雨水收集详细计算案例与规范集.doc
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1、雨水收集详细计算案例与规范集某大型企业生活区屋面雨水收集与处理1雨水净化工艺7雨水的收集13雨水储水箱在雨水收集利用中的作用15沧州化工集团的雨水收集与利用22国家体育场的雨水收集与利用22大型场馆雨水利用和实例24开合式屋顶屋面雨水收集利用和排放26水木年华湖上组团工程的雨水收集利用工程28某大型企业生活区屋面雨水收集与处理雨水的利用分间接和直接两种。间接利用是采用多种雨水渗透设施,将雨水回灌地下,以补充地下水资源:直接利用是将雨水进行收集、贮存和净化后,水质达到污水再生利用城镇杂用水水质标准(GBT189202002),然后直接用于冲洗路面、绿化、洗车、冲厕等。城市雨水利用在国外已有几十年
2、的历史,特别是近20年来在欧洲、美国、Et本、澳大利亚等许多地区和国家,对城市雨水的利用与资源化非常普遍。目前国内对城市雨水,特别是屋面雨水的利用还处于起步阶段,只是对城市的单个大型建筑物和居民小区进行了一些工程性试验和工程设计。而对于企业内住宅区的雨水收集利用,因其具体情况的不同,应分别加以研究。下面以山西某大型焦化一热电厂生活区为例就屋面雨水的收集与处理的设计方案做一介绍。1屋面初期雨水的弃流与弃流装置屋面初期雨水中的污染物含量较高随着径流的持续雨水流经的物体表面被不断冲洗,污染物含量逐渐减小到相对稳定的程度。所以,直接弃流初期雨水已成为减少收集的雨水中污染物的一个有效途径。许多国家在雨水
3、利用工程中将弃流作为整个雨水收集处理工艺的预处理为雨水的贮存和后续处理提供水质相对稳定的水源同时,也避免收集和处理单场降雨量产生很小径流的雨水。屋面雨水与道路雨水径流相比,屋面雨水更便于收集,水质也相对较好,易于处理,同时具有投资较省和便于管理等优点。但屋面雨水同样存在初期雨水污染较重,应将其弃流的问题。11屋面初期雨水水质由于降水淋洗了大气污染物(主要为SS、COD、硫化物、氮氧化物等)和屋面积累的大气沉积物以及屋面材料产生的污染物致使初期雨水污染程度较高(其中,平顶沥青油毡屋面污染较重)。屋面初期雨水中所含的主要污染物有COD、SS,还有极少量的铅、磷和氮。同时屋面雨水可生化性差,BOD:
4、COD通常只有01015经初期雨水弃流后的雨水水质则较稳定,如COD为8O一120mgL,SS为2O4OmgL,色度为10-40。对于屋面初期雨水的弃流量,可根据试验测定或按23mm降水量进行计算。本设计屋面初期雨水弃流量按3mm降水量计算,弃流后的中、后期雨水COD质量浓度可稳定在100mgL左右,以确保获得较好的雨水水质。12初期雨水弃流装置初期屋面雨水的弃流装置目前常用的有弃流雨水池和旋流分离器两种同。121弃流雨水池在雨落管下部设弃流雨水池,在池内设浮球控制阀。随着池内截流的初期雨水量增加,水位不断上升,当达到设定水位的高度时,浮球阀进入池内的雨落管出口,使其完全关闭,后续雨水沿雨水收
5、集管道,送人净化处理构筑物进行处理。池内已收集的初期雨水,在降雨结束后打开放空阀将其排人污水管道。放空阀也可采用电磁阀,以便于操作管理。弃流雨水池的结构如图1所示。雨水弃流池的容积是根据住宅楼雨落管的屋面服务面积和3mm的降水量来确定。122旋流分离器旋流分离器的构造和工作过程见图2。该分离器的主要结构是在圆筒内设置的1个由合金材料制成的淹没式圆筒形筛网。雨水沿切线方向以旋流方式进入筛网内,由于降雨初期筛网表面干燥,在水的表面张力和一定的筛网坡度下,初期雨水会沿筛网内表面旋转向下流向中心排水管,然后排人污水管道。随着中、后期雨水的连续流人筛网表面会不断被浸润,其表面张力大大减小,雨水就会穿过筛
