雨水收集綜合利用施工技術(shù)及管理措施分析

冉東虎, 景東紅, 王 強(qiáng), 蔣 維

(1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310052;2.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院,浙江 杭州 311231)

0 引 言

近年來(lái),隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,各地的基建熱潮也變得如火如荼,使得城市用水量需求在不斷增加。[1]另外城市的透水面積越來(lái)越少,導(dǎo)致雨水資源無(wú)法得到很好利用,嚴(yán)重打破了水循環(huán)系統(tǒng)的平衡,違背綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。[2]因此需要封閉降水和對(duì)雨水收集綜合利用,這能夠緩解城區(qū)的雨洪災(zāi)害,控制雨水徑流污染,改善生態(tài)環(huán)境。傳統(tǒng)的雨水回收系統(tǒng)收集池采用混凝土澆筑,需建立雨水回收機(jī)房,并且整個(gè)雨水回收系統(tǒng)都放置在機(jī)房?jī)?nèi),回收雨水效率低、收集池極容易滲漏。[3]本文提出的雨水收集綜合利用施工技術(shù)充分考慮了收集利用的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件,通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)建立污水、雨水回收系統(tǒng),將水資源進(jìn)行合理回收循環(huán)利用,以達(dá)到節(jié)約水資源的目的。實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色施工的要求。[4]

1 雨水收集綜合利用技術(shù)

1.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)的雨水回收系統(tǒng)收集池采用混凝土澆筑,需建立雨水回收機(jī)房,整個(gè)雨水回收系統(tǒng)全部布置于機(jī)房?jī)?nèi),不僅回收雨水效率低,收集池也極易滲漏。本文分析的施工技術(shù)是對(duì)封閉降水和雨水收集綜合利用總結(jié)而成的。通過(guò)探討工地雨水回收利用工程設(shè)計(jì)的常見(jiàn)工序,依據(jù)現(xiàn)實(shí)條件對(duì)雨水污染情況進(jìn)行建模分析和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),充分考慮收集利用的現(xiàn)實(shí)條件,分析工地可回收利用雨水的水質(zhì)和水量要求,綜合各系統(tǒng)規(guī)模的配合,研制出裝配式PP模塊雨水收集系統(tǒng),不僅施工速度快、效率高,使用期限長(zhǎng)久,而且可以保證能夠高效地回收更多的雨水,保證回收的雨水長(zhǎng)期儲(chǔ)存于模塊池內(nèi)并保持良好的水質(zhì)。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)PP模塊的雨水收集池放置于地下,不需要新建回收機(jī)房,不占用地上面積且儲(chǔ)存收集雨水量大。

(2) 系統(tǒng)采用模塊拼接組合裝配,無(wú)須綁鋼筋、澆混凝土,運(yùn)輸方便快捷、工期短;材料方面應(yīng)考慮環(huán)保材料制作,外層用一層防滲膜和兩層土工布包裹,既不會(huì)滋生微生物又能長(zhǎng)時(shí)間保證雨水質(zhì)量,避免了雨水收集池滲漏水問(wèn)題。

(3) 系統(tǒng)配置初級(jí)過(guò)濾膜、安全分流井和棄流裝置等組件,控制進(jìn)入凈水模塊的雨水水質(zhì),避免優(yōu)質(zhì)雨水二次污染,減輕凈水程序的負(fù)荷,節(jié)約成本,體現(xiàn)雨水綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益。

(4) 系統(tǒng)配置棄流控制裝置,該裝置利用多點(diǎn)信號(hào)調(diào)控棄流水量。選擇最佳棄流量,收集更多優(yōu)質(zhì)雨水。另外系統(tǒng)設(shè)置雨水處理裝置進(jìn)行凈水流程,確保處理后的水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo),實(shí)現(xiàn)用水的安全可靠。

1.3 技術(shù)原理

本次施工項(xiàng)目部路面按照雨水收集的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),坡度滿足雨水排水要求,周邊設(shè)置充足的雨水收集口。如圖1所示,雨水經(jīng)匯集后首先通過(guò)自動(dòng)棄流過(guò)濾裝置攔截初期雨水,當(dāng)攔截水量達(dá)到程序設(shè)定值視為結(jié)束,雨水進(jìn)入收集池儲(chǔ)存,多余雨水排放至市政雨水管網(wǎng)。此外雨水在收集池內(nèi)先進(jìn)行沉淀,收集池內(nèi)設(shè)有排泥裝置,用于對(duì)雨水進(jìn)行初期過(guò)濾。當(dāng)需要用水時(shí),利用提升泵將收集池內(nèi)雨水提升至3P分散式雨水處理器,經(jīng)處理后的雨水流入清水池,清水池內(nèi)雨水需加壓并經(jīng)紫外線消毒后才能排至用水管網(wǎng)[4]。

