天津市濱海機場航站樓雨水回用系統(tǒng)設(shè)計及研制

彭 晶，楊躍敏，王珊珊，佟海燕

（中國民航大學機場學院， 天津 300300）

天津市濱海機場航站樓雨水回用系統(tǒng)設(shè)計及研制

彭 晶，楊躍敏，王珊珊，佟海燕

（中國民航大學機場學院， 天津 300300）

機場雨水具有水量大、水質(zhì)好的特點，目前國內(nèi)機場多以景觀池方式進行蓄水，并未利用雨水分擔機場內(nèi)人員的用水需求。針對航站樓的自有優(yōu)勢，設(shè)計了雨水回用系統(tǒng)，系統(tǒng)包括棄流、凈化及收集三大模塊，通過各模塊相互協(xié)調(diào)，自動將雨水分級優(yōu)化處理，達到一水多用的目的。同時，結(jié)合多重濾芯等先進技術(shù)，對雨水回用系統(tǒng)進行了研制，成型裝置不僅實現(xiàn)了設(shè)計要求，并且能夠?qū)τ晁赜玫母鱾€環(huán)節(jié)進行可視化管理，該研究對機場水資源的開發(fā)、利用與節(jié)約工作具有重要的指導意義。

天津機場；航站樓；雨水回用；分級處理

1 研究背景

隨著經(jīng)濟發(fā)展，中國可用淡水資源短缺問題日益嚴重，如何高效利用淡水資源迫在眉睫。據(jù)統(tǒng)計，中國年降雨量超過5 000萬億m3，且水質(zhì)較好，據(jù)國內(nèi)外雨水利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計，凡年降雨量在250 mm以上的地區(qū)都可進行雨水的開發(fā)利用。

機場航站樓占地面積相對較大，屋面的雨水量相當可觀。國外機場雨水利用技術(shù)優(yōu)先于我國，特別是在歐洲國家，如法蘭克福機場內(nèi)有較為成熟的雨水收集系統(tǒng)，系統(tǒng)管網(wǎng)達200 km，設(shè)有23個雨水收集區(qū)，可收集儲存雨水10萬m3；巴黎奧利機場將雨水收集用于航站樓的空調(diào)冷卻，截至2005年，平均每年可節(jié)省7萬m3水資源；倫敦希斯羅機場平均每年收集5.9萬m3雨水，其利用率達到85%。雨水的利用在環(huán)保的同時也能為機場節(jié)省部分水費的開支，如新加坡樟宜機場每月可以收集6.35萬m3雨水用于沖洗廁所和航站樓的空調(diào)系統(tǒng)，每年可以節(jié)省水費約39萬美元；蘇黎世機場每年大約收集1萬m3雨水，收集的雨水主要用來沖洗廁所；在布魯塞爾機場，屋頂裝有6個10 m3的雨水蓄水箱，直接連在管網(wǎng)中用來沖洗廁所。也有屋頂蓄水池中的雨水用于植被灌溉，如在亞特蘭大機場航站樓屋頂裝有3個11.37 m3的蓄水箱收集雨水，每個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]。

國內(nèi)機場的雨水利用起步較晚，應用的案例也較少，但少數(shù)采用了雨水利用工程的機場也都取得了較好的環(huán)保收益。如，上海浦東[2]和虹橋機場都利用飛行區(qū)調(diào)節(jié)水池和圍場河來收集場區(qū)內(nèi)的雨水，用以清洗跑道和綠化澆灌；南昌昌北國際機場、常州機場[3]等利用景觀湖調(diào)蓄、收集雨水，基本可滿足場區(qū)內(nèi)綠化澆灌和景觀用水的需求。北京首都機場[4]T3A航站樓的壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)也是國內(nèi)較為先進的雨水收集系統(tǒng)。

2 研究目標

由于集水面的條件不同，不同集水面上的降水徑流水質(zhì)也差異巨大。機場航站樓屋面雨水只受大氣污染物和屋面污染物的影響，水質(zhì)遠遠好于地面雨水，因此單獨收集屋面雨水，可降低雨水處理成本并提高處理標準。

綜合國內(nèi)外機場雨水利用工程分析[5]，大部分機場采用屋面、地面雨水混合收集模式，少部分機場采用屋面雨水單獨回收模式，但用途也大多是補充景觀用水、綠化澆灌等，完全忽視了屋面雨水水質(zhì)較好的特點。

為探究屋面雨水的更多用途，需要對屋面雨水水質(zhì)進行分析。筆者以天津市濱海國際機場航站樓的屋面雨水為例，經(jīng)天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，得到水質(zhì)分析報告，詳見表1。

表1 雨水水質(zhì)分析結(jié)果

處理后的雨水水質(zhì)一般按照《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）以及《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749-2006）中的相關(guān)水質(zhì)要求進行評定，水質(zhì)標準見表2。

表2 水質(zhì)標準

通過對比可以看出，航站樓屋面雨水水質(zhì)較高，不加處理即滿足雜用水回用標準，稍加處理可滿足生活飲用水水質(zhì)標準。因此，筆者擬設(shè)計一款可達到飲用水水質(zhì)標準的雨水凈化裝置，實現(xiàn)飲用和非飲用兩種用途。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應用

