程合理性和經(jīng)濟(jì)可行性，為資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社區(qū)水系統(tǒng)的構(gòu)建提供了新的思路。
關(guān)鍵詞：污水再生利用,雨水蓄用,社區(qū),水景觀
引言
水是城市發(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源，水環(huán)境是城市發(fā)展所依托的生態(tài)基礎(chǔ)之一。長期以來，社區(qū)水系統(tǒng)僅包括給水和排水兩大系統(tǒng)。給水系統(tǒng)負(fù)責(zé)向社區(qū)居民、工作場所供水，滿足其生活用水需要；排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)將社區(qū)居民生活產(chǎn)生的污水和雨水排出社區(qū)[1,2]。隨著社會的發(fā)展，水資源的短缺壓力以及公眾生態(tài)環(huán)境意識的提高、對生活質(zhì)量提高的需求，極大豐富了社區(qū)水系統(tǒng)的構(gòu)成及其內(nèi)涵。除了傳統(tǒng)的給水和排水系統(tǒng)外，社區(qū)水系統(tǒng)還應(yīng)包括再生利用（含雨水利用）系統(tǒng)和水景觀系統(tǒng)。這一內(nèi)涵的拓展，使得社區(qū)“第二水源”的開發(fā)和利用、景觀水系的建設(shè)和維護(hù)成為城市基礎(chǔ)設(shè)施改進(jìn)和升級的重要組成部分。
1 現(xiàn)狀及問題
社區(qū)污水再生利用在國內(nèi)已有不少研究和實踐[3]。一些城市已出臺了相關(guān)的政策法規(guī)，如北京市2001年5月29日發(fā)布的《關(guān)于加強中水設(shè)施建設(shè)管理的通告》，明確要求新建工程中，建筑面積2萬m2以上的賓館、飯店、公寓等，建筑面積3萬m2以上的機關(guān)、科研單位、大專院校和大型文化、體育等建筑，建筑面積5萬m2以上，或可回收水量大于150m3/d的居住區(qū)和集中建筑區(qū)等，必須建設(shè)中水設(shè)施；對于屬于前兩項范圍的，應(yīng)根據(jù)條件逐步配套中水設(shè)施。天津市人大2003年9月10日通過《天津市城市排水和再生水利用管理條例》，規(guī)定“建筑面積超過2萬m2的賓館、飯店、公寓、綜合性服務(wù)樓和高層住宅等建筑；規(guī)劃人口在1萬人以上的住宅小區(qū)；建筑面積超過3萬m2的機關(guān)、非企業(yè)單位和綜合性文化體育設(shè)施”，“應(yīng)當(dāng)按照再生水利用規(guī)劃和建設(shè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)再生水利用設(shè)施”。2005年7月19日天津市人大通過了該條例修正案并正式發(fā)布。此外，濟(jì)南、昆明等城市也頒布了相應(yīng)的政策法規(guī)。這些政策法規(guī)的出臺，對社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用等“第二水源”的開發(fā)起到了有力的推動和有效的規(guī)范作用。
目前我國社區(qū)污水再生利用大多以沖廁和小區(qū)雜用為主。2004年8月~2005年3月，筆者對京津地區(qū)的48家社區(qū)污水再生利用狀況作了調(diào)研（其中商業(yè)樓宇、大專院校、居民小區(qū)各16家），其出水用途統(tǒng)計如圖1所示。可見在社區(qū)污水再生利用中，沖廁和綠化占了相當(dāng)大的比例。
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圖1 社區(qū)污水再生利用目標(biāo)統(tǒng)計 |
社區(qū)雨水利用目前尚處于起步階段。北京、上海、杭州等大中城市近年來開始監(jiān)測降雨及其徑流的水量和水質(zhì)變化規(guī)律，逐步積累供雨水處理和利用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。一些大型建筑物已建有完善的雨水收集系統(tǒng)，如上海浦東國際機場航站樓，其屋面各組成部分的水平投影面積達(dá)17萬余m2，暴雨季節(jié)雨水收集量可達(dá)500m3/h。遺憾的是，這些雨水未能有效的處理和利用[3]。
