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雨水回收利用系统在建筑中的应用
2018-05-08  来自: 西安康诺环保科技有限公司浏览次数:128

原标题:雨水回收利用系统在建筑中的应用

西安康诺环保科技有限公司文摘:随着城市规模和数量迅速扩大,水资源短缺的局面日趋严峻,我国有近400座城市缺水或严重缺水,而宝贵的雨水资源却未能得到有效的利用,雨水利用率不到10%。与此同时,城市化也带来了环境污染、洪涝灾害等一系列问题[1,2]。特别是不透水地表铺砌面积的不断扩大和建筑密度的提高,使地面径流形成时间缩短,峰值流量不断加大,排水系统的雨季流量大量增加,产生洪涝灾害的机会增加,危害加剧。

雨水回收利用的优点主要有:1)小区或建筑单体可以建立起本区独立的水源,把降落在本区的雨水留在身边。2)减轻城市排水压力,有效防止城市洪水。通过收集降落在屋顶的雨水,可以减轻下水道的排水压力,从而防止城市型的洪水。3)可以考虑作为灾害紧急备用水源。收集储存的雨水可以用作消防用水。另外,对于地震等天灾,当自来水管道被破坏时,收集储存的雨水还能作为生活用水的备用水源

   雨水是一种最根本,最直接,最经济的水资源,已经得到世界各国的认可,雨水作为一种补充水资源越来越受重视。如果能够将雨水合理,充分地收集利用,将成为解决城市与水资源短缺的有效措施之一。

国内外研究的现状

    在过去的20多年里,越来越多的国家涉及雨水集流系统的技术领域,19898月在马尼拉第四次国际雨水收集系统会议上成立国际雨水集流系统协会,致力于提高和改进雨水集水技术的规划、开发、管理、技术和教育。世界上有很多国家都在利用收集的雨水解决人们的生活用水和城市用水的问题,住宅小区内雨水的利用已在欧美发达国家逐步进入到标准化和产业化的阶段。德国从20世纪80年代初开始发展城市集雨系统并逐步走向产业化、规范化,并于1989年制订了屋面雨水利用设施标准(DIN1989.01),向集成化、综合化方向发展[4]。柏林等一些城市已经将城市雨水利用和城市环境、城市生态建设等结合起来进行设计,已建或在建一批各具特色的生态小区雨水利用系统。到1999年,全国已经有100多家从事集雨系统设计安装的公司,不少家庭、学校、工厂、洗车房都安装了集雨系统。美国许多城市建立了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地标回灌系统,所有新开发区要求强制实行“就地滞洪蓄水”。美国雨水利用以提高天然入渗能力为目的,建立了屋顶蓄水和由入渗池、井草地、透水地面组成的地表回灌系统,日本于1963 年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池,将蓄洪池的雨水用作喷洒路面等城市杂用水,1992年颁布了“第二代城市排水总体规划”,正式将雨水渗沟、渗井、渗池等及透水地面作为城市总体规划的组成部分,要求新建和改建的大型公共建筑群及新区开发必须设置雨水底下入渗收集设施[5]70年代修筑集流面收集雨水,目前日本利用小区雨水作为生活杂用水的技术已经比较成熟,正大力实施雨水渗透补充地下水。英国伦敦世纪圆顶的雨水收集利用系统每天回收100m3雨水作为冲洗厕所用水。丹麦城市从屋顶收集雨水,收集后的雨水经过收集管过滤设备,进入蓄水池,用于冲洗厕所和洗衣服[6-8]

    我国城市雨水利用起步较晚。结合国际雨水利用的研究,尤其是国际雨水协会的成立,20世纪90年代,我国学者才将雨水利用作为一门相对独立的学科开展了一系列研究,并取得了许多进展和成果[8]19956月,北京举办了第七届国际雨水集流系统大会,并分别在兰州、徐州召开了第一、第二届全国雨水利用学术讨论会。随着国际间交流的日益频繁,我国在吸收国外先进技术的同时,很多地区根据当地的实际情况,建立了示范性工程,并引入先进的管理观念和经验,如水敏感城市、低影响开发等理念。近年来我国雨水资源化的重点逐渐转向雨水蓄渗、缓排、利用等[9,10],北京建筑工程学院在学习借鉴国外发达国家成功经验的基础上,并结合我国的地域特点对雨水利用方式进行了大量的创新实验,成功设计和实施了多个雨水利用示范工程项目[11] 虽然我国在雨水利用方面取得了一些成绩,但与我国水资源紧缺情况相比,雨水资源化的实施力度还很不够。

