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【绿建讲堂】雨水收集净化利用技术及市场应用(绿建之窗腾讯课堂2015年12月10号第76期)

时间:2016/2/17 14:23:09   作者:绿建之窗   来源:绿建之窗   阅读:1241   评论:0
内容摘要:本期【绿建大讲堂】由无锡摩顶科技有限公司副总经理陶建强为大家讲解雨水收集净化利用技术及市场应用。
【绿建大讲堂】——微信频道系列讲座是绿建之窗(www.gbwindows.cn)独家主办的核心栏目,绿建之窗编辑部每周四晚20:00,在绿建之窗微信群中在线进行主题讲座,微信频道系列讲座将会邀请涉及绿色建筑全生命周期链条中的众多专家进行不同领域的知识点解读。如需加入或者申请讲座,请联系绿建之窗微信群管理员:微信号13466617113。

【主讲人】陶建强
 
【简介】2004年毕业于苏州科技大学土木工程学院,从事商业地产设计开发十余年,2014年进入水处理行业,现为无锡摩顶科技有限公司副总经理。公司专注海绵城市雨污水生态利用节水运营。通过把雨水、生活污水生态处理,成为可循环利用的公共用水,使用水单位节省约60-100%的水费,采用合同管理模式投资建设,分享运营后节水部分的收益。

【讲座导读】本期【绿建大讲堂】由无锡摩顶科技有限公司副总经理陶建强为大家讲解雨水收集净化利用技术及市场应用。

【讲座实录】

一、海绵城市建设载体简介

    海绵城市定义:指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将储存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设应遵循生态优先等原则,将自然途径与人工措施相结合,在确保城市排水防涝安全的前提下,最大限度地实现雨水在城市区域的积存,渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境保护。在海绵城市的建设过程中,应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性,协调给水、排水等水循环利用各环节,并考虑其复杂性和长期性。

    核心目标是维持场地开发前后径流不变。

    海绵城市的建设,强调优先利用绿色、生态化的“弹性”或“柔性”设施,并注重与传统的“刚性”工程设施进行有效衔接。通过“刚柔相济”,建立和完善城市的“海绵体”,强化对城市径流雨水的排放控制与管理,实现缓解城市内涝,削减径流污染负荷、提高雨水资源化水平、降低暴雨内涝控制成本、改善城市景观等多重目标,最终为城市构建起可持续、健康的水循环系统。

    海绵社区结构:通过绿色屋顶、透水铺装、下沉式绿地、植草沟、雨水花园等载体来现。

    海绵社区的运作流程为:1单体建筑的雨水管理。2、居住区道路与公共绿地的雨水管理。如图1所示。

【绿建讲堂】雨水收集净化利用技术及市场应用(绿建之窗腾讯课堂2015年12月10号第76期)

图1 海绵社区运作流程

    海绵建筑结构:通过绿色屋顶、建筑绿墙、雨水花园、蓄水池等载体实现。

    海绵建筑运作流程:1、应用绿色屋顶、建筑绿墙、雨水花园三种设施对屋顶、立面、落水管的雨水进行源头管理;2、超设计标准的雨水,利用附属场地的绿化区域的雨水花园、树池、雨水口、透水铺装等LID雨水设计,进行雨水的综合管理。如图2所示。

【绿建讲堂】雨水收集净化利用技术及市场应用(绿建之窗腾讯课堂2015年12月10号第76期)

图2海绵建筑运作流程

    海绵道路结构:通过透水铺装、下沉式绿地、植草沟等载体实现。

    海绵道路的运作流程为:1、最大限度减少道路的不透水面积,在人行道及车流量较少的行车道应用透水铺装;2道路路面标高应高于周边绿化,将路面雨水径流引入周边绿化带。如图3所示。

【绿建讲堂】雨水收集净化利用技术及市场应用(绿建之窗腾讯课堂2015年12月10号第76期)

图3海绵道路运作流程

    海绵公园结构:通过雨水花园、透水铺装、植草沟等载体实现。

    海绵公园运作流程:1、公园绿地内设较大规模的雨水湿地,消纳、净化和利用雨水;2、道路、停车场等硬化铺装采用透水材料,周边绿地为低势绿地,绿地内设雨水花园;3边缘区域内部雨水管理景观设施相互连通,获取最大雨水管理能力。如图4所示。

