天津市滨海机场航站楼雨水回用系统设计及研制

彭 晶，杨跃敏，王珊珊，佟海燕

（中国民航大学机场学院， 天津 300300）

天津市滨海机场航站楼雨水回用系统设计及研制

彭 晶，杨跃敏，王珊珊，佟海燕

（中国民航大学机场学院， 天津 300300）

机场雨水具有水量大、水质好的特点，目前国内机场多以景观池方式进行蓄水，并未利用雨水分担机场内人员的用水需求。针对航站楼的自有优势，设计了雨水回用系统，系统包括弃流、净化及收集三大模块，通过各模块相互协调，自动将雨水分级优化处理，达到一水多用的目的。同时，结合多重滤芯等先进技术，对雨水回用系统进行了研制，成型装置不仅实现了设计要求，并且能够对雨水回用的各个环节进行可视化管理，该研究对机场水资源的开发、利用与节约工作具有重要的指导意义。

天津机场；航站楼；雨水回用；分级处理

1 研究背景

随着经济发展，中国可用淡水资源短缺问题日益严重，如何高效利用淡水资源迫在眉睫。据统计，中国年降雨量超过5 000万亿m3，且水质较好，据国内外雨水利用数据统计，凡年降雨量在250 mm以上的地区都可进行雨水的开发利用。

机场航站楼占地面积相对较大，屋面的雨水量相当可观。国外机场雨水利用技术优先于我国，特别是在欧洲国家，如法兰克福机场内有较为成熟的雨水收集系统，系统管网达200 km，设有23个雨水收集区，可收集储存雨水10万m3；巴黎奥利机场将雨水收集用于航站楼的空调冷却，截至2005年，平均每年可节省7万m3水资源；伦敦希斯罗机场平均每年收集5.9万m3雨水，其利用率达到85%。雨水的利用在环保的同时也能为机场节省部分水费的开支，如新加坡樟宜机场每月可以收集6.35万m3雨水用于冲洗厕所和航站楼的空调系统，每年可以节省水费约39万美元；苏黎世机场每年大约收集1万m3雨水，收集的雨水主要用来冲洗厕所；在布鲁塞尔机场，屋顶装有6个10 m3的雨水蓄水箱，直接连在管网中用来冲洗厕所。也有屋顶蓄水池中的雨水用于植被灌溉，如在亚特兰大机场航站楼屋顶装有3个11.37 m3的蓄水箱收集雨水，每个蓄水箱在雨期平均每月可以收集到36.37 m3的雨水，用以灌溉植物[1]。

国内机场的雨水利用起步较晚，应用的案例也较少，但少数采用了雨水利用工程的机场也都取得了较好的环保收益。如，上海浦东[2]和虹桥机场都利用飞行区调节水池和围场河来收集场区内的雨水，用以清洗跑道和绿化浇灌；南昌昌北国际机场、常州机场[3]等利用景观湖调蓄、收集雨水，基本可满足场区内绿化浇灌和景观用水的需求。北京首都机场[4]T3A航站楼的压力流屋面雨水排水系统也是国内较为先进的雨水收集系统。

2 研究目标

由于集水面的条件不同，不同集水面上的降水径流水质也差异巨大。机场航站楼屋面雨水只受大气污染物和屋面污染物的影响，水质远远好于地面雨水，因此单独收集屋面雨水，可降低雨水处理成本并提高处理标准。

综合国内外机场雨水利用工程分析[5]，大部分机场采用屋面、地面雨水混合收集模式，少部分机场采用屋面雨水单独回收模式，但用途也大多是补充景观用水、绿化浇灌等，完全忽视了屋面雨水水质较好的特点。

为探究屋面雨水的更多用途，需要对屋面雨水水质进行分析。笔者以天津市滨海国际机场航站楼的屋面雨水为例，经天津市产品质量监督检验中心检测，得到水质分析报告，详见表1。

表1 雨水水质分析结果

处理后的雨水水质一般按照《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920-2002）以及《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）中的相关水质要求进行评定，水质标准见表2。

表2 水质标准

通过对比可以看出，航站楼屋面雨水水质较高，不加处理即满足杂用水回用标准，稍加处理可满足生活饮用水水质标准。因此，笔者拟设计一款可达到饮用水水质标准的雨水净化装置，实现饮用和非饮用两种用途。