为了满足需要,人们采取了专门的技术措施,改变了雨水资源的转化途径,使雨水资源的分配方式,分配途径改变而对人类社会产生经济和生态效益[12]。该过程人们改变了雨水资源运移、转化的途径、时间及数量,改变了小范围水循环规律。另一方面,由于人工雨水收集干扰了正常的水文循环,从而对区域的径流、蒸发、入渗及地下水位产生影响;尤其在降雨量少的干旱半干旱地区,因此要防止雨水资源的过度利用对环境的负面影响。

 雨水回收利用系统组成

 雨水回收综合利用系统原理

雨水回收综合利用系统是利用小区雨水管网收集雨水进入初期弃流装置,经雨水弃流装置进行初步过滤后,进入PP模块一体化雨水收集池,经过 PP模块一体化构筑物过滤"沉淀,达到雨水回收利用要求的水质,经过供水设备和供水管网,供给小区内绿化"景观喷泉和地面冲洗使用。

雨水初期弃流装置的作用是完成降雨初期杂质较多雨水的自动排放和预过滤。该装置内置过滤装置在弃流完毕开始收集时,对收集的雨水进行初步过滤,过滤产生的垃圾可以自动排放掉。

PP模块一体化构筑物的储水池骨架采用PP模块组合,每块单体尺寸为(500mm×1000mm×400(h),承压能力≥0.45N/m2,层间采用连接杆进行连接,列采用连接卡进行连接;过滤系统采用滤板微孔过滤型式,过滤只依靠液面静压力完成,处理后的水质符合雨水回用的水质标准。雨水处理后加压给水泵根据实际回用水量确定,并设排污泵,且间断排泥,滤板冲洗泵与雨水回用水泵共用。

 雨水回收利用系统流程

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                  雨水回收利用系统流程如图1所示。

完整的建筑雨水回收利用系统主要包括:初期雨水弃流装置、花坛渗滤净化装置、过滤器、雨水收集模块、收集井、抽水管和水泵,整体结构示意图如图2所示。

1   雨水回收利用的流程

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                      图 2 系统的整体结构示意图

       雨水通过屋顶流进雨水初期弃流装置,经过过滤后,弃流的雨水由污水管排出[13],可被利用的雨水流进花坛渗滤净化装置,少量雨水被花坛中植被吸收,剩余雨水由装置中渗透管流进集水井。渗透管与集水井底部的过滤器相连,过滤器上布有均匀的圆形孔,过滤后的雨水通过孔流进集水井。同时,雨水通过低势绿地的植被自然下渗,经过组装后的雨水收集模块,将雨水中混有的较大杂质排除在外界,并对雨水进行收集。收集的雨水经过进水管流进集水井底的过滤器,经过滤器过滤后进入集水井。集水井中有抽水管,抽水管通过水泵的作用将集水井中收集的雨水抽入水箱,具体回收利用流程如图1所示。水箱中的雨水经多次渗透过滤后已较为干净可以用于洗衣服、冲厕所等用途。

3.3 屋面雨水与建筑物再生水系统合用可行性分析

水资源的紧缺迫使人们转向对非常规水资源的开发利用,雨水和再生水容易回收利用,能够有效缓解城市区域水资源不足,并产生巨大的经济和生态效益。由于建筑物或小区的各种条件的不同,合用系统的再生水利用系统和雨水利用系统的关系可分为以下几种:

