人工濕地技術(shù)在住宅小區(qū)雨水回用工程中的應(yīng)用

張敏

（中國建筑第八工程局有限公司，上海201206）

1 引言

近年來，雨水收集回用系統(tǒng)大量應(yīng)用于建筑與小區(qū)海綿建設(shè)工程中。目前，常規(guī)的雨水處理工藝以物理法、化學(xué)法為主，而人工濕地作為一種生態(tài)工程技術(shù)，是通過模擬天然濕地的結(jié)構(gòu)，人為建造的由飽和基質(zhì)、挺水和沉水植物、動物和水體組成的復(fù)合體，通過強(qiáng)化沉淀、精細(xì)過濾以及生物吸收等步驟來去除雨水中污染物，對污染物有較好的去除效果和良好的生態(tài)景觀效果。本文主要論述人工濕地技術(shù)在住宅小區(qū)雨水回用工程中的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)選型

本項(xiàng)目為南京某住宅項(xiàng)目，建設(shè)用地面積85 686.38 m2，綠地面積38 251.13 m2，綠地率44.64%，透水鋪裝面積15 109.92 m2，綜合雨量徑流系數(shù)ψ=0.49。按DGJ 32/J 173—2014《江蘇省綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[1]9.1.1的要求規(guī)劃用地面積大于或等于20 000 m2新建項(xiàng)目應(yīng)采取雨水回用措施，雨水收集面積不少于項(xiàng)目規(guī)劃用地面積的1/3，或項(xiàng)目所有綠化、道路澆灑、水景補(bǔ)充水全部采用非傳統(tǒng)水源，因此，對本項(xiàng)目配套建設(shè)雨水收集回用系統(tǒng)。

3 工藝流程

雨水收集回用系統(tǒng)包括雨水收集、儲存、水質(zhì)凈化和回用等設(shè)施。本項(xiàng)目雨水收集回用系統(tǒng)收集的雨水為屋面和道路混合雨水，因屋面和道路混合雨水中主要污染物為CODcr和SS，采用的處理工藝為：混合雨水→初期徑流棄流→沉砂井→雨水蓄水池→垂直流人工濕地→雨水清水池→紫外線消毒器→澆灑、沖洗。對于屋面和道路混合雨水，GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》[2]8.1.7建議的處理工藝為：雨水→初期徑流棄流→沉沙→雨水蓄水池沉淀→過濾→消毒→澆灑。2個處理工藝的主要差別在于“過濾”為物理處理，而“垂直流人工濕地”為生態(tài)處理。過濾一般采用石英砂過濾器，當(dāng)濾層堵塞后，需定期清洗排污，運(yùn)行周期較短且對溶解性的CODcr基本沒有去除效果。而垂直流人工濕地日常運(yùn)行管理較為簡單，對CODcr、SS、NH3-N等污染物均有較好的去除效果，且種植的濕地植物與周邊景觀配合度高。

4 水量平衡分析

4.1 需控制及利用的雨水徑流總量

根據(jù)《南京市海綿城市規(guī)劃建設(shè)指南》[3]第七章附錄，本項(xiàng)目年徑流總量控制率80%，對應(yīng)設(shè)計降雨量27.4 mm。按《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》[4]計算需控制及利用的雨水徑流總量V=10HψF=10×27.4×0.49×8.568 638=1 150 m3（其中，H為設(shè)計降雨量，mm；ψ為綜合雨量徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2）。

根據(jù)《南京市海綿城市規(guī)劃建設(shè)指南》6.1.2.1的要求，用地面積≥2 hm2應(yīng)配套建設(shè)雨水收集利用系統(tǒng)，且每公頃建設(shè)不小于100 m3的雨水調(diào)蓄池。因此，本項(xiàng)目設(shè)置了有效容積860 m3的雨水調(diào)蓄池和有效容積290 m3下凹式綠地，以滿足徑流總量控制要求。

4.2 雨水回用水量

根據(jù)GB 50015—2019《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[5]3.2.3、3.2.4、3.2.9的要求。本項(xiàng)目最高日需用水量為152.71 m3/d。本項(xiàng)目最高日雨水回用水量如表1所示。

表1 本項(xiàng)目最高日雨水回用水量計算

4.3 平衡分析

雨水最高日回用水量為152.71 m3/d，雨水蓄水池有效容積為860 m3，152.71/860≈17.8%＜30%，根據(jù)GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》7.2.10的要求，當(dāng)蓄水池的有效容積大于雨水回用系統(tǒng)最高日用水量的3倍時，應(yīng)設(shè)置能12 h排空雨水的裝置。

5 工藝設(shè)計

5.1 雨水儲存

本項(xiàng)目設(shè)置2座埋地鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的蓄水池，單座有效容積430 m3。蓄水池設(shè)置于室外綠地范圍內(nèi)，尺寸：長×寬×深=13 m×12 m×3.5 m，池內(nèi)有效水深3 m。蓄水池設(shè)入孔、溢流孔、集泥坑。

