新型材料對雨水的收集與利用技術(shù)研究

1前言

城市化進程加快導(dǎo)致不透水地面增加，雨水徑流污染以及城市內(nèi)澇問題日益突出，綠色建筑作為一種可持續(xù)的建設(shè)模式，其雨水管理理念以及技術(shù)創(chuàng)新為解決上述問題提供了新思路，既有建筑改造過程中，往往面臨系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜與施工難度大等挑戰(zhàn)，因此，需要通過源頭減排、過程控制以及末端利用等多種措施，提高雨水資源化利用效率。山南樓項目貫徹“綠色與低碳，環(huán)保與節(jié)能\"理念，通過創(chuàng)新技術(shù)的集成應(yīng)用，實現(xiàn)了雨水的高效收集與利用，系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了地下水位與綠化面積、地下管線及空間布局等因素，對既有產(chǎn)業(yè)園區(qū)雨水利用具有示范意義。

2工程概況

2.1項目背景

山南樓雨水綜合利用項目地處上海市，由上海山南勘測設(shè)計有限公司建設(shè)實施，項目單位成立于2003年，是集工程勘察與測繪、監(jiān)測與檢測、城市工程物探、巖土工程設(shè)計、地基處理，以及土壤污染調(diào)查與修復(fù)為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)與科技“小巨人\"企業(yè)。隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，區(qū)域內(nèi)不透水地面不斷增加，導(dǎo)致雨水徑流污染加劇，城市內(nèi)澇頻發(fā)，因而亟需通過既有建筑改造提升區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。同時，區(qū)域內(nèi)用水需求持續(xù)攀升，傳統(tǒng)供水體系難以滿足日益增長的用水需求，通過構(gòu)建雨水收集利用系統(tǒng)，可有效緩解區(qū)域供水壓力。山南樓項目作為示范性工程，對推動區(qū)域雨水綜合利用技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

2.2項目特點

山南樓項目貫徹“綠色與低碳，環(huán)保與節(jié)能\"理念，在系統(tǒng)設(shè)計過程中充分考慮了地下水位、綠化面積、地下管線以及空間布局等因素，項目采用綠色屋頂與透水磚，透水混凝土與生態(tài)植草磚等設(shè)施，從源頭控制雨水徑流量，透水鋪裝率達到 70% ，有效減少了地表徑流污染，末端設(shè)置一體化雨水收集與處理工藝，創(chuàng)新性采用廢棄玻璃制成的玻璃輕石材料作為主要處理介質(zhì)，通過吸附與過濾與生物處理實現(xiàn)雨水凈化，項自雨水收集面積占地塊面積 80% 以上，經(jīng)多級處理后的雨水水質(zhì)穩(wěn)定，可用于綠化澆灌，道路沖洗與沖廁與洗車以及餐廳地面沖洗等多個場景，項目采用智能碳纖維模塊與玻璃輕石等新型材料對雨水進行全過程調(diào)蓄與凈化，實現(xiàn)了徑流總量以及徑流污染的雙重控制。

2.3設(shè)計目標(biāo)

山南樓項自總投資26萬元，旨在構(gòu)建高效的雨水資源化利用體系，在設(shè)計階段確立了明確的技術(shù)指標(biāo)：透水鋪裝率達到 70% ，雨水收集面積占地塊總面積的 80% 以上，雨水綜合利用率超過 20% ，通過設(shè)置綠色屋頂，采用由廢棄玻璃制成的玻璃輕石材料作為主要處理介質(zhì)，輔以智能碳纖維模塊進行調(diào)蓄與凈化，實現(xiàn)雨水全過程控制，系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了地下水位、綠化面積、地下管線以及空間布局等影響因素。通過多級處理確?；赜盟|(zhì)安全，處理后的雨水可滿足園區(qū)內(nèi)綠化澆灌、道路沖洗、沖廁、洗車以及餐廳地面沖洗等多種用水需求，最大限度實現(xiàn)雨水資源的綜合利用，該項目致力于成為