圖1 PP模塊雨水收集系統(tǒng)原理圖

PP模塊的材料是可再生聚乙烯,采用不同規(guī)格的網(wǎng)格狀平板拼裝成箱體,然后將每個(gè)箱體擺放成連續(xù)的雨水蓄水池,模塊蓄水空間可達(dá)95%。雨水棄流管標(biāo)高須高于安全分流井井底,雨水匯集管和棄流管標(biāo)高相同。分流井與棄流控制器通過(guò)管道連接,井內(nèi)安裝有檢測(cè)水質(zhì)的傳感器,通過(guò)水質(zhì)信號(hào)傳輸至棄流控制器以控制與分流井的連接斷開(kāi)與否。分流井內(nèi)的管道并非直接接觸井底,應(yīng)留有一定距離作為沉泥空間,另外將井底設(shè)計(jì)成可滲水結(jié)構(gòu),便于清理。雨水先到達(dá)分流井后流入棄流控制井,棄流控制器前端設(shè)計(jì)的格柵是用于攔截大顆粒物體,柵條之間相距3mm。棄流控制器由PLC系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制,具有處理降雨頻次、雨量、PH、暴雨倒灌等進(jìn)行記憶處理,根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)調(diào)整棄流時(shí)間和流量,便于收集優(yōu)質(zhì)雨水[5]。雨水初期徑流棄流后的水質(zhì)為:CODCr:70～110mg/L;SS:20～40mg/L;色度:10～40 度,一般以初期2～3mm降雨徑流為界進(jìn)行棄流和收集。

雨水棄流完成后將收集的雨水統(tǒng)一匯入收集池,收集池主要由PP模塊拼接而成,能夠收集、儲(chǔ)存、調(diào)蓄雨水。降水時(shí)把雨水徑流的高峰流量?jī)?chǔ)存至收集池,當(dāng)蓄水量達(dá)到100m3時(shí),關(guān)閉徑流入口,等到最大流量下降后將雨水從收集池中緩慢排出。這種方式既能避開(kāi)雨水高峰,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用;又能避免收集池雨水污染,對(duì)排水調(diào)度起到積極效應(yīng)。

收集完成后的雨水通過(guò)雨水提升泵進(jìn)入3P分散式雨水處理器,如圖2所示,該處理器將沉淀、過(guò)濾、吸附等工藝融為一體,只需要靠勢(shì)能差就能在處理器完成雨水處理全過(guò)程。經(jīng)過(guò)處理后的雨水匯入清水池儲(chǔ)存,該清水池由PP模塊拼接而成,安裝有自動(dòng)補(bǔ)水裝置。當(dāng)凈化雨水供應(yīng)量不足時(shí)會(huì)自動(dòng)補(bǔ)水,清水池內(nèi)的清水經(jīng)加壓和紫外線消毒后可流入用水管網(wǎng)。

圖2 清水池內(nèi)清水經(jīng)紫外線消毒器用原理圖

該雨水收集系統(tǒng)雨水處理效率非常高,根據(jù)用水量計(jì)算,用水量為38m3/h,雨水凈化處理能力約為10m3/h,平均每天該系統(tǒng)運(yùn)行4h。處理后的雨水水質(zhì)指標(biāo)滿足表1指標(biāo)。

表1 處理后雨水水質(zhì)指標(biāo)

2 雨水收集綜合利用施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

本技術(shù)的主要材料包括:PP模塊、自動(dòng)棄流過(guò)濾裝置、排泥泵、提升泵、3P雨水處理器、加壓裝置、紫外線消毒器、補(bǔ)水裝置等。選用的主要機(jī)具設(shè)備為:切割機(jī)、挖掘機(jī)、鏟車、震動(dòng)夯機(jī)、手推車、砂漿攪拌機(jī)、角磨機(jī)、沖擊鉆、電錘、水準(zhǔn)儀及放線工具、熱熔器、PPR管剪等。本技術(shù)所需材料的主要性能指標(biāo)如表2所示。

表2 材料主要性能指標(biāo)

2.2 施工工藝

本技術(shù)的主要施工流程:場(chǎng)地規(guī)劃→基坑開(kāi)挖→基層處理、底板澆筑→下部防滲層鋪設(shè)→模塊拼接→進(jìn)、取水檢查井安裝→清水池施工→消毒設(shè)施與用水管道施工→保護(hù)層回填→其他機(jī)電設(shè)備安裝→系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行。

(1) 場(chǎng)地規(guī)劃:根據(jù)工程現(xiàn)狀和周邊道路地下管線布置,規(guī)劃好雨水回收系統(tǒng)的位置。

(2) 基坑開(kāi)挖:根據(jù)蓄水模塊的容量9 000×6 000×2 000cm以及操作空間的需求確定需要開(kāi)挖的基坑合適尺寸和深度。開(kāi)挖過(guò)程中分層分段進(jìn)行,每層開(kāi)挖50～60cm,并做好邊坡的加固措施,以防止基坑坍塌。