6、网,旋流进入雨水收集管道。初期雨水弃流量可根据弃流时间来控制而弃流时间的长短则可通过调整筛网的面积和目数加以改变。该装置在国外已得到了广泛应用。比较上述两种弃流装置可以看出,弃流雨水池构造简单,造价低,运行稳定可靠。但如果每个雨落管末端都设置弃流池则数量太多,维护的工作量也大,同时也影响景观。旋流分离器初期雨水弃流量大小可调节,它设置的数量少,是一种先进的弃流装置。但该装置构造复杂,且造价较高。2生活区屋面雨水的收集与处理设计方案21概况山西南部某大型焦化一热电厂地处严重缺水地区,平均年降雨量为550mm,且多集中在59月。当地暴雨强度公式为q=兰,暴雨重现期P取033Q。该厂为了节约水资源,
7、要求将工艺废水净化后循环使用;对生活污水处理后作中水用;并提出对雨水进行收集利用后用作生活杂用水。考虑到厂区路面径流雨水水质较差,决定采用间接利用方式;而生活区屋面雨水污染较轻,采用直接利用方式。该企业生活区住宅建筑面积为72hm,屋面为平顶,上铺石油沥青油毡,面积为12hm2。22该厂初期屋面雨水弃流方式的确定采用何种生活区屋面初期雨水弃流装置,主要考虑的因素是工程造价和施工。经比较后决定使用弃流雨水池。同时。对雨水收集系统进行了改进,即:将每栋楼房屋面的雨落管末端相互连接形成雨水收集管,然后将相邻的4栋楼房的雨水管合并成1条雨水干管,再与设置在4栋楼交汇处的圆形弃流雨水池相接。其平面布置见
8、图3。该生活区共有16栋楼,须建4座弃流雨水池。弃流的初期雨水进入污水管道,弃流后的雨水进入净化处理构筑物。这种改进克服了弃流雨水池数量多、维护工作量大的缺点,如在弃流池顶部进行绿化,还可美化景观。23雨水净化工艺的确定雨水净化工艺应根据收集的雨水质与用水水质标准及水量要求来确定。屋面水因可生化性差,一般宜采用物化处理,而不宜用人工生化处理。同时,应考虑雨水中COD以溶解性为主的特性及弃流后的雨水悬浮固体含量较低等特点。目前常用的工艺有:(1)弃流一微絮凝过滤工艺。因为雨水中COD主要为溶解性的,如果采用直接过滤,对雨水中的COD、SS和色度的去除效果很差,试验表明,当投加混凝剂后其去除效果可
9、明显提高。混凝剂一般采用聚合氯化铝、硫酸铝、三氯化铁,但用聚合氯化铝混凝剂进行微絮凝过滤其效果最好,聚合氯化铝投加浓度为5mL。所以,将弃流后的雨水进行絮凝过滤处理工艺比直接过滤的效果要好,其工艺流程见图4。弃流后的中、后期雨水进入雨水贮存池(贮存池容积根据暴雨强度公式绘出不同历时的雨量曲线来确定)。池内雨水经泵提升至压力滤池,在泵的出:水管道上投加混凝剂聚合氯化铝,然后进入压力滤池:进行微絮凝接触过滤,最后经液氯消毒后进入清水池,作为生活杂用水(2)弃流一生态渗透过滤工艺。该工艺是以绿地人工混合土净化技术为主体的生态渗透过滤净化系统,将雨水通过人工混合土壤一绿地系统进行物理、物化、生化和植物
10、吸收等多种作用使污染物得到去除。同时该设计根据企业生活区比厂区地形高的特点,并考虑将净化后雨水既可作为杂用水又可作为中水水源,所以将生活污水和生产废水:处理构筑物以及雨水净化构筑物一起集中布置在厂区内。这样,经弃流后的生活区屋面雨水可重力流入渗滤池,并将渗滤池布置在雨水贮存池上,既减少了占地,又美化了环境。该工艺能耗低、易管理,是一种经济有效的雨水生态净化工艺。其工艺流程见图5。(3)砂滤一膜滤处理工艺该处理工艺主要采用粒状滤料和膜滤相结合的物理法,可增强处理雨水水质的适应能力,还起到对膜滤的保护作用。工艺流程见图6。该工艺处理效果稳定出水水质好,缺点是造价和处理成本较高,在非雨季时,膜处于停
11、用状态会干燥失效,需用小流量水通过滤膜循环或拆除滤膜以化学药剂浸泡养护,从而增加了维护工作量。上述三种雨水净化工艺都各有其优缺点。为了节省工程造价和运行成本,减少维护工作量,根据雨水净化的有关资料和污水土地处理工艺的原理,决定采用第二种处理工艺。24生态渗透过滤净化池的构造与设计241净化池的构造生态渗透过滤净化池是一种人工净化与自然净化相结合的构筑物。池内表层为人工绿地;表层下为由40天然砂土+40炉渣(粒径为255mm)+20天然沸石(粒径为23mm)组成的人工混合土,其渗透系数为210ms,厚度为09m;人工土层往下依次为粗砂层、沸石层(粒径45mm)、砾石层(粒径812mm)、中等砾石
