雨水收集綜合利用施工技術及管理措施分析

冉東虎, 景東紅, 王 強, 蔣 維

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院,浙江 杭州 310052;2.浙江同濟科技職業學院,浙江 杭州 311231)

0 引 言

近年來,隨著我國城市化進程的加快,各地的基建熱潮也變得如火如荼,使得城市用水量需求在不斷增加。[1]另外城市的透水面積越來越少,導致雨水資源無法得到很好利用,嚴重打破了水循環系統的平衡,違背綠色可持續發展戰略。[2]因此需要封閉降水和對雨水收集綜合利用,這能夠緩解城區的雨洪災害,控制雨水徑流污染,改善生態環境。傳統的雨水回收系統收集池采用混凝土澆筑,需建立雨水回收機房,并且整個雨水回收系統都放置在機房內,回收雨水效率低、收集池極容易滲漏。[3]本文提出的雨水收集綜合利用施工技術充分考慮了收集利用的優缺點及適用條件,通過在施工現場建立污水、雨水回收系統,將水資源進行合理回收循環利用,以達到節約水資源的目的。實現節能減排、綠色施工的要求。[4]

1 雨水收集綜合利用技術

1.1 技術簡介

傳統的雨水回收系統收集池采用混凝土澆筑,需建立雨水回收機房,整個雨水回收系統全部布置于機房內,不僅回收雨水效率低,收集池也極易滲漏。本文分析的施工技術是對封閉降水和雨水收集綜合利用總結而成的。通過探討工地雨水回收利用工程設計的常見工序,依據現實條件對雨水污染情況進行建模分析和現場監測,充分考慮收集利用的現實條件,分析工地可回收利用雨水的水質和水量要求,綜合各系統規模的配合,研制出裝配式PP模塊雨水收集系統,不僅施工速度快、效率高,使用期限長久,而且可以保證能夠高效地回收更多的雨水,保證回收的雨水長期儲存于模塊池內并保持良好的水質。

1.2 技術特點

(1)PP模塊的雨水收集池放置于地下,不需要新建回收機房,不占用地上面積且儲存收集雨水量大。

(2) 系統采用模塊拼接組合裝配,無須綁鋼筋、澆混凝土,運輸方便快捷、工期短;材料方面應考慮環保材料制作,外層用一層防滲膜和兩層土工布包裹,既不會滋生微生物又能長時間保證雨水質量,避免了雨水收集池滲漏水問題。

(3) 系統配置初級過濾膜、安全分流井和棄流裝置等組件,控制進入凈水模塊的雨水水質,避免優質雨水二次污染,減輕凈水程序的負荷,節約成本,體現雨水綜合利用的經濟效益。

(4) 系統配置棄流控制裝置,該裝置利用多點信號調控棄流水量。選擇最佳棄流量,收集更多優質雨水。另外系統設置雨水處理裝置進行凈水流程,確保處理后的水質能夠達標,實現用水的安全可靠。

1.3 技術原理

本次施工項目部路面按照雨水收集的標準建設,坡度滿足雨水排水要求,周邊設置充足的雨水收集口。如圖1所示,雨水經匯集后首先通過自動棄流過濾裝置攔截初期雨水,當攔截水量達到程序設定值視為結束,雨水進入收集池儲存,多余雨水排放至市政雨水管網。此外雨水在收集池內先進行沉淀,收集池內設有排泥裝置,用于對雨水進行初期過濾。當需要用水時,利用提升泵將收集池內雨水提升至3P分散式雨水處理器,經處理后的雨水流入清水池,清水池內雨水需加壓并經紫外線消毒后才能排至用水管網[4]。

圖1 PP模塊雨水收集系統原理圖

PP模塊的材料是可再生聚乙烯,采用不同規格的網格狀平板拼裝成箱體,然后將每個箱體擺放成連續的雨水蓄水池,模塊蓄水空間可達95%。雨水棄流管標高須高于安全分流井井底,雨水匯集管和棄流管標高相同。分流井與棄流控制器通過管道連接,井內安裝有檢測水質的傳感器,通過水質信號傳輸至棄流控制器以控制與分流井的連接斷開與否。分流井內的管道并非直接接觸井底,應留有一定距離作為沉泥空間,另外將井底設計成可滲水結構,便于清理。雨水先到達分流井后流入棄流控制井,棄流控制器前端設計的格柵是用于攔截大顆粒物體,柵條之間相距3mm。棄流控制器由PLC系統遠程控制,具有處理降雨頻次、雨量、PH、暴雨倒灌等進行記憶處理,根據測試數據調整棄流時間和流量,便于收集優質雨水[5]。雨水初期徑流棄流后的水質為:CODCr:70～110mg/L;SS:20～40mg/L;色度:10～40 度,一般以初期2～3mm降雨徑流為界進行棄流和收集。