【绿建讲堂】雨水收集净化利用技术及市场应用(绿建之窗腾讯课堂2015年12月10号第76期)

图4 海绵公园运作流程

    海绵滨水区结构:通过雨水花园、植物缓冲带、生物滞留池等载体实现。

    海绵滨水区运作流程:1、消纳绿道内部径流;2、将周边广场、停车场、居住区的雨水径流引入滨水区,通过滨水区公共绿地内布置雨水花园、植物缓冲带、生物滞留池等,对雨水径流进行滞留,净化、传输,在进入河湖水系;3、避免雨水径流通过雨水干道直接排入水体,造成水体污染及浪费。如图5所示。

【绿建讲堂】雨水收集净化利用技术及市场应用(绿建之窗腾讯课堂2015年12月10号第76期)

图5 海绵滨水区运作流程

二、雨水收集与利用系统介绍

国内外雨水收集与利用现状分析

    据统计,全国600多座城市中,有近400座城市缺水或严重缺水。特别在一些大型、超大型城市,水资源供求矛盾更加尖锐,直接影响到人们的生活、生产和社会发展。水资源短缺已经成为影响和制约我国经济社会可持续发展的重要因素之一。随着我国城镇化的高速发展,将对水资源和水环境造成更大的压力。雨水利用是解决水资源紧缺与经济社会发展之间矛盾,缓解城市水危机、改善城市水环境的有效措施。 

国外城市雨水利用概况

    德国是欧洲开展雨水利用工程最好的国家之一。德国雨水利用技术已经进入标准化、产业化阶段。在澳大利亚,许多新开发的居民点附近的停车场、人行道铺的都是采用了透水性很强的地砖,并在地下修建地下蓄水管网。而目在新建的道路上,路两旁的树底下甚至预留了积水孔,道路上的雨水不是流入下水道,而是通过路旁的积水孔直接被存蓄到树下面的积水池。日本的城市雨水资源利用在亚洲是开展最早的。在有“花园式城市”、“花园式国家”美誉的新加坡,无论是道路两旁、街道周边、海边还是建筑物周围,到处都是树木花草。这些绿化都是自动浇灌的,而且都有雨水利用装置。 

国内城市雨水利用现状 

    我国雨水资源利用的思想具有悠久的历史,从新疆的“坎儿井”到北京北海团城的“倒梯形方砖、集水涵洞" 雨水利用工程,都是古代雨水利用的典范。但相对于发达国家大规模的城市雨水资源利用,我国真正意义上的城市雨水资源研究与利用起步较晚,自90年代起,北京、上海、天津、大连、哈尔滨、西安、郑州等城市开始结合自身的具体情况相继开展雨水资源利用的研究和应用。近年来,我国城市开始逐步重视雨水源头控制和综合管理。与发达国家相比,我国在城市雨水滞留、集蓄利用及人工促渗补充地下水领域,无论在研究还是在工程经验方面均存在明显差距,需要更多的关注和深入研究,在应用中不断总结完善。

雨水收集利用的意义

资源效益 

    雨水利用直接增加了可供水量,减少了市政供水量,缓和了城市供水的供需矛盾,是一种立足本地水资源、解决水资源短缺的现实可行的有效措施。1997年,全国城市雨洪量约为8l亿m3,按40%的资源化率计算,可利用的雨洪量为32.5亿m3。随着城市水资源短缺程度的进一步加剧,雨水的资源价值越来越突出。

环境效益

    雨水利用能减少地下水开采量,有效补充地下水,防止地下漏斗扩大和地面下沉。雨水利用减少了城市雨水的外排量,直接减少了雨水径流挟带的污染物数量,使得进入城市水体的面源污染大为减少,促进了城市水环境的改善。 

经济效益

    雨水利用减轻了城市给排水设施的负荷,降低了城市供排水设施的规模,节省了城市供排水设施的基建投资与运行费用。
    雨水利用能增加可用水量,减少因水资源短缺造成的国家财政收入损失。据了解,目前全国六百多个城市日平均缺水1000万m3,造成国家财政收入年减少200亿元,相当于每缺水l m3损失5.48元。

