雨水收集综合利用施工技术及管理措施分析

冉东虎, 景东红, 王 强, 蒋 维

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院,浙江 杭州 310052;2.浙江同济科技职业学院,浙江 杭州 311231)

0 引 言

近年来,随着我国城市化进程的加快,各地的基建热潮也变得如火如荼,使得城市用水量需求在不断增加。[1]另外城市的透水面积越来越少,导致雨水资源无法得到很好利用,严重打破了水循环系统的平衡,违背绿色可持续发展战略。[2]因此需要封闭降水和对雨水收集综合利用,这能够缓解城区的雨洪灾害,控制雨水径流污染,改善生态环境。传统的雨水回收系统收集池采用混凝土浇筑,需建立雨水回收机房,并且整个雨水回收系统都放置在机房内,回收雨水效率低、收集池极容易渗漏。[3]本文提出的雨水收集综合利用施工技术充分考虑了收集利用的优缺点及适用条件,通过在施工现场建立污水、雨水回收系统,将水资源进行合理回收循环利用,以达到节约水资源的目的。实现节能减排、绿色施工的要求。[4]

1 雨水收集综合利用技术

1.1 技术简介

传统的雨水回收系统收集池采用混凝土浇筑,需建立雨水回收机房,整个雨水回收系统全部布置于机房内,不仅回收雨水效率低,收集池也极易渗漏。本文分析的施工技术是对封闭降水和雨水收集综合利用总结而成的。通过探讨工地雨水回收利用工程设计的常见工序,依据现实条件对雨水污染情况进行建模分析和现场监测,充分考虑收集利用的现实条件,分析工地可回收利用雨水的水质和水量要求,综合各系统规模的配合,研制出装配式PP模块雨水收集系统,不仅施工速度快、效率高,使用期限长久,而且可以保证能够高效地回收更多的雨水,保证回收的雨水长期储存于模块池内并保持良好的水质。

1.2 技术特点

(1)PP模块的雨水收集池放置于地下,不需要新建回收机房,不占用地上面积且储存收集雨水量大。

(2) 系统采用模块拼接组合装配,无须绑钢筋、浇混凝土,运输方便快捷、工期短;材料方面应考虑环保材料制作,外层用一层防渗膜和两层土工布包裹,既不会滋生微生物又能长时间保证雨水质量,避免了雨水收集池渗漏水问题。

(3) 系统配置初级过滤膜、安全分流井和弃流装置等组件,控制进入净水模块的雨水水质,避免优质雨水二次污染,减轻净水程序的负荷,节约成本,体现雨水综合利用的经济效益。

(4) 系统配置弃流控制装置,该装置利用多点信号调控弃流水量。选择最佳弃流量,收集更多优质雨水。另外系统设置雨水处理装置进行净水流程,确保处理后的水质能够达标,实现用水的安全可靠。

1.3 技术原理

本次施工项目部路面按照雨水收集的标准建设,坡度满足雨水排水要求,周边设置充足的雨水收集口。如图1所示,雨水经汇集后首先通过自动弃流过滤装置拦截初期雨水,当拦截水量达到程序设定值视为结束,雨水进入收集池储存,多余雨水排放至市政雨水管网。此外雨水在收集池内先进行沉淀,收集池内设有排泥装置,用于对雨水进行初期过滤。当需要用水时,利用提升泵将收集池内雨水提升至3P分散式雨水处理器,经处理后的雨水流入清水池,清水池内雨水需加压并经紫外线消毒后才能排至用水管网[4]。

图1 PP模块雨水收集系统原理图

PP模块的材料是可再生聚乙烯,采用不同规格的网格状平板拼装成箱体,然后将每个箱体摆放成连续的雨水蓄水池,模块蓄水空间可达95%。雨水弃流管标高须高于安全分流井井底,雨水汇集管和弃流管标高相同。分流井与弃流控制器通过管道连接,井内安装有检测水质的传感器,通过水质信号传输至弃流控制器以控制与分流井的连接断开与否。分流井内的管道并非直接接触井底,应留有一定距离作为沉泥空间,另外将井底设计成可渗水结构,便于清理。雨水先到达分流井后流入弃流控制井,弃流控制器前端设计的格栅是用于拦截大颗粒物体,栅条之间相距3mm。弃流控制器由PLC系统远程控制,具有处理降雨频次、雨量、PH、暴雨倒灌等进行记忆处理,根据测试数据调整弃流时间和流量,便于收集优质雨水[5]。雨水初期径流弃流后的水质为:CODCr:70～110mg/L;SS:20～40mg/L;色度:10～40 度,一般以初期2～3mm降雨径流为界进行弃流和收集。