3.1 雨水處理流程

本研究所設(shè)計的雨水回用裝置可以直接與航站樓的雨水管連接，具體處理流程如圖1所示。

圖1 雨水處理流程

3.2 雨水回用裝置

航站樓雨水回用裝置由棄流裝置、收集裝置和分級凈化處理裝置[6]三部分組成，如圖2所示。收集裝置置于下層，分為兩個腔室，分別為一級沉淀池和二級集水箱。一級沉淀池前加設(shè)沖擊板，使雨水進入池中達到較穩(wěn)定狀態(tài)。水溢滿的過程即為一次沉淀的過程，相當于進行了初步過濾；滿水部分通過連通管進入二級集水箱，且水位達到5處水信號傳感器時，4處的水泵啟動，水流提升至上層的各個濾芯中。凈化裝置置于總裝置上層，每個裝置可安置5個可換濾芯，水流經(jīng)水泵加壓后，從濾芯由內(nèi)向外滲流，達到過濾效果。濾芯結(jié)構(gòu)分為3層，如圖3所示。其中，第1層（標號6）為PP棉濾芯，能有效去除所過濾液體中的各種顆粒雜質(zhì)。PP棉為多層式深度結(jié)構(gòu)，納污量大，過濾流量大，壓差小，不含任何化學黏合劑，更衛(wèi)生、安全，耐酸、堿、有機溶液、油類，有良好的化學穩(wěn)定性，集表面、深層、粗精濾為一體，具有流量大、耐腐蝕、耐高壓、低成本等特點，既可用以阻擋水中的鐵銹、泥沙、蟲卵等大顆粒物質(zhì)，亦可過濾自來水中直徑大于5 μm的膠體雜質(zhì)、微泥、鐵銹、蟲卵和有機污染礦物質(zhì)雜物等。第2層（標號7）為活性顆粒炭，對水質(zhì)凈化有極好的效果，它不但能除去異臭異味，提高水的純凈度，同時對水中各種雜質(zhì)如氯、酚、砷、鉛、氰化物、農(nóng)藥等有害物質(zhì)也有很高的去除率。第3層（標號8）為后置活性炭，可改善水質(zhì)口感。

圖2 雨水回用裝置設(shè)計及實物

圖3 濾芯示意及實物

此外，還有RO反滲透膜裝置。RO反滲透膜利用反滲透技術(shù)可將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物及膠體等雜質(zhì)去除，以獲得高質(zhì)量可飲用水。將RO反滲透膜置于二期凈化池底端，當凈化池中水位達到預定水位時，RO小型水泵啟動，并向RO反滲透裝置中送水，二期凈化水經(jīng)裝置過濾后分兩級水源輸出，一級為可飲用水，一級為可接觸皮膚水。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、使用簡單，具有如下優(yōu)點：①占地面積小，適用性廣。整個裝置置于雨水井附近，不占用過多地面區(qū)域。②雨水利用率高，過濾速度快。裝置采用分級凈化處理、雙水泵分級凈化，出水質(zhì)量可有效區(qū)分利用，既可得到可接觸皮膚水，也可得到飲用水，極大地提高了水的利用率。③濾芯價格低廉，方便更換。過濾裝置中的濾芯采用市場通用型合成濾芯，主要是PP棉、活性炭為主的低價過濾物質(zhì)，符合節(jié)能環(huán)保理念。④水質(zhì)分級處理，合理利用。裝置采用RO反滲透裝置，能夠分級處理二級凈化池中的水，基本實現(xiàn)飲用水和可接觸水1∶3的輸水效率，實現(xiàn)分級合理利用。⑤全自動工作，無需人工監(jiān)測。裝置中設(shè)有兩個水信號感應器，可自動啟動二級集水箱和二級凈化池中的水泵，實現(xiàn)達到預定水位自動輸送。

目前，國內(nèi)對于航站樓雨水的利用不甚重視，因此該方面的研究較少，而本研究所論及的航站樓雨水收集及凈化裝置則盡可能地解決這一問題。該裝置利用水的分級處理措施以及水信號感應器等設(shè)備將雨水處理為可接觸皮膚水及可飲用水，可用于室內(nèi)養(yǎng)魚、植物澆灌和日常清洗，符合安全、綠色、環(huán)保、節(jié)能的理念。但更經(jīng)濟高效的過濾材料是該裝置的關(guān)鍵，需進一步研究發(fā)現(xiàn)。

[1]彭晶，岳潤超，張鑫明.機場雨水資源利用現(xiàn)狀研究[J].給水排水，2016，42（S）：208-210.

[2]徐建初，林建海，黃渝.雨水回用在上海浦東國際機場的應用研究[J].給水排水，2007，33（5）：90-93.

[3]紀振，丁磊，付爾康.常州機場雨水利用工程設(shè)計及運行[J].給水排水，2013，39（S）：432-434.

[4]秦林，徐志通，高俊斌.首都機場T3A航站樓壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)方案[J].給水排水，2009，35（10）：89-92.

[5]胡先瓊，李艷.深圳機場擴建工程雨洪利用可行性研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2008（5）：17-19.

[6]劉杰，王劍飛，趙鵬芳.雨水回用在國內(nèi)某大型機場的應用探討[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

全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201610059028）；中國民航大學機場工程研究基地開放基金（JCGC2015KFJJ006）；中國民航大學科研啟動基金（2013QD11X）

彭晶（1985—），女，博士，講師，主要從事機場雨水利用、防洪研究工作。