既有產(chǎn)業(yè)園區(qū)雨水利用改造的典型示范工程，為同類項目提供技術(shù)參考以及實踐經(jīng)驗。

3關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1源頭控制技術(shù)

山南樓項目在源頭控制設(shè)計中整合了多層次的雨水控制技術(shù)體系（圖1），綠色屋頂系統(tǒng)包括種植土層、蓄排水層、防水層等多層結(jié)構(gòu)，有效吸收以及滯留雨水，延緩了雨水進入市政管網(wǎng)的時間。地面系統(tǒng)采用透水磚、透水混凝土、生態(tài)植草磚三種透水鋪裝材料相結(jié)合的設(shè)計方案，將透水鋪裝率提升至 70% ，大幅降低了地表徑流系數(shù)。為確保雨水下滲效果，鋪裝結(jié)構(gòu)按照透水面層、找平層、基層以及墊層的形式進行設(shè)計，各層之間采用科學(xué)的級配比例，同時配套建設(shè)雨水收集管網(wǎng)系統(tǒng)，在關(guān)鍵節(jié)點設(shè)置過濾裝置以及檢查井，便于系統(tǒng)維護以及管理。綠色屋頂采用的植物品種為適宜本地氣候的耐旱植物，可有效減少維護成本，透水鋪裝材料的選擇充分考慮了材料強度、透水性能以及耐久性的平衡，確保長期使用效果。雨水收集管網(wǎng)系統(tǒng)采用合理的管徑設(shè)計以及坡度控制，保證雨水收集以及輸送效率。通過各項源頭控制措施的科學(xué)設(shè)計以及有機結(jié)合，項目構(gòu)建起完整的雨水控制體系，將雨水收集面積占地塊總面積的比例提升至 80% 及以上。

3.2末端處理技術(shù)

末端處理系統(tǒng)創(chuàng)新采用了一體化雨水收集與處理工藝，處理系統(tǒng)以廢棄玻璃制成的玻璃輕石材料作為主要處理介質(zhì)，具有優(yōu)良的吸附以及過濾性能，并集成了智能碳纖維模塊，提升了系統(tǒng)的調(diào)蓄與凈化能力。雨水經(jīng)收集進入一體化處理設(shè)備后，首先通過預(yù)處理去除大顆粒雜質(zhì)，隨后進人主體工藝單元進行深度處理，玻璃輕石材料通過其獨特的表面結(jié)構(gòu)以及吸附性能，可有效去除水中的懸浮物以及部分溶解性污染物。智能碳纖維模塊系統(tǒng)配備了水質(zhì)在線監(jiān)測裝置，可根據(jù)進水水質(zhì)特征自動調(diào)節(jié)處理參數(shù)，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，便于設(shè)備維護以及更換，大幅降低了運維成本。處理工藝的各個環(huán)節(jié)均設(shè)置了自動化控制裝置，可實現(xiàn)無人值守運行。通過源頭減排與末端凈化相結(jié)合的處理工藝，實現(xiàn)了對徑流總量以及徑流污染的雙重控制，處理后的雨水可直接用于綠化澆灌、道路沖洗等多種用途。

3.3雨水利用系統(tǒng)

山南樓項目雨水利用系統(tǒng)采用了分質(zhì)供水與分級利用的設(shè)計理念（圖2），通過智能模塊化設(shè)計，將收集的雨水分別用于綠化澆灌、道路沖洗、沖廁、洗車以及餐廳地面沖洗等不同場景。供水系統(tǒng)配置了水質(zhì)在線監(jiān)測裝置以及智能控制系統(tǒng)，可實時監(jiān)控水質(zhì)參數(shù)，確保供水安全?；赜霉芫W(wǎng)采用了防腐性能優(yōu)良的管材，延長了系統(tǒng)使用壽命，管網(wǎng)系統(tǒng)采用環(huán)狀布置，確保供水可靠性，并在關(guān)鍵節(jié)點設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測點以及流量調(diào)節(jié)閥門，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。系統(tǒng)設(shè)置了備用供水接口，在極端天氣或設(shè)備維護期間可切換至市政供水，保證用水安全4。項目總投資26萬元，系統(tǒng)運行后實現(xiàn)了雨水綜合利用率超過20% 的設(shè)計目標(biāo)，雨水利用效果顯著，減少了市政自來水的使用量，降低了運營成本。通過雨水的多級梯級利用，提高了水資源利用效率，體現(xiàn)了綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展理念。