社会效益

    雨水利用不仅与机关、企事业单位、社会团体相关,同时也与广大市民的生活和环境息息相关,需要全社会的共同参与。全社会的共同参与是开展雨水利用的坚实基础,是城市水资源可持续利用的必备条件。

雨水收集与利用系统技术分析

    雨水收集系统概念:将雨水根据需求进行收集后,并经过对收集的雨水进行处理后达到符合设计使用标准的系统。目前多数由弃流过滤系统、蓄水系统、净化系统组成。

雨水收集系统的组成

    集水区:是一个确定的表面区域。收集降落的雨水一般来自于屋顶表面、地面、墙体。
    输水系统:将水从集水区转输到贮水系统的渠道或者管道。
    屋顶冲洗系统:该系统可以过滤并且去除污染物和碎屑,包括初期的弃流装置。
    贮水系统:用做贮水收集雨水的地方。
    配送系统: 利用重力或泵配送雨水的系统。
    净化系统:包括过滤设备、净化装置和用于沉淀、过滤和消毒的添加剂。

雨水收集系统的优点

   (1)可以为附近的使用者提供自给自足的供水方式。
   (2)减少了直接用水泵抽取地下水的需要,降低了施工成本。
   (3)提供矿物质含量低的高品质软水。
   (4)经过景观和农田的处理后,雨水进入到地下含水层,可增大地下水的供应量并提高水质。
   (5)可以将盐分通过溶解和下移而排除土壤,减少甚至消除土壤中的盐分。
   (6)可以缓解城市洪涝,进一步减少了城市的水土流失。
   (7)比其他水源更经济。
   (8)在沿海地区,咸水浸入含水层是一个问题,雨水水质良好,补充到地下 水时可降低地下水的含盐量,同时有助于维持淡水和咸水交界面的平衡。
   (9)雨水收集的经济效益:可以减少对市政用水的使用和依赖。

【绿建讲堂】雨水收集净化利用技术及市场应用(绿建之窗腾讯课堂2015年12月10号第76期)

图6 雨水收集系统流程图

    如图6所示,雨水收集利用系统的构成:下垫面雨水-管道系统-初期弃流系统-沉淀过滤系统-PP模块雨水收集池-雨水回用。

    初期雨水经过多道预处理环节,保证了所收集雨水的水质。采用蓄水模块进行蓄水,有效保证了蓄水水质,同时不占用空间,施工简单、方便,更加环保、安全。通过压力控制泵和雨水控制器可以很方便地将雨水送至用水点,同时雨水控制器可以实时反应雨水蓄水池的水位状况,从而到达用水点。

绿色建筑雨水利用要点

因地制宜,科学规划 

    南北气候条件差别很大,降雨量和降雨特点差异很大。各地应在认真调查分析当地降雨特点等自然条件基础上,在技术经济比较的基础上,合理确定雨水利用方案和规模,做到切实提高雨水利用系统的运行效率和经济效益。 

控制初期雨水径流污染

    由于初降雨时形成的雨水径流挟带大气和汇水面上的各种污染物质,所以形成的初期雨水径流是雨水径流中污染最严重的部分。在雨水直接利用系统中,应对初期雨水径流进行弃流处理,减少对雨水处理设施的影响,提高雨水利用系统的运行效率和安全可靠性。

合理选择雨水处理技术

    由于雨水在降落和径流过程中受到了污染,一般需要根据用途进行相应处理才能满足使用要求。由于雨水利用的间断性,考虑到雨水利用系统的经济性,不推荐使用膜技术、活性炭技术等深度处理技术。应根据雨水的不同用途,在考虑经济性的基础上选择适用的雨水处理技术。