雨水棄流完成后將收集的雨水統一匯入收集池,收集池主要由PP模塊拼接而成,能夠收集、儲存、調蓄雨水。降水時把雨水徑流的高峰流量儲存至收集池,當蓄水量達到100m3時,關閉徑流入口,等到最大流量下降后將雨水從收集池中緩慢排出。這種方式既能避開雨水高峰,實現循環利用;又能避免收集池雨水污染,對排水調度起到積極效應。

收集完成后的雨水通過雨水提升泵進入3P分散式雨水處理器,如圖2所示,該處理器將沉淀、過濾、吸附等工藝融為一體,只需要靠勢能差就能在處理器完成雨水處理全過程。經過處理后的雨水匯入清水池儲存,該清水池由PP模塊拼接而成,安裝有自動補水裝置。當凈化雨水供應量不足時會自動補水,清水池內的清水經加壓和紫外線消毒后可流入用水管網。

圖2 清水池內清水經紫外線消毒器用原理圖

該雨水收集系統雨水處理效率非常高,根據用水量計算,用水量為38m3/h,雨水凈化處理能力約為10m3/h,平均每天該系統運行4h。處理后的雨水水質指標滿足表1指標。

表1 處理后雨水水質指標

2 雨水收集綜合利用施工工藝

2.1 施工準備

本技術的主要材料包括:PP模塊、自動棄流過濾裝置、排泥泵、提升泵、3P雨水處理器、加壓裝置、紫外線消毒器、補水裝置等。選用的主要機具設備為:切割機、挖掘機、鏟車、震動夯機、手推車、砂漿攪拌機、角磨機、沖擊鉆、電錘、水準儀及放線工具、熱熔器、PPR管剪等。本技術所需材料的主要性能指標如表2所示。

表2 材料主要性能指標

2.2 施工工藝

本技術的主要施工流程:場地規劃→基坑開挖→基層處理、底板澆筑→下部防滲層鋪設→模塊拼接→進、取水檢查井安裝→清水池施工→消毒設施與用水管道施工→保護層回填→其他機電設備安裝→系統調試運行。

(1) 場地規劃:根據工程現狀和周邊道路地下管線布置,規劃好雨水回收系統的位置。

(2) 基坑開挖:根據蓄水模塊的容量9 000×6 000×2 000cm以及操作空間的需求確定需要開挖的基坑合適尺寸和深度。開挖過程中分層分段進行,每層開挖50～60cm,并做好邊坡的加固措施,以防止基坑坍塌。

(3) 基層處理、底板澆筑:基坑開挖完成后,需在基坑底部進行場地平整和素土夯實,夯實系數不小于0.94,然后選擇C20混凝土澆筑250mm厚的基層。

(4) 下部防滲層鋪設:基坑基層澆筑完成后,先進行基層清潔,然后進行防滲層鋪設,防滲層材料為150g加強型土工布+1.0mmPP防滲膜+150g土工布的復合防滲膜的組合型防滲膜將整個收集池密封,在施工過程中應保證基層清潔。

(5) 蓄水模塊拼接:將單個雨水收集模塊連續排布組合成雨水收集池,相鄰兩個模塊構件通過凸凹承插連接組成一個蓄水單元;蓄水單元間縱橫向采用連接件進行連接,最終拼合成雨水收集池。

(6) 進水、取水檢查井安裝:進水、取水檢查井選擇PP成品檢查井,安裝位置位于雨水收集池頂部,進水檢查井與雨水收集管道連接,取水檢查井底部設有排泥泵、雨水提升泵。

(7) 清水池施工:清水池選擇PP模塊清水池,根據清水池尺寸和操作空間進行基坑開挖,然后用PP模塊進行鋪設拼接,清水池取水檢查井選擇HDPE成品檢查井,安裝位置位于清水池頂部,底部設有用水泵。

(8) 消毒設施與用水管道施工:本技術系統采用紫外線消毒器進行消毒,消毒器安裝在設備井內。根據紫外線消毒器尺寸和維修空間確定設備井基坑的尺寸和深度。然后進行基坑開挖,用C25混凝土澆筑成紫外線消毒器設備井,并將紫外線消毒器置于井內。用水管道選擇PPR管,并按安裝規范要求進行標識,管道禁止安裝水龍頭,相應地應采取防止誤接、誤用、誤飲措施。

(9) 保護層回填:地下雨水回收系統完成后用土工布和PE防滲膜包裹好整個收集池,進行下一步雨水池四周砌體砌筑,在收集池與砌體之間回填200mm厚的中砂,收集池頂部也用200mm厚中砂回填,最后進行原土分層夯實回填。