①滤过性病原体和细菌污染雨水的可能性很小,与再生水原水相比更加卫生安全。

②屋面降雨中有机物浓度、氮、磷、和氯离子等盐类浓度含量比再生水原水低,其水质要比再生水水质好。

③再生水再利用系统比雨水利用系统稳定,水量能够得到保证。相比各自单独的收集利用系统,雨水-再生水合用系统在水源上能够得到保证,应当尽可能选取优质的原水,如屋面雨水、优质杂排水,并在处理后的水质达标的情况下,尽量扩大回用水的使用范围,提高自来水替代率。当然,在扩大回用水使用范围时,应当考虑相应增加的处理费用。在选用合用系统方式中,应根据不同的地区特点选择合适的模式。随着土地成本的逐渐提高,应当优先考虑节省占地面积的一体式池型。一体化设计是将雨水收集池、雨水沉淀池和再生水供水池合并,其容积由雨水收集调蓄量确定。此种模式,在雨水收集阶段不对雨水进行处理,降雨结束后再进行处理,当处理完全后再进行利用。通过设置循环设备把合用池中收集的雨水送到处理设备,处理后的雨水再进入合用池,根据收集水水质情况和用水水质要求,适当选择循环周期。我国南方地区多雨,全年降雨量较大,再用水水源较为稳定,混合供给能使杂用水的供水安全得到保证。大多数情况下,在选用工艺流程时,需对区域特点具体分析,通过优化处理来得到更为合理的利用模式。

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                    图 3 一体化池型合用模式工艺流程图

   屋面雨水利用系统纳入再生水系统与其联合运行,从技术上是可行的。但在实际操作时,下列问题仍需要考虑:

1)由于雨水在时间和水量上的波动性会加剧再生水系统的水量波动。

2)为了使系统正常运行,必须增大调蓄设施以容纳雨水。同时,我国北方缺水地区的雨水少且集中,所以扩容后的系统在旱季通常不能满负荷运行。雨天时,系统又很难把所有的雨水收集处理,雨水进入再生水系统会造成再生水原水的溢流,造成雨水代替再生水,并未真正增加水资源量。

3)由于有效屋面面积有限,收集屋面雨水量与再生水水量相比也有限,雨水进入再生水系统将会增加系统的复杂性和投入。同时调蓄和处理设施也需要占据庞大的空间,这在一些建筑物和小区中存在困难。

4)由于水质情况的不同,采用联合处理会影响再生水生化系统的正常运行。即使优质再生水水源采用物化处理方法,两者联合运行也存在稳定性的问题。

3.4 雨水回收利用系统施工要求

雨水回收利用系统的构筑物均建在地面下,由于其特殊性,由土建工序和安装工序组成。现重点针对滤板施工要求进行阐述,滤板施工质量的好坏,决定了雨水回收的水质,在施工时应注意以下几点:

1) 根据设计图纸,滤板的铺装从基准点开始,以基准线为基准,按设计样式铺装。

2) 铺装微孔板时,不得站在找平层上作业。

3) 滤板必须平整轻放在找平层上,手按住板表面,用1kg的橡皮锤或用4 磅铁锤锤木垫板敲击砖中间1/3面积处,使板与找平层锤实,以免发生空鼓。

4) 板与板之间为自然缝,落板必须贴近已铺好的板垂直落下,不能推板,造成积砂现象。

5) 板与板之间邻近接触面角必须在同一平面,每行铺装必须用水平尺结合标高线进行找平,误差必须<1mm

6) 如遇到切板现象,必须将板进行弹线切割; 如遇到连续切割板的现象,必须保证切边在一条直线,偏差<2mm

7) 铺装滤板面整体要求必须平整一致,同时坡向要根据现场利于排水面而调整。

8) 遇到出水井或者排泥井时,应结合施工图纸根据现场的具置做调整。

9) 每班次收工时应做收边处理,以防止边缘板松动。

10) 施工完成后,养护24h 后,将已铺装好的滤板用填缝砂填缝,填缝时应务必将板缝填满,同时将遗留在滤板表面上的余砂清理干净。

微孔过滤板铺装完成养护时间不得小于14d

本文由同济大学孙振平教授课题组唐晓博整理

 


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