重视雨水利用安全保障 

    雨水在储存、输配等过程中要有足够的消毒杀菌能力,且应保证水质不会被污染,以保障水质安全。 

重点做好公共建筑雨水利用

    公共建筑的汇水面积大,可收集利用的雨水量相对较大;同时,公共建筑雨水利用不仅节约水资源量大、经济效益显著,而且示范效应强、社会影响大。

三、雨水收集净化利用方式及市场应用

目前市场应用的几种方式及优劣分析

1、PP模块

    雨水蓄水模块是一种可以用来储存水,但不占空间的新型产品;具有超强的承压能力;95%的镂空空间可以实现更有效率的蓄水。模块一般是由PP再生聚丙烯材料制作而成。通过模块组合可以实现快速建造不同大小雨水蓄水池的目的,具有水浸泡无析出物,无异味。超强的耐强酸、强碱性等特点。
产品目前广泛应用在快速建造雨水蓄水池、渗滤排水通道,高速公路,道路沿线雨水收集、停车场的快速排水,蓄水等方面。

优点:
    ①产品设计灵活:它由若干个模块组合成一个水池,水池的形状可根据需求任意组合,不受场地限制。
    ②施工简单:因为采用模块相互拼接的方法,所以施工简单,无需大型机械。
    ③运输方便:在运输上也非常方便,采用分体式设计,模块可任意拆卸,节省了宝贵的运输空间。

缺点:
    目前实践案例中有发现,对雨污水没有明显的净化水质功能,施工寿命短,容易坍塌的情况,同时对土壤和地下水有污染问题。

2、玻璃钢池收集 

    玻璃钢雨水蓄水池是采用增强玻璃纤维等高强度耐酸碱材料UP树脂,辅以钢结构内部支撑体系,利用最新生产工艺,工厂化生产整体成型的生活污水处理设备。
    玻璃钢雨水蓄水池采用高纯度原材料,采用纳米微处理工艺,利用大型微控玻璃钢缠绕设备一次性成型,有效的保证了产品的密封度、抗水冲击韧性。绝不会因为地基沉降、开裂而引起玻璃钢整体地埋式消防水池断裂、破损或变形,彻底解决了传统蓄水池污染地下水的问题。

    主要用于大型消防工程地下储水用途。产品包括储水池、整体泵房及安装、注水试验等。

具有以下优点:
    ①高强度玻璃钢材质,具有力学性能好,耐腐蚀、抗冲击等特点;
    ②采用厌氧+兼氧+过滤组合工艺,地埋式安装、保温性能好、产生污泥量少,垂直流无动力,管理方便;
    ③无动力结构,运行费用几乎为零,维护周期长,维护简便。

3、MBR膜处理(生活污水处理)

    膜生物反应器(MBR,Membrane Biological Reactor),是将生物的降解作用与膜的高效分离技术结合使用的新型水处理工艺。它的膜组件能将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住,省掉二沉池,在生物反应器中保持高活性污泥浓度,减少污水处理设施用地,并保持较高的出水水质,膜生物反应器被认为是处理灰水工艺稳定,并能消除病原体的新技术。它分为浸没式生物反应器、分置式生物反应器和复合式生物反应器。

    近年来,MBR膜处理已逐步应用于城市污水和工业废水的处理中,并在越来越广泛的应用于农村生活污水处理。MBR法应用于中水回用工程具有去除效率高、出水稳定、处理负荷高、剩余污泥少、操作方便,占地面积少等特点,不足之处在于膜表面易形成附着层,使膜通量下降,易产生膜污染,清洗困难,成本费用高,在国内应用还不广泛。但由于其对细菌、有机物、氨氮等去除率高,出水水质稳定,处理后的水也能满足国家规范再生水做冷水的水质指标标准。

4、人工生态湿地

    人工湿地(Constructed wetland)是为处理污水而人为设计建造的,是本世纪七八十年代发展起来的新型废水处理工艺。它根据自然湿地生态系统中物理、化学、生化反应的协同作用来处理废水,一般由人工基质(一般为碎石)和生长在其上的水生植物(如芦苇、茳芏等)组成,是一个独特的土壤-植物-微生物生态系统。人工湿地可以促进废水中植物营养素的循环,使废水中所含的有用物质以作物生产形式再利用,能绿化土地,改善区域气候,促进生态环境的良性循环。

    人工湿地对废水的处理有十分复杂的净化机理,一般认为人工湿地成熟以后,填料表面吸附了许多微生物形成的大量生物膜,植物根系分布于池中,于自然生态系统中通过物理、化学及生化反应三重协同作用净化污水。