雨水弃流完成后将收集的雨水统一汇入收集池,收集池主要由PP模块拼接而成,能够收集、储存、调蓄雨水。降水时把雨水径流的高峰流量储存至收集池,当蓄水量达到100m3时,关闭径流入口,等到最大流量下降后将雨水从收集池中缓慢排出。这种方式既能避开雨水高峰,实现循环利用;又能避免收集池雨水污染,对排水调度起到积极效应。

收集完成后的雨水通过雨水提升泵进入3P分散式雨水处理器,如图2所示,该处理器将沉淀、过滤、吸附等工艺融为一体,只需要靠势能差就能在处理器完成雨水处理全过程。经过处理后的雨水汇入清水池储存,该清水池由PP模块拼接而成,安装有自动补水装置。当净化雨水供应量不足时会自动补水,清水池内的清水经加压和紫外线消毒后可流入用水管网。

图2 清水池内清水经紫外线消毒器用原理图

该雨水收集系统雨水处理效率非常高,根据用水量计算,用水量为38m3/h,雨水净化处理能力约为10m3/h,平均每天该系统运行4h。处理后的雨水水质指标满足表1指标。

表1 处理后雨水水质指标

2 雨水收集综合利用施工工艺

2.1 施工准备

本技术的主要材料包括:PP模块、自动弃流过滤装置、排泥泵、提升泵、3P雨水处理器、加压装置、紫外线消毒器、补水装置等。选用的主要机具设备为:切割机、挖掘机、铲车、震动夯机、手推车、砂浆搅拌机、角磨机、冲击钻、电锤、水准仪及放线工具、热熔器、PPR管剪等。本技术所需材料的主要性能指标如表2所示。

表2 材料主要性能指标

2.2 施工工艺

本技术的主要施工流程:场地规划→基坑开挖→基层处理、底板浇筑→下部防渗层铺设→模块拼接→进、取水检查井安装→清水池施工→消毒设施与用水管道施工→保护层回填→其他机电设备安装→系统调试运行。

(1) 场地规划:根据工程现状和周边道路地下管线布置,规划好雨水回收系统的位置。

(2) 基坑开挖:根据蓄水模块的容量9 000×6 000×2 000cm以及操作空间的需求确定需要开挖的基坑合适尺寸和深度。开挖过程中分层分段进行,每层开挖50～60cm,并做好边坡的加固措施,以防止基坑坍塌。

(3) 基层处理、底板浇筑:基坑开挖完成后,需在基坑底部进行场地平整和素土夯实,夯实系数不小于0.94,然后选择C20混凝土浇筑250mm厚的基层。

(4) 下部防渗层铺设:基坑基层浇筑完成后,先进行基层清洁,然后进行防渗层铺设,防渗层材料为150g加强型土工布+1.0mmPP防渗膜+150g土工布的复合防渗膜的组合型防渗膜将整个收集池密封,在施工过程中应保证基层清洁。

(5) 蓄水模块拼接:将单个雨水收集模块连续排布组合成雨水收集池,相邻两个模块构件通过凸凹承插连接组成一个蓄水单元;蓄水单元间纵横向采用连接件进行连接,最终拼合成雨水收集池。

(6) 进水、取水检查井安装:进水、取水检查井选择PP成品检查井,安装位置位于雨水收集池顶部,进水检查井与雨水收集管道连接,取水检查井底部设有排泥泵、雨水提升泵。

(7) 清水池施工:清水池选择PP模块清水池,根据清水池尺寸和操作空间进行基坑开挖,然后用PP模块进行铺设拼接,清水池取水检查井选择HDPE成品检查井,安装位置位于清水池顶部,底部设有用水泵。

(8) 消毒设施与用水管道施工:本技术系统采用紫外线消毒器进行消毒,消毒器安装在设备井内。根据紫外线消毒器尺寸和维修空间确定设备井基坑的尺寸和深度。然后进行基坑开挖,用C25混凝土浇筑成紫外线消毒器设备井,并将紫外线消毒器置于井内。用水管道选择PPR管,并按安装规范要求进行标识,管道禁止安装水龙头,相应地应采取防止误接、误用、误饮措施。

(9) 保护层回填:地下雨水回收系统完成后用土工布和PE防渗膜包裹好整个收集池,进行下一步雨水池四周砌体砌筑,在收集池与砌体之间回填200mm厚的中砂,收集池顶部也用200mm厚中砂回填,最后进行原土分层夯实回填。