(3) 基層處理、底板澆筑:基坑開(kāi)挖完成后,需在基坑底部進(jìn)行場(chǎng)地平整和素土夯實(shí),夯實(shí)系數(shù)不小于0.94,然后選擇C20混凝土澆筑250mm厚的基層。

(4) 下部防滲層鋪設(shè):基坑基層澆筑完成后,先進(jìn)行基層清潔,然后進(jìn)行防滲層鋪設(shè),防滲層材料為150g加強(qiáng)型土工布+1.0mmPP防滲膜+150g土工布的復(fù)合防滲膜的組合型防滲膜將整個(gè)收集池密封,在施工過(guò)程中應(yīng)保證基層清潔。

(5) 蓄水模塊拼接:將單個(gè)雨水收集模塊連續(xù)排布組合成雨水收集池,相鄰兩個(gè)模塊構(gòu)件通過(guò)凸凹承插連接組成一個(gè)蓄水單元;蓄水單元間縱橫向采用連接件進(jìn)行連接,最終拼合成雨水收集池。

(6) 進(jìn)水、取水檢查井安裝:進(jìn)水、取水檢查井選擇PP成品檢查井,安裝位置位于雨水收集池頂部,進(jìn)水檢查井與雨水收集管道連接,取水檢查井底部設(shè)有排泥泵、雨水提升泵。

(7) 清水池施工:清水池選擇PP模塊清水池,根據(jù)清水池尺寸和操作空間進(jìn)行基坑開(kāi)挖,然后用PP模塊進(jìn)行鋪設(shè)拼接,清水池取水檢查井選擇HDPE成品檢查井,安裝位置位于清水池頂部,底部設(shè)有用水泵。

(8) 消毒設(shè)施與用水管道施工:本技術(shù)系統(tǒng)采用紫外線消毒器進(jìn)行消毒,消毒器安裝在設(shè)備井內(nèi)。根據(jù)紫外線消毒器尺寸和維修空間確定設(shè)備井基坑的尺寸和深度。然后進(jìn)行基坑開(kāi)挖,用C25混凝土澆筑成紫外線消毒器設(shè)備井,并將紫外線消毒器置于井內(nèi)。用水管道選擇PPR管,并按安裝規(guī)范要求進(jìn)行標(biāo)識(shí),管道禁止安裝水龍頭,相應(yīng)地應(yīng)采取防止誤接、誤用、誤飲措施。

(9) 保護(hù)層回填:地下雨水回收系統(tǒng)完成后用土工布和PE防滲膜包裹好整個(gè)收集池,進(jìn)行下一步雨水池四周砌體砌筑,在收集池與砌體之間回填200mm厚的中砂,收集池頂部也用200mm厚中砂回填,最后進(jìn)行原土分層夯實(shí)回填。

3 施工管理措施分析

3.1 施工管理質(zhì)量措施分析

施工質(zhì)量是工程評(píng)價(jià)的核心指標(biāo),質(zhì)量的達(dá)標(biāo)與否直接影響著工程的竣工驗(yàn)收和后期的使用壽命。本技術(shù)所需施工材料應(yīng)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用。嚴(yán)格按照規(guī)范要求對(duì)雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行施工。PP模塊收集池施工前務(wù)必保證防滲層施工按照先后順序進(jìn)行,先鋪設(shè)150g加強(qiáng)土工布,再鋪設(shè)1.0mm厚PE防滲膜,最后再鋪設(shè)一層150g土工布,以確保收集池的防水性能。3P雨水處理器施工時(shí),應(yīng)保證雨水處理器檢查井進(jìn)水管道與出水管道有足夠的高度差,以確保后期對(duì)雨水處理的高效性。按照下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量檢查:模塊拼接嚴(yán)密、準(zhǔn)確;雨水收集池土工布包裹密封性能良好;管道連接緊密、正確;回填土質(zhì)和回填方式符合規(guī)范要求。必須根據(jù)施工圖和室外管網(wǎng)布局,對(duì)雨水回收系統(tǒng)進(jìn)行二次設(shè)計(jì),雨水回收的設(shè)計(jì)、材料規(guī)格和使用布局應(yīng)制定詳細(xì)的施工方案,經(jīng)過(guò)專家論證通過(guò)后方可施工。嚴(yán)格履行各級(jí)驗(yàn)收制度,每道工序施工完成應(yīng)組織監(jiān)理等多方單位驗(yàn)收。