3 系统结构及应用

3.1 雨水处理流程

本研究所设计的雨水回用装置可以直接与航站楼的雨水管连接，具体处理流程如图1所示。

图1 雨水处理流程

3.2 雨水回用装置

航站楼雨水回用装置由弃流装置、收集装置和分级净化处理装置[6]三部分组成，如图2所示。收集装置置于下层，分为两个腔室，分别为一级沉淀池和二级集水箱。一级沉淀池前加设冲击板，使雨水进入池中达到较稳定状态。水溢满的过程即为一次沉淀的过程，相当于进行了初步过滤；满水部分通过连通管进入二级集水箱，且水位达到5处水信号传感器时，4处的水泵启动，水流提升至上层的各个滤芯中。净化装置置于总装置上层，每个装置可安置5个可换滤芯，水流经水泵加压后，从滤芯由内向外渗流，达到过滤效果。滤芯结构分为3层，如图3所示。其中，第1层（标号6）为PP棉滤芯，能有效去除所过滤液体中的各种颗粒杂质。PP棉为多层式深度结构，纳污量大，过滤流量大，压差小，不含任何化学黏合剂，更卫生、安全，耐酸、碱、有机溶液、油类，有良好的化学稳定性，集表面、深层、粗精滤为一体，具有流量大、耐腐蚀、耐高压、低成本等特点，既可用以阻挡水中的铁锈、泥沙、虫卵等大颗粒物质，亦可过滤自来水中直径大于5 μm的胶体杂质、微泥、铁锈、虫卵和有机污染矿物质杂物等。第2层（标号7）为活性颗粒炭，对水质净化有极好的效果，它不但能除去异臭异味，提高水的纯净度，同时对水中各种杂质如氯、酚、砷、铅、氰化物、农药等有害物质也有很高的去除率。第3层（标号8）为后置活性炭，可改善水质口感。

图2 雨水回用装置设计及实物

图3 滤芯示意及实物

此外，还有RO反渗透膜装置。RO反渗透膜利用反渗透技术可将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量可饮用水。将RO反渗透膜置于二期净化池底端，当净化池中水位达到预定水位时，RO小型水泵启动，并向RO反渗透装置中送水，二期净化水经装置过滤后分两级水源输出，一级为可饮用水，一级为可接触皮肤水。

4 结论

本系统结构合理、使用简单，具有如下优点：①占地面积小，适用性广。整个装置置于雨水井附近，不占用过多地面区域。②雨水利用率高，过滤速度快。装置采用分级净化处理、双水泵分级净化，出水质量可有效区分利用，既可得到可接触皮肤水，也可得到饮用水，极大地提高了水的利用率。③滤芯价格低廉，方便更换。过滤装置中的滤芯采用市场通用型合成滤芯，主要是PP棉、活性炭为主的低价过滤物质，符合节能环保理念。④水质分级处理，合理利用。装置采用RO反渗透装置，能够分级处理二级净化池中的水，基本实现饮用水和可接触水1∶3的输水效率，实现分级合理利用。⑤全自动工作，无需人工监测。装置中设有两个水信号感应器，可自动启动二级集水箱和二级净化池中的水泵，实现达到预定水位自动输送。

目前，国内对于航站楼雨水的利用不甚重视，因此该方面的研究较少，而本研究所论及的航站楼雨水收集及净化装置则尽可能地解决这一问题。该装置利用水的分级处理措施以及水信号感应器等设备将雨水处理为可接触皮肤水及可饮用水，可用于室内养鱼、植物浇灌和日常清洗，符合安全、绿色、环保、节能的理念。但更经济高效的过滤材料是该装置的关键，需进一步研究发现。

[1]彭晶，岳润超，张鑫明.机场雨水资源利用现状研究[J].给水排水，2016，42（S）：208-210.

[2]徐建初，林建海，黄渝.雨水回用在上海浦东国际机场的应用研究[J].给水排水，2007，33（5）：90-93.

[3]纪振，丁磊，付尔康.常州机场雨水利用工程设计及运行[J].给水排水，2013，39（S）：432-434.

[4]秦林，徐志通，高俊斌.首都机场T3A航站楼压力流屋面雨水排水系统方案[J].给水排水，2009，35（10）：89-92.

[5]胡先琼，李艳.深圳机场扩建工程雨洪利用可行性研究[J].中国农村水利水电，2008（5）：17-19.

[6]刘杰，王剑飞，赵鹏芳.雨水回用在国内某大型机场的应用探讨[J].山西建筑，2013，39（29）：128-129.

TU248.6；TU991.14

A

1004-7328（2017）05-0024-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.05.008

2017—05—21

全国大学生创新创业项目（201610059028）；中国民航大学机场工程研究基地开放基金（JCGC2015KFJJ006）；中国民航大学科研启动基金（2013QD11X）

彭晶（1985—），女，博士，讲师，主要从事机场雨水利用、防洪研究工作。