近年來隨著人們生活質(zhì)量的提高，社區(qū)水景觀建設(shè)越來越受到重視。一批水景樓盤的熱銷，帶動了房地產(chǎn)開發(fā)商的投資熱情。但不少社區(qū)水景觀的補充水源，多為地下水、地表水乃至自來水，一方面造成了水資源的浪費，另一方面增加了水景觀的維護(hù)成本。
縱觀社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用和水景觀建設(shè)，目前仍有以下問題需要解決：
（1）設(shè)計理念問題。目前社區(qū)水景觀的設(shè)計，一般只注重其觀賞效果，缺乏對水體的生態(tài)完整性、水流態(tài)的多樣性、生物棲息地的合理配置等生態(tài)要素的統(tǒng)籌考慮，人為破壞了水體的生物系統(tǒng)，降低了水體的自凈能力。
（2）水源問題。人工景觀水體的來源有：地表水（天然河、湖泊、水庫水）、地下水（深層水、淺層水、潛水、滲透水）、雨水（雨水、雪水）、市政自來水、自備水源水、工業(yè)循環(huán)水（大型電廠冷卻水）及城市污水再生利用水。目前景觀水體補充水源過于依賴傳統(tǒng)的地下水、地表水，對社區(qū)污水、雨水等“第二水源”的重視不夠。隨著水資源危機和水污染的加劇，景觀水體以地下水、地表水作為補充水源受到越來越多的限制。如果不考慮社區(qū)污水、雨水等“第二水源”的開發(fā)利用，社區(qū)水景觀無疑將成為一個“奢侈品”。
（3）水質(zhì)保持問題。缺乏成熟的水質(zhì)保持技術(shù)措施，尤其是長效、低廉、生態(tài)的水體凈化與水質(zhì)保持技術(shù)和雨水污染物控制、雨水利用技術(shù)，景觀水體易發(fā)生水華，喪失其景觀效果。不少社區(qū)水景觀經(jīng)歷了短暫的“輝煌”后，要么干涸閑置，要么臟亂不堪，本該成社區(qū)“亮點”，卻反而變成了“污點”。
因此，從社區(qū)水系統(tǒng)的綜合規(guī)劃角度出發(fā)，未來社區(qū)水系統(tǒng)的建設(shè)，必須注重社區(qū)污水、雨水等的開發(fā)利用，實現(xiàn)其多目標(biāo)的再生利用，以新的水源建設(shè)社區(qū)水景觀，并根據(jù)生態(tài)和景觀要求，選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)可行、效果持續(xù)、景觀觀賞性強的生態(tài)技術(shù)，達(dá)到水質(zhì)保持的目標(biāo)，創(chuàng)造健康的景觀水系。
2 景觀水體水質(zhì)凈化與保持技術(shù)
目前常見的景觀水體水質(zhì)凈化與保持技術(shù)及其特點比較見表1[4~17]。
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與其他技術(shù)相比，生態(tài)技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性，具體表現(xiàn)在：①著眼于水體自凈能力的強化，能持續(xù)發(fā)揮作用；②遵循水體生態(tài)系統(tǒng)的自然規(guī)律，副作用小，對環(huán)境友好；③所需投入能源、物質(zhì)少，人為管理控制少，更為經(jīng)濟(jì)；④易融入水景觀整體設(shè)計和建設(shè)，外在表現(xiàn)形式自然親切，更富人性化。
3 社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)綜合解決方案
社區(qū)景觀水體一般具有以下特點：①與公眾接觸幾率大，必須保證衛(wèi)生學(xué)安全和毒理學(xué)安全；②景觀美學(xué)要求高；③相對封閉，流動性差。社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)技術(shù)的選擇，應(yīng)遵循安全性、長效性、經(jīng)濟(jì)性、實用性、系統(tǒng)性和集成性緊密結(jié)合的總體原則，根據(jù)社區(qū)構(gòu)成、水質(zhì)狀況、環(huán)境要求等特點，制定技術(shù)上科學(xué)、工程上合理、經(jīng)濟(jì)上可行的綜合解決方案。據(jù)此，提出了圖2所示的社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)綜合解決方略。
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圖2 社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)綜合解決方略 |