3 施工管理措施分析

3.1 施工管理质量措施分析

施工质量是工程评价的核心指标,质量的达标与否直接影响着工程的竣工验收和后期的使用寿命。本技术所需施工材料应符合质量标准,经检验合格后方可使用。严格按照规范要求对雨水收集系统进行施工。PP模块收集池施工前务必保证防渗层施工按照先后顺序进行,先铺设150g加强土工布,再铺设1.0mm厚PE防渗膜,最后再铺设一层150g土工布,以确保收集池的防水性能。3P雨水处理器施工时,应保证雨水处理器检查井进水管道与出水管道有足够的高度差,以确保后期对雨水处理的高效性。按照下列标准进行质量检查:模块拼接严密、准确;雨水收集池土工布包裹密封性能良好;管道连接紧密、正确;回填土质和回填方式符合规范要求。必须根据施工图和室外管网布局,对雨水回收系统进行二次设计,雨水回收的设计、材料规格和使用布局应制定详细的施工方案,经过专家论证通过后方可施工。严格履行各级验收制度,每道工序施工完成应组织监理等多方单位验收。

3.2 施工管理安全措施分析

施工安全问题是工程项目建设中的重中之重,施工开工前对全体施工人员进行安全教育和安全技术交底,坚持每天班前、班后讲安全,增强安全意识,熟悉本工程的安全技术操作规程。开工前对全体作业人员进行施工技术交底和安全教育,增强全员安全意识,熟悉工程安全技术规程。正确使用个人防护用品和安全防护设计,进入施工现场须佩戴安全帽,高空作业必须系好安全带,特种作业人员须持证上岗。施工现场安放的防护设施、安全标识和警示牌不得擅自拆除及挪动。使用施工器械前应提前检查,确认安全方可使用。电气设备和线路保障绝缘,电线与金属不能捆绑在一起。电动工具必须按规定接零接地,并设置独立开关。在PP模块雨水收集池施工前,确保收集池基坑边坡支护到位,防止基坑坍塌。在雨季施工期间,进、取水检查井和PP模块收集池要做抗浮计算,并采取相应的抗浮措施。对于易燃易爆物品应妥善保管,工程材料分类合理堆放,交通、施工信号标志配备齐全,确保供电线路畅通、架设准确。做好安全生产和文明施工。

3.3 施工管理环境措施分析

环境保护问题也是工程项目建设中重要的环节之一,做好施工区域的环境保护工作,是符合国家法律规定的正确做法,对于项目建设后期的评奖评优也有帮助。本工程采取了多方面的环境保护措施:现场加工剩料做到统一堆放,避免造成废弃物污染,保持环境整洁;在各生产区域和施工场地设置足够数量的环保厕所,建设、运行和维护各施工场地的生活污水收集及处理系统,并将污水处理后达标排放,不将生活污水直接排入河中;成立对于场地、道路专门清扫管理队伍,安排专人负责施工场地车辆进出主干道的维护保洁,现场围挡设施加装花洒、场地配备洒水车和雾炮机,在无雨日和扬尘较多的时候进行洒水降尘,以确保场地道路清洁,避免车辆运行过程中产生扬尘;场地内的动力机械设备应合理放置,避免靠近受力结构物和多套设备置于一处造成偏压;在施工办公、生活营地配备垃圾桶,生活垃圾分开收集或分拣,垃圾每日清理,以保持办公生活区环境清洁。

4 工程应用实例

本次雨水收集综合利用施工技术应用在肇庆新区起步区砚阳调洪湖水系综合整治工程。对施工过程中雨水水质特性和相关处理技术进行深入分析。以雨水收集系统、储存系统、净化处理及回用系统为切入点[6],通过组合虹吸雨水斗、PP蓄水模块、轻质滤料系统为核心,有效将雨水进行收集和净化,并应用在车辆冲洗、绿化用水、卫生间冲水、屋面降温等日常环境中,不但减少水资源的浪费,而且在改善施工环境的同时,也为工程投产期的节水措施打下基础,以减少日后管理部门的用水成本,进而提高工程整体效益。

5 结束语

本文提出了一种雨水收集综合利用的施工技术。通过在施工现场建立污水、雨水回收系统,将水资源进行合理回收循环利用,以达到节约水资源的目的。并经过工程实例验证,结果表明,该技术能够自动实现雨水回收、处理并再次利用,做到雨季储水、用水季出水,很好地诠释了“雨水收集回用”的概念,取得了显著的社会效益和经济效益。