3.2 施工管理安全措施分析

施工安全問(wèn)題是工程項(xiàng)目建設(shè)中的重中之重,施工開(kāi)工前對(duì)全體施工人員進(jìn)行安全教育和安全技術(shù)交底,堅(jiān)持每天班前、班后講安全,增強(qiáng)安全意識(shí),熟悉本工程的安全技術(shù)操作規(guī)程。開(kāi)工前對(duì)全體作業(yè)人員進(jìn)行施工技術(shù)交底和安全教育,增強(qiáng)全員安全意識(shí),熟悉工程安全技術(shù)規(guī)程。正確使用個(gè)人防護(hù)用品和安全防護(hù)設(shè)計(jì),進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)須佩戴安全帽,高空作業(yè)必須系好安全帶,特種作業(yè)人員須持證上崗。施工現(xiàn)場(chǎng)安放的防護(hù)設(shè)施、安全標(biāo)識(shí)和警示牌不得擅自拆除及挪動(dòng)。使用施工器械前應(yīng)提前檢查,確認(rèn)安全方可使用。電氣設(shè)備和線路保障絕緣,電線與金屬不能捆綁在一起。電動(dòng)工具必須按規(guī)定接零接地,并設(shè)置獨(dú)立開(kāi)關(guān)。在PP模塊雨水收集池施工前,確保收集池基坑邊坡支護(hù)到位,防止基坑坍塌。在雨季施工期間,進(jìn)、取水檢查井和PP模塊收集池要做抗浮計(jì)算,并采取相應(yīng)的抗浮措施。對(duì)于易燃易爆物品應(yīng)妥善保管,工程材料分類合理堆放,交通、施工信號(hào)標(biāo)志配備齊全,確保供電線路暢通、架設(shè)準(zhǔn)確。做好安全生產(chǎn)和文明施工。

3.3 施工管理環(huán)境措施分析

環(huán)境保護(hù)問(wèn)題也是工程項(xiàng)目建設(shè)中重要的環(huán)節(jié)之一,做好施工區(qū)域的環(huán)境保護(hù)工作,是符合國(guó)家法律規(guī)定的正確做法,對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)后期的評(píng)獎(jiǎng)評(píng)優(yōu)也有幫助。本工程采取了多方面的環(huán)境保護(hù)措施:現(xiàn)場(chǎng)加工剩料做到統(tǒng)一堆放,避免造成廢棄物污染,保持環(huán)境整潔;在各生產(chǎn)區(qū)域和施工場(chǎng)地設(shè)置足夠數(shù)量的環(huán)保廁所,建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)各施工場(chǎng)地的生活污水收集及處理系統(tǒng),并將污水處理后達(dá)標(biāo)排放,不將生活污水直接排入河中;成立對(duì)于場(chǎng)地、道路專門(mén)清掃管理隊(duì)伍,安排專人負(fù)責(zé)施工場(chǎng)地車輛進(jìn)出主干道的維護(hù)保潔,現(xiàn)場(chǎng)圍擋設(shè)施加裝花灑、場(chǎng)地配備灑水車和霧炮機(jī),在無(wú)雨日和揚(yáng)塵較多的時(shí)候進(jìn)行灑水降塵,以確保場(chǎng)地道路清潔,避免車輛運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生揚(yáng)塵;場(chǎng)地內(nèi)的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備應(yīng)合理放置,避免靠近受力結(jié)構(gòu)物和多套設(shè)備置于一處造成偏壓;在施工辦公、生活營(yíng)地配備垃圾桶,生活垃圾分開(kāi)收集或分揀,垃圾每日清理,以保持辦公生活區(qū)環(huán)境清潔。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

本次雨水收集綜合利用施工技術(shù)應(yīng)用在肇慶新區(qū)起步區(qū)硯陽(yáng)調(diào)洪湖水系綜合整治工程。對(duì)施工過(guò)程中雨水水質(zhì)特性和相關(guān)處理技術(shù)進(jìn)行深入分析。以雨水收集系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、凈化處理及回用系統(tǒng)為切入點(diǎn)[6],通過(guò)組合虹吸雨水斗、PP蓄水模塊、輕質(zhì)濾料系統(tǒng)為核心,有效將雨水進(jìn)行收集和凈化,并應(yīng)用在車輛沖洗、綠化用水、衛(wèi)生間沖水、屋面降溫等日常環(huán)境中,不但減少水資源的浪費(fèi),而且在改善施工環(huán)境的同時(shí),也為工程投產(chǎn)期的節(jié)水措施打下基礎(chǔ),以減少日后管理部門(mén)的用水成本,進(jìn)而提高工程整體效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種雨水收集綜合利用的施工技術(shù)。通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)建立污水、雨水回收系統(tǒng),將水資源進(jìn)行合理回收循環(huán)利用,以達(dá)到節(jié)約水資源的目的。并經(jīng)過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證,結(jié)果表明,該技術(shù)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)雨水回收、處理并再次利用,做到雨季儲(chǔ)水、用水季出水,很好地詮釋了“雨水收集回用”的概念,取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。