雨水收集回用系統(tǒng)在營房工程的應用研究

隨著人口和經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，水資源的需求量也迅速增長。我國是世界貧水國家之一，淡水資源僅有世界人均水量的1/4。全國600多座城市中，有近400座缺水或嚴重缺水，且均呈遞增趨勢。有限的水資源已經(jīng)逐漸影響著社會的發(fā)展和人們的生活，新興的雨水收集系統(tǒng)為水資源的開發(fā)利用開拓了一個廣闊的領(lǐng)域。

我國的雨水利用起步較晚，主要集中在一些缺水地區(qū)。大中城市的雨水利用基本處于探索與研究階段，發(fā)展勢頭良好。盡管技術(shù)尚未成熟，但已經(jīng)體現(xiàn)出了一定明顯的經(jīng)濟效益。

1 工程概況

某營房工程處于南部沿海地區(qū)，受海洋季風性氣候影響，常年雨量充沛，年平均降水量為1313mm，年降水量最低744mm，最高2411mm。該工程靠近大海，包括宿舍樓和俱樂部兩棟主體建筑，綠化面積包括建筑物及廣場周邊近6000m2的草坪，日生活用水及綠化區(qū)澆水量較大，雨水收集回用有較大的應用潛力。為響應國家關(guān)于節(jié)能環(huán)保的號召，針對本工程的實際特點，設(shè)計時引入了雨水資源收集回用的理念。

本工程兩棟建筑屋面為2500m2的混凝土硬化屋面，雨水可收集率較高。場區(qū)人形、車行地面按實際使用功能選用硬質(zhì)混凝土地面，且因雨水入滲對土壤的透水性能及地下水位高度有嚴格要求。所以本工程僅考慮屋面雨水的收集回用（屋面雨水系統(tǒng)屬有壓排水管道，故陽臺及走廊雨水不予收集）。

2 雨水收集主要構(gòu)筑物及設(shè)備

屋面雨水經(jīng)雨水斗收集后，進行過濾消毒處理，由泵房加壓供水設(shè)備供給樓層衛(wèi)生間沖廁、道路及綠化帶澆水使用，主要由雨水池、棄流池、過濾器、清水池、泵房、供水設(shè)備組成，雨水收集回用系統(tǒng)示意如圖1所示。

（1）雨水池：用于收集儲存屋面雨水，進行初步沉淀去泥。經(jīng)計算，雨水池有效容積選為400m3，平面尺寸約為20m×9m，池內(nèi)有效水深2.2m，設(shè)置兩臺雙絞刀潛污泵用于抽水，參數(shù)為Q＝10m3/h，H＝38m。

（2）棄流池：由于降雨的偶然性，導致雨水收集時間的不確定性。因此，設(shè)置容積式雨水棄流池將初期雨水及超過設(shè)計水位的雨水及時溢流，接入室外雨水排水管網(wǎng)。棄流池容積選為8m3。棄流池另設(shè)置一臺雙絞刀潛污泵，用于定期清污排泥，參數(shù)為Q＝8.5m3/h，H＝15m。

圖1 雨水收集回用系統(tǒng)示意圖

圖2 清水池低水位示意

（3）過濾器：雨水進入清水池之前，采用一臺GJA－250型單流式機械過濾器進行過濾，目的在于進一步降低雨水濁度。過濾器尺寸為Φ2500mm，Q＝49m3/h，反沖洗污水通過管道直接排入室外污水管網(wǎng)。

（4）清水池：用于儲存過濾后的清水，向雜用水供水管網(wǎng)補水。有效容積選為40 m3，平面尺寸約為5m×4m，池內(nèi)有效水深2m，設(shè)置潛污泵水位控制器，控制雨水池兩臺潛污泵的開啟和關(guān)閉工作。

（5）泵房：平面尺寸3m×8m，室內(nèi)放置整套變頻供水設(shè)備。

（6）供水設(shè)備：由1臺氣壓式壓力水罐、4臺立式多級清水泵、1臺變頻恒壓集成控制柜及配套管道設(shè)施組成。其中氣壓式壓力水罐用于調(diào)節(jié)和維持管道內(nèi)壓力，3臺清水泵用于回用供水，1臺清水泵用于反沖洗過濾器。控制柜用于所有設(shè)備的用電及程序控制。

3 供水設(shè)備工作原理及流程

首先根據(jù)實際需要，設(shè)定供水管道壓力值。當衛(wèi)生間或綠化帶用水導致管道壓力低于設(shè)定值后，變頻供水設(shè)備將立即啟動水泵，并根據(jù)壓力變化情況，控制啟動水泵的臺數(shù)，從清水池抽水維持管道設(shè)定壓力值。