4效益評估分析

4.1環(huán)境效益

山南樓項目實施后，通過源頭控制與末端處理相結(jié)合的技術(shù)體系，顯著改善了區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量（表1），透水鋪裝率達到 70% ，雨水收集面積占地塊面積 80% 以上，有效降低了地表徑流量。綠色屋頂系統(tǒng)大幅減少了建筑屋面徑流，延緩了雨峰時間，緩解了市政排水管網(wǎng)壓力。通過廢棄玻璃制成的玻璃輕石材料處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了雨水的高效凈化，處理后的雨水直接用于綠化澆灌、道路沖洗等用途5。項目采用智能碳纖維模塊對雨水進行調(diào)蓄與凈化，實現(xiàn)了徑流總量和徑流污染的雙重控制。通過一體化處理工藝，構(gòu)建了完整的雨水收集處理體系，最大限度發(fā)揮雨水資源價值，雨水綜合利用率超過20% ，每年可節(jié)約大量市政供水，減少了污水排放量，為區(qū)域水環(huán)境改善做出積極貢獻。該項目通過對雨水的科學(xué)收集以及合理利用，減少了地表徑流污染負荷，提升了區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

4.2社會效益

山南樓項目投資26萬元，通過雨水收集與利用系統(tǒng)的建設(shè)，為既有產(chǎn)業(yè)園區(qū)雨水利用樹立了示范樣板，項目采用綠色屋頂與透水鋪裝等設(shè)施，提升了建筑的景觀價值，改善了園區(qū)環(huán)境品質(zhì)。廢棄玻璃制成的玻璃輕石材料的創(chuàng)新應(yīng)用，體現(xiàn)了資源再生利用理念，推動了建筑垃圾資源化利用技術(shù)的發(fā)展。智能碳纖維模塊的應(yīng)用提升了雨水處理系統(tǒng)的智能化水平，為同類項目提供了技術(shù)借鑒。項目充分考慮地下水位、綠化面積、地下管線以及空間布局等因素，系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)合理，便于推廣應(yīng)用。經(jīng)處理后的雨水可用于園區(qū)的綠化澆灌、道路沖洗、食堂地面沖洗、沖廁等多種用途，滿足了不同用水需求，提高了資源利用效率。項自的實施對推動綠色建筑發(fā)展與促進海綿城市建設(shè)具有重要的示范意義，為既有建筑改造提供了可借鑒的技術(shù)路徑。

5結(jié)論

源頭采用綠色屋頂與透水鋪裝等設(shè)施控制徑流，透水鋪裝率達到 70% ，雨水收集面積占地塊面積 80% 以上。末端采用一體化處理工藝保證水質(zhì)，采用廢棄玻璃制成的玻璃輕石材料作為處理介質(zhì)。智能碳纖維模塊提升了系統(tǒng)運行效率，項目總投資26萬元，建成后雨水綜合利用率超過 20% ，實現(xiàn)了雨水在綠化澆灌、道路沖洗、沖廁、洗車以及餐廳地面沖洗等多場景的應(yīng)用，為周邊區(qū)域創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境。項目驗證了這套技術(shù)體系在既有建筑綠色改造中的應(yīng)用價值，系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了地下水位、綠化面積、地下管線以及空間布局等影響因素。未來，還需進一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，提高智能化水平，降低運行維護成本，為推動綠色建筑與海綿城市建設(shè)做出貢獻。

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