    物理作用,主要是过滤、沉积作用。土壤-植物是一个活的过滤器,污水进入湿地,经过基质层及密集的植物茎叶和根系,可以过滤、截留污水中的悬浮物,并沉积在基质中。

    化学反应,由于植物、土壤-无机胶体复合体、土壤微生物区系及酶的多样性,人工湿地中可以发生各种化学反应过程,如化学沉淀、吸附、离子交换、拮抗、氧化还原反应等,这些化学反应的发生主要取决于所选择的基质类型。一般而言,含有机质丰富的基质有助于吸附各种污染物;含CaCO3较多的石灰石有助于磷的去除。

    生化反应,对于去除有机污染物主要依赖于系统中的生物。首先,所有人工湿地都类似于附着生物膜的反应器,有机物质被填料吸附后,可以通过生物的同化吸收和异化分解去除。其次,根据德国学者Kickuth R.1977年提出的根区法理论,由于生长在湿地中的挺水植物对氧的运输、释放、扩散作用,将空气中的氧转运到根部,再经过植物根部的扩散,在植物根须周围微环境中依次出现好氧区、兼氧区和厌氧区,有利于硝化、反硝化反应和微生物对磷的过量积累作用,达到除氮、磷效果,另一方面通过在厌氧条件下有机物的降解、或开环、或断键成简单分子、小分子,提高对生物难降解有机物的去除效果。因而生化反应对净化污水起重要作用。

    人工湿地是一个综合的生态系统,具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、耗电低、运行费用低等特点,它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理,结构与功能协调原则,在促进废水中污染物质良性循环的前提下,充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再污染,获得污水处理与资源化的最佳效益。它具有环境效益、经济效益及社会效益,是一种较好的废水处理方式。

人工生态湿地具有以下优点:

    ①不需要大规模的钢铁、水泥和投加化学药剂,基本没有二次污染;
    ②造价和运行成本低廉,净水功能明显,可达到景观类水质标准;
    ③低能耗或无能耗运行,去除污水中的氮磷营养物有明显作用,而能耗只有传统技术的1/10左右;
    ④耐冲击负荷能力强;处理效果比较稳定,适用于农村污水量昼夜波动大的特点;
    ⑤操作管理简单,一般可以不需要专业技术人员;
    ⑥可以营造成生态景观,改善村镇环境,农田灌溉或种植蔬菜也可以获得经济收益。

“人工生态湿地”雨水净化利用的各项效益

1、经济效益

    ①可节省建设项目60-100%的公共用水水费(雨水净化利用后可用于灌溉绿化,水景观循环供水,冲厕,消防备用,清洗外墙、马路,转售给小区洗车场、周边建设工地);
    ②可节省巨额政府投资,雨水收集利用系统的应用可以减少用于污水处理和扩建排洪防洪排错设施等政府投资资金;
    ③“雨水收集利用”可满足《海绵城市建设指南》要求;
    ④“雨水收集利用”可满足《绿色建筑评价标准》二星评标要求。

2、社会效益

    ①可推广国家节能减排、绿色环保、循环经济发展理念的科普教育意义;
    ②可有效缓解城市水资源紧缺压力,改善城市水资源短缺的状况,减轻城市生产及生活用水紧张的困扰;
    ③可有效补给城市地下水,改善目前地下水超采的状况;
    ④可减少地表雨水径流量,削减洪峰,从总量上减少排入市政管网的雨水量,减轻市政管网的的防洪压力。

3、生态效益

    ①与绿化相结合,既节省用地又改善景观,增加生物多样性,更多生态化雨水利用的科普教育传播意义;
    ②集成式水处理方式,处理率高,单位承载力高,采用填入材料,不投加化学药剂,无二次污染;
    ③可应对更多污水变化,净化更稳定,无专人管理,机械设备少,能耗费用低,系统自动管控;
    ④使用寿命长>30年,投资回报期短,平均折算成水费成本为0.5元/吨。



                                                整理:杨 盼     电话:13439196385
                                                        校对:崔建柱

【注】讲座实录为绿建之窗出品,如需转载,请注明出处:绿建之窗

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