3 施工管理措施分析

3.1 施工管理質量措施分析

施工質量是工程評價的核心指標,質量的達標與否直接影響著工程的竣工驗收和后期的使用壽命。本技術所需施工材料應符合質量標準,經檢驗合格后方可使用。嚴格按照規范要求對雨水收集系統進行施工。PP模塊收集池施工前務必保證防滲層施工按照先后順序進行,先鋪設150g加強土工布,再鋪設1.0mm厚PE防滲膜,最后再鋪設一層150g土工布,以確保收集池的防水性能。3P雨水處理器施工時,應保證雨水處理器檢查井進水管道與出水管道有足夠的高度差,以確保后期對雨水處理的高效性。按照下列標準進行質量檢查:模塊拼接嚴密、準確;雨水收集池土工布包裹密封性能良好;管道連接緊密、正確;回填土質和回填方式符合規范要求。必須根據施工圖和室外管網布局,對雨水回收系統進行二次設計,雨水回收的設計、材料規格和使用布局應制定詳細的施工方案,經過專家論證通過后方可施工。嚴格履行各級驗收制度,每道工序施工完成應組織監理等多方單位驗收。

3.2 施工管理安全措施分析

施工安全問題是工程項目建設中的重中之重,施工開工前對全體施工人員進行安全教育和安全技術交底,堅持每天班前、班后講安全,增強安全意識,熟悉本工程的安全技術操作規程。開工前對全體作業人員進行施工技術交底和安全教育,增強全員安全意識,熟悉工程安全技術規程。正確使用個人防護用品和安全防護設計,進入施工現場須佩戴安全帽,高空作業必須系好安全帶,特種作業人員須持證上崗。施工現場安放的防護設施、安全標識和警示牌不得擅自拆除及挪動。使用施工器械前應提前檢查,確認安全方可使用。電氣設備和線路保障絕緣,電線與金屬不能捆綁在一起。電動工具必須按規定接零接地,并設置獨立開關。在PP模塊雨水收集池施工前,確保收集池基坑邊坡支護到位,防止基坑坍塌。在雨季施工期間,進、取水檢查井和PP模塊收集池要做抗浮計算,并采取相應的抗浮措施。對于易燃易爆物品應妥善保管,工程材料分類合理堆放,交通、施工信號標志配備齊全,確保供電線路暢通、架設準確。做好安全生產和文明施工。

3.3 施工管理環境措施分析

環境保護問題也是工程項目建設中重要的環節之一,做好施工區域的環境保護工作,是符合國家法律規定的正確做法,對于項目建設后期的評獎評優也有幫助。本工程采取了多方面的環境保護措施:現場加工剩料做到統一堆放,避免造成廢棄物污染,保持環境整潔;在各生產區域和施工場地設置足夠數量的環保廁所,建設、運行和維護各施工場地的生活污水收集及處理系統,并將污水處理后達標排放,不將生活污水直接排入河中;成立對于場地、道路專門清掃管理隊伍,安排專人負責施工場地車輛進出主干道的維護保潔,現場圍擋設施加裝花灑、場地配備灑水車和霧炮機,在無雨日和揚塵較多的時候進行灑水降塵,以確保場地道路清潔,避免車輛運行過程中產生揚塵;場地內的動力機械設備應合理放置,避免靠近受力結構物和多套設備置于一處造成偏壓;在施工辦公、生活營地配備垃圾桶,生活垃圾分開收集或分揀,垃圾每日清理,以保持辦公生活區環境清潔。

4 工程應用實例

本次雨水收集綜合利用施工技術應用在肇慶新區起步區硯陽調洪湖水系綜合整治工程。對施工過程中雨水水質特性和相關處理技術進行深入分析。以雨水收集系統、儲存系統、凈化處理及回用系統為切入點[6],通過組合虹吸雨水斗、PP蓄水模塊、輕質濾料系統為核心,有效將雨水進行收集和凈化,并應用在車輛沖洗、綠化用水、衛生間沖水、屋面降溫等日常環境中,不但減少水資源的浪費,而且在改善施工環境的同時,也為工程投產期的節水措施打下基礎,以減少日后管理部門的用水成本,進而提高工程整體效益。

5 結束語

本文提出了一種雨水收集綜合利用的施工技術。通過在施工現場建立污水、雨水回收系統,將水資源進行合理回收循環利用,以達到節約水資源的目的。并經過工程實例驗證,結果表明,該技術能夠自動實現雨水回收、處理并再次利用,做到雨季儲水、用水季出水,很好地詮釋了“雨水收集回用”的概念,取得了顯著的社會效益和經濟效益。