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(yè)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(huán)系統(tǒng)的平衡,違背綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)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(qū)的雨洪災害,控制雨水徑流污染,改善生態(tài)環(huán)境。傳統(tǒng)的雨水回收系統(tǒng)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(tǒng)都放置在機房內(nèi),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(yōu)缺點及適用條件,通過在施工現(xiàn)場建立污水、雨水回收系統(tǒng),將水資源進行合理回收循環(huán)利用,以達到節(jié)約水資源的目的。實現(xiàn)節(jié)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(tǒng)的雨水回收系統(tǒng)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(tǒng)全部布置于機房內(nèi),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(jù)現(xiàn)實條件對雨水污染情況進行建模分析和現(xiàn)場監(jiān)測,充分考慮收集利用的現(xiàn)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(tǒng)規(guī)模的配合,研制出裝配式PP模塊雨水收集系統(tǒng),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(nèi)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(tǒng)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(huán)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(tǒng)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(yōu)質雨水二次污染,減輕凈水程序的負荷,節(jié)約成本,體現(xiàn)雨水綜合利用的經(jīng)濟效益。

(4) 系統(tǒng)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(yōu)質雨水。另外系統(tǒng)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(xiàn)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(jīng)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(wǎng)。此外雨水在收集池內(nèi)先進行沉淀,收集池內(nèi)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(nèi)雨水提升至3P分散式雨水處理器,經(jīng)處理后的雨水流入清水池,清水池內(nèi)雨水需加壓并經(jīng)紫外線消毒后才能排至用水管網(wǎng)[4]。

圖1 PP模塊雨水收集系統(tǒng)原理圖

PP模塊的材料是可再生聚乙烯,采用不同規(guī)格的網(wǎng)格狀平板拼裝成箱體,然后將每個箱體擺放成連續(xù)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(nèi)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(nèi)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(tǒng)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(jù)測試數(shù)據(jù)調整棄流時間和流量,便于收集優(yōu)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(tǒng)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(xiàn)循環(huán)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(jīng)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(nèi)的清水經(jīng)加壓和紫外線消毒后可流入用水管網(wǎng)。

圖2 清水池內(nèi)清水經(jīng)紫外線消毒器用原理圖

該雨水收集系統(tǒng)雨水處理效率非常高,根據(jù)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)調試運行。

(1) 場地規(guī)劃:根據(jù)工程現(xiàn)狀和周邊道路地下管線布置,規(guī)劃好雨水回收系統(tǒng)的位置。

(2) 基坑開挖:根據(jù)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(shù)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(xù)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(jù)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(tǒng)采用紫外線消毒器進行消毒,消毒器安裝在設備井內(nèi)。根據(jù)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(nèi)。用水管道選擇PPR管,并按安裝規(guī)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(tǒng)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(jīng)檢驗合格后方可使用。嚴格按照規(guī)范要求對雨水收集系統(tǒng)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(guī)范要求。必須根據(jù)施工圖和室外管網(wǎng)布局,對雨水回收系統(tǒng)進行二次設計,雨水回收的設計、材料規(guī)格和使用布局應制定詳細的施工方案,經(jīng)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(jiān)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(guī)程。開工前對全體作業(yè)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(guī)程。正確使用個人防護用品和安全防護設計,進入施工現(xiàn)場須佩戴安全帽,高空作業(yè)必須系好安全帶,特種作業(yè)人員須持證上崗。施工現(xiàn)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(guī)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(chǎn)和文明施工。

3.3 施工管理環(huán)境措施分析

環(huán)境保護問題也是工程項目建設中重要的環(huán)節(jié)之一,做好施工區(qū)域的環(huán)境保護工作,是符合國家法律規(guī)定的正確做法,對于項目建設后期的評獎評優(yōu)也有幫助。本工程采取了多方面的環(huán)境保護措施:現(xiàn)場加工剩料做到統(tǒng)一堆放,避免造成廢棄物污染,保持環(huán)境整潔;在各生產(chǎn)區(qū)域和施工場地設置足夠數(shù)量的環(huán)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(tǒng),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(xiàn)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(chǎn)生揚塵;場地內(nèi)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(qū)環(huán)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(qū)起步區(qū)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(tǒng)、儲存系統(tǒng)、凈化處理及回用系統(tǒng)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(tǒng)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(wèi)生間沖水、屋面降溫等日常環(huán)境中,不但減少水資源的浪費,而且在改善施工環(huán)境的同時,也為工程投產(chǎn)期的節(jié)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(xiàn)場建立污水、雨水回收系統(tǒng),將水資源進行合理回收循環(huán)利用,以達到節(jié)約水資源的目的。并經(jīng)過工程實例驗證,結果表明,該技術能夠自動實現(xiàn)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(jīng)濟效益。