雨水蓄水池提升泵采用帶攪拌潛水泵，自動耦合式安裝，設(shè)置2臺，一用一備，為滿足GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》7.2.10的要求，蓄水池12 h排空的要求，單臺水泵流量Q=40 m3/h，揚(yáng)程H=15 m，功率P=4 kW。在正常處理工況下，泵的出水流量根據(jù)流量計和閥門調(diào)節(jié)以與人工濕地處理能力相匹配。提升泵采用手動和自動控制2種模式，在自動控制模式下，根據(jù)設(shè)置時間和清水池液位控制泵的啟停，當(dāng)蓄水池處于低液位時，停泵保護(hù)。

5.2 水質(zhì)凈化

5.2.1 雨水處理設(shè)施能力

雨水處理設(shè)施根據(jù)雨水蓄水池和清水池布置設(shè)置2套。雨水處理設(shè)施的能力按GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》8.2.1計算，單套回用系統(tǒng)最高日用水量Wy=76.355 m3/d，雨水處理設(shè)施的日運(yùn)行時間T=8 h，單套處理能力為Qy=Wy/T=76.355/8≈10 m3/h。

5.2.2 垂直潛流人工濕地

蓄水池儲存的雨水經(jīng)提升泵提升至垂直潛流型人工濕地進(jìn)行水質(zhì)凈化。從濕地表面垂直向下流過填料床，床體處于非浸泡狀態(tài)，氧氣可通過大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地，受污染的雨水，通過填料、植物和微生物的協(xié)同作用，即通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物降解來實(shí)現(xiàn)對雨水的凈化。

本項(xiàng)目人工濕地尺寸長×寬×深=12 m×3 m×1.5 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，置于蓄水池頂部。池內(nèi)選用多年生濕地植物花葉蘆竹、西伯利亞鳶尾、美人蕉、旱傘草和黃菖蒲混植，可發(fā)揮不同植物各自的優(yōu)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的總體凈化能力。人工濕地填料層厚度1 m，從下到上的結(jié)構(gòu)分層見表2。

表2 人工濕地填料層從下到上的結(jié)構(gòu)分層

人工濕地采用穿孔管布水，管道材質(zhì)PPR。配管總干管DN65 mm，配水支管DN40 mm，支管開孔孔徑8 mm，開孔間距600 mm，置于人工濕地頂部。集水管材質(zhì)UPVC，管徑DN100，集水管管頂通長開縫，縫寬3 mm，設(shè)置于排水層內(nèi)，用于將處理水排至清水池。

5.2.3 進(jìn)出水水質(zhì)

垂直流人工濕地進(jìn)出水水質(zhì)見表3。處理出水CODcr和SS指標(biāo)符合GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》表3.2.4的要求。

表3 垂直流人工濕地進(jìn)出水水質(zhì)

5.3 雨水回用

經(jīng)人工濕地凈化處理后的雨水收集進(jìn)入雨水清水池。根據(jù)GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》7.1.4的要求，清水池總有效容積=Wy×35%=152.71×35%=53.45 m3。清水池設(shè)置2座，單座有效容積27 m3，采用埋地鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與雨水蓄水池一體化建設(shè)，中間采用隔墻分隔，尺寸：長×寬×深=12 m×1.5 m×1.5 m，池內(nèi)有效水深1 m。清水池設(shè)人孔、溢流孔。清水池的溢流水可通過溢流孔排至蓄水池，溢流孔處設(shè)置鴨嘴閥，可防止蓄水池存水倒流至清水池。

雨水清水池采用生活飲水補(bǔ)水，根據(jù)池內(nèi)液位自動開啟補(bǔ)水閥，補(bǔ)水管道材質(zhì)PPR，管徑DN65 mm，管道上設(shè)置計量水表。雨水清水池提升泵采用潛水泵，自動耦合式安裝，設(shè)置2臺，一用一備，單臺流量Q=20 m3/h，揚(yáng)程H=20 m，功率P=3 kW。泵采用手動控制，根據(jù)用水點(diǎn)的情況，靈活啟停，但當(dāng)清水池處于低液位時，根據(jù)液位停泵保護(hù)。在清水池提升泵出口總管設(shè)置1臺紫外線消毒器，額定功率480 W，紫外線消毒器的啟停與清水池提升泵的啟停連鎖。清水池提升泵出口總管材質(zhì)PPR，管徑DN80 mm，管道上設(shè)置計量水表。

6 結(jié)論

1）本項(xiàng)目采用小型人工濕地處理工藝處理雨水，含人工、電費(fèi)的噸水處理成本約0.5～1元。

2）處理出水指標(biāo)可達(dá)到GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》表3.2.4的要求。

3）采用人工濕地與周邊景觀配合度高，具有美化景觀的效果。