社區(qū)污水和雨水通過收集、凈化系統(tǒng)，一方面滿足社區(qū)綠化、沖廁、道路澆灑等雜用水的需要，另一方面經(jīng)人工濕地等生態(tài)技術(shù)單元后達(dá)到景觀回用的要求，從而很好地解決了社區(qū)水景觀的水源問題；水景觀在設(shè)計時，將水體水質(zhì)保持生態(tài)技術(shù)作為必須環(huán)節(jié)考慮進(jìn)來，在構(gòu)建景觀元素的同時保護(hù)景觀水體的生態(tài)完整性，使水體通過自然生態(tài)的技術(shù)不斷得到凈化，保持良好的水質(zhì)狀況。與傳統(tǒng)的社區(qū)水景觀建設(shè)相比，該方略的特色表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）優(yōu)化社區(qū)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將社區(qū)污水、雨水就地處理利用，既可實現(xiàn)社區(qū)污水、雨水的零排放，有可為社區(qū)水景觀提供穩(wěn)定而廉價的補充水源；
（2）水景觀設(shè)計以尊重自然、崇尚自然為基本出發(fā)點，兼顧景觀美學(xué)要求和水質(zhì)凈化要求，理念更新、更科學(xué)、更系統(tǒng)。水岸、水面、水中、水底多層次、立體化的生態(tài)景觀，更富觀賞性和親和力；
（3）突出經(jīng)濟(jì)可行性。污水、雨水的再生利用可節(jié)省數(shù)目可觀的水資源，避免了維護(hù)中高昂的補水費用；技術(shù)投資和運行成本低廉，不會造成物業(yè)公司和業(yè)主的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而且污水零排放的實現(xiàn)，有望獲得污水處理費或其他稅費的減免。
清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系、北京匯佳漢青中水科技有限公司根據(jù)多年研究成果和工程實踐，提出了社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)典型技術(shù)方案（見圖3）。社區(qū)排水按照不同水質(zhì)狀況，可通過膜-生物反應(yīng)器工藝、循環(huán)式活性污泥法、序批式動態(tài)膜-生物反應(yīng)器、曝氣生物濾池等工藝，對有機物、氮、磷等進(jìn)行集中削減，出水進(jìn)行消毒（有研究認(rèn)為膜-生物反應(yīng)器工藝出水可不消毒[18]），再經(jīng)強化人工濕地后進(jìn)入景觀水體；同時，景觀水體水循環(huán)通過人工濕地，達(dá)到水質(zhì)凈化和水質(zhì)保持的目的。社區(qū)雨水經(jīng)雨水收集系統(tǒng)后，先進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)入景觀水體，由人工濕地進(jìn)行處理。景觀水體可視具體情況增設(shè)噴泉、跌水景觀元素等，進(jìn)一步進(jìn)行復(fù)氧。
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圖3 社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)典型技術(shù)方案 |
4 案例研究
清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系和北京匯佳漢青中水科技有限公司近年在社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)方面進(jìn)行了較為深入的研究，并已成功應(yīng)用于工程實踐。下面為幾個典型工程案例的介紹。
4.1 清華大學(xué)超低能耗樓雨水利用示范工程
該工程為清華大學(xué)超低能耗樓項目示范研究內(nèi)容之一，以屋頂收集的雨水為水源，通過人工濕地加以循環(huán)凈化，形成樓宇小型水景觀。工程于2005年4月底建成，5月初開始正式運行，其中雨水儲存池的面積為32.9m2，人工濕地的面積為32.9m2。濕地種植的植物為景觀效果較好的水柳、鳶尾和美人蕉。
運行結(jié)果表明，人工濕地對COD、TP、TN和濁度的去除率分別可達(dá)到70%、50%、55%和95%。夏季雨期時水池內(nèi)水體水質(zhì)良好，沒有發(fā)生水華現(xiàn)象？梢娙斯竦乜梢杂行Ц纳朴晁钏刂械乃|(zhì)，使其滿足多種雨水利用的需要。