（1）當清水池內(nèi)水位下降到設(shè)定最低水位以下時，設(shè)備暫停工作，同時，水位控制器啟動雨水池潛污泵，雨水經(jīng)過濾后進入清水池，如圖2所示。

（2）當清水池內(nèi)水位到達設(shè)定最高水位后，控制器就下達指令，潛污泵停止工作，設(shè)備重新運行，如圖3所示。

（3）當降雨量不足導致雨水池水位過低時，人工開啟清水補水管閥門，補充清水池水量維持設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。如此循環(huán)，保證衛(wèi)生間及綠化帶用水。

4 施工注意事項及應對措施

4.1 雨水池基坑支護

根據(jù)勘察報告，基礎(chǔ)埋深在地下水穩(wěn)定水位以下0.5～0.8m。經(jīng)驗算，雨水池自重已完全能滿足抗浮要求。

雨水池基坑緊挨施工臨時主道路，開挖較深會影響道路的穩(wěn)定性和承載能力，而開挖斷面土質(zhì)為以中砂為主的人工填土，孔隙潛水較為豐富，也極易造成基坑坍塌，而且基礎(chǔ)面處于地下水位以下，漲潮時地下水位上升對基礎(chǔ)施工極為不利。針對此情況，項目部決定采用集水井降水。在基坑開挖完畢后，立即用木樁和木板進行護坡支護，并沿墊層四周設(shè)置一條寬0.8米的排水溝，在兩個角點設(shè)置兩臺水泵，連續(xù)進行抽水，基本確保了基坑無集水，后續(xù)的混凝土施工較為順利。

圖3 清水池高水位示意

4.2 水池排污清理

為便于池底的清潔和防止沉淀物淤積，雨水池底應保證有一定坡度。施工中，按約5‰的坡度向潛污泵找坡，池底清污工作變得順利。

4.3 池體開透氣孔

水池應開設(shè)透氣孔與外界保持連通，維持水池內(nèi)正常的水壓。為了保證當降雨量積累達到溢流水位時閥門井不被灌水，雨水池體的3個通氣孔均開在雨水池的頂板，用砂網(wǎng)覆蓋。

5 應用評估分析

5.1 水質(zhì)檢測評估

經(jīng)運轉(zhuǎn)試驗檢測，衛(wèi)生間在用水穩(wěn)定后，水質(zhì)較為清澈，基本無污濁物，經(jīng)抽樣檢測，其中CODCr指標和SS指標滿足國家現(xiàn)行關(guān)于衛(wèi)生間沖廁和綠化水質(zhì)CODCr≤30mg/L，SS≤10mg/L的標準要求，水質(zhì)對潔具和草坪均無不利影響。

5.2 運行情況

雨水收集回用系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制運行，基本不需人工操作，由于采用的均是定型化產(chǎn)品設(shè)備，質(zhì)量可靠，運行狀況良好，維護成本低。

5.3 社會效益

雨水收集回用系統(tǒng)對場區(qū)每年大量流失的雨水進行了回收再利用，提高了雨水使用率，對于提高城市雨水排除系統(tǒng)可靠性，減少城市洪澇起到了積極的作用。

5.4 經(jīng)濟效益

（1）年收集雨水情況：根據(jù)降雨量資料，屋面年收集降雨量3283～6028m3，按湛江市自來水費2.5元/m3計算，每年節(jié)約水費8027～15069元。

（2）耗電情況分析：系統(tǒng)年耗電量為2200～2600kwh，按湛江市電費0.63元/ kwh計算，每年支出電費1386～1638元。

（3）無雨季節(jié)耗電分析：無雨季節(jié)，需市政自來水向清水池補水，因未利用市政管網(wǎng)壓力而消耗的電量約為800kwh，折合電費504元/年。

綜合上述分析，雨水收集系統(tǒng)年節(jié)約開支6317～13179元/年。據(jù)測算，回用雨水的運行成本要低于再生污水－中水，總成本低于異地調(diào)水的成本。因此雨水收集回用在經(jīng)濟上是可行的，特別是缺水和自來水價高的城市，雨水回用的經(jīng)濟效益更加明顯。

6 小結(jié)

雨水利用是水資源綜合利用的一種新的系統(tǒng)工程，具有良好的節(jié)水效能和環(huán)境生態(tài)效益。建筑區(qū)雨水利用系統(tǒng)，以其良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境生態(tài)效益適應了城市的現(xiàn)狀和需求，促進了城市的生態(tài)化、健康化發(fā)展，應用前景必將十分廣闊。