4.2 云南大漁村生活污水再生利用工程
云南大漁村距滇池約2000m。全村共約500戶，現(xiàn)有人口1820人。示范工程設(shè)計處理污水量77m3/d，設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)：CODCr200mg/L，氨氮23mg/L，總氮30mg/L，總磷5mg/L。根據(jù)工程現(xiàn)場地形特點，采用表面流濕地和潛流濕地相結(jié)合的工藝方案。該工程將生態(tài)和景觀設(shè)計納入到濕地系統(tǒng)，按照紅、黃綠三種顏色協(xié)調(diào)搭配，植物高低錯落有致的設(shè)計原則，對濕地周邊進(jìn)行了綠化，成為居民生態(tài)休閑區(qū)。工程對污染物的去除效果見表2。
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*有效取樣數(shù)量46個。 |
4.3 某培訓(xùn)中心污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)工程
該工程位于北京郊區(qū)，包括三個子工程：所有辦公樓排放的污水處理及再生利用工程（含樓內(nèi)節(jié)水設(shè)施改造工程）、雨水收集處理工程、人工濕地工程及人工湖景觀工程。
污水處理及再生利用工程采用MBR工藝，對已有的中水工程進(jìn)行改造，處理規(guī)模為120m3/d。雨水利用工程包括兩部分：一部分經(jīng)預(yù)處理（如初期雨水棄流）后進(jìn)入人工湖，作為人工湖補充水源之一；另一部分通過下凹式綠地、滲透溝、透水路面/廣場等，下滲補充地下水。人工濕地工程處理能力為1000m3/d，可保持培訓(xùn)中心人工湖水質(zhì)，及時削減再生水和雨水帶入湖內(nèi)水體的各種污染物。
該工程將污水再生利用、雨水利用、社區(qū)水景觀建設(shè)融為一體，實現(xiàn)了工程經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益的“共贏”。
4.4 北京清河上游河岸生態(tài)過濾系統(tǒng)
北京清河發(fā)源于香山碧云寺，現(xiàn)源頭泉水已斷流，補充水源主要為污水處理廠出水和雨水。因水源限制，為保證清河各段河道保持水面，河道管理部門將沿河各閘長時間關(guān)閉，成為一條滯留型城市景觀河道。河道上游黨校橋附近有中央黨校、圓明園花園小區(qū)等，形成一個較大的社區(qū)。為控制夏季河道水華，改善社區(qū)河道景觀，在上游黨校橋西側(cè)南岸興建了生態(tài)過濾系統(tǒng)工程。
工程設(shè)計處理規(guī)模600m3/d，占地面積800m2。系統(tǒng)采用清華大學(xué)自主研發(fā)的高效復(fù)合功能填料，并選擇栽植了菖蒲、鳶尾、美人蕉、蘆葦?shù)戎参，形成?fù)合過濾帶。工程于2005年3月開始設(shè)計，7月動工，8月開始通水運行。調(diào)試完成后的處理效果如表3所示。
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5 結(jié)論
人們生活品質(zhì)的不斷提高，推動了城市社區(qū)水景觀的發(fā)展。社區(qū)水景觀的建設(shè)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮使用社區(qū)再生水、雨水作為補充水源。通過社區(qū)污水再生利用、雨水蓄用與水景觀建設(shè)綜合解決方案，可將社區(qū)的污水再生利用、雨水蓄用、水景觀進(jìn)行有機的組合，既解決了社區(qū)污水再生利用、雨水利用問題，減少了外排污水和雨水量，節(jié)約了水資源，又可經(jīng)濟(jì)地營造社區(qū)水景觀，提高社區(qū)居民生活質(zhì)量，提升社區(qū)建筑品質(zhì)。這一集成化技術(shù)方案的推廣，有望為我國社區(qū)水系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)提供一個經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)可靠的設(shè)計思路，為建設(shè)節(jié)約型社會服務(wù)。
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