12、层(粒径2040mm)、圆形砾石层(粒径5080mm)。各层的厚度分别为10、15、20、20em。滤层总高度为155m。滤层底部布置穿孔管作为集水系统,穿孔管外部包土工布。结构见图7。人工土层孔隙率高,渗透系数大,密度小,耐冲刷,并适宜植物生长。在人工土壤表层,草本植物把氧带到根部,使周围的许多微生物生长繁殖,并对有机污染物进行降解。同时,炉渣和沸石对有机物都具有良好的吸收作用,所以在人工土壤的物理、化学和生物作用以及植物吸收的共同作用下,得到了较好的净化效果。据试验表明,通过1m厚的人工混合土层渗透,对COD去除率可达7080t。生态渗透过滤净化池对人工混合土渗透进行了强化,增加了绿地生态
13、净化和无机吸附剂的高效吸附功能,所以将会获得更高的COD去除率。242净化池表面积的计算净化池渗流量应该等于屋面雨水径流设计流量这样才能保证雨水的有效收集和处理。因此,池表面积的计算应考虑以下几个数据:(1)屋面雨水径流设计流量。Q=apqF=6728。式中:Q为雨水设计流量,Ls;为径流系数,对于沥青油毡屋面=09;q为设计暴雨强度,L(shm)当设计重现期P=033a,降雨历时t=5min时口=623L(shm);F为屋面汇水面积hm。(2)渗流量。根据达西定律可知通过滤床的渗流流量W=KAJ=8x10-s,sAm3s。式中:为渗流流量m3s;为渗透系数,ms,对于人工混合土K=222x1
14、0ms考虑到滤床运行一段时间后,值会减小所以取810ms;A为待求滤池表面积,m2;J为水力坡降当地下水位较低雨水径流从土壤表面近似于垂直向下渗透时。(3)净化池表面积。因雨水径流量应等于净化池渗流量所以Q=W即6728x10=8x10xA则A=84lm2,850m2;设净化池宽为25m,长为34m。243渗透池的布水系统和集水系统渗透池的布水系统采用在主管道两边对称连接5根DNIO0的支管支管管中心间距53m。为了布水均匀,主管道管径从DN300过渡至DN150。支管向下45。方向交错布置015mm孑L洞。渗透池的集水系统布置在承托层底部在集水总管两侧同样平行布置5根0100的穿孑L管(管外
15、包土工布。将过滤后的雨水由穿孑L管收集流入集水总管再流入下面的贮存池25贮存池容积的确定贮存池的容积与雨水调节池容积的计算方法相同,以降雨历时为横坐标,以对应的径流雨水量为纵坐标作图,得径流雨水量曲线,其最大值则为贮存池的容积。3结语在缺水地区,对企业屋面雨水进行收集处理利用是很有必要的。初期雨水弃流是整个雨水处理的预处理,它能有效地为后续处理工艺提供水质较稳定的水源。采用绿地与人工混合土渗透结构相结合的生态渗透净化池对COD有较高的去除率,并将贮存池设置在生态渗透净化池下部,既节约了土地又美化了环境。雨水净化工艺更新时间:09-8-6 14:46 水是人类赖以生存不可或缺的资源,但随着人口的
16、日益增多,地表水和地下水受到污染。全世界的水资源已日益短缺。水资源短缺已成为21世纪人类面临的重大难题。为了缓解水资源危机,雨水已成为一种不容忽视的重要水源。开发利用雨水资源已成为许多国家和地区解决水危机的新途径,受到普遍关注。我国雨水资源丰富,年降水量达6190亿立方米,但是随着城市化建设的不断发展,不透水面积日益增多,大量的雨水径流未加以利用就直接排放,不仅造成了水量的巨大浪费,同时也加大了城市排水设施的负担。因而对雨水加以适当处理,不仅可节约水源,还可减轻城市排水设施的负担。1.雨水水质分析雨水在降落过程中,空气中的溶解性气体,溶解或悬浮状固体,重金属及细菌等会进入其中。地表径流中的污染
17、物主演来自降雨对地表的冲刷。所以地表沉积物是地表径流中污染物的主要来源。地表沉积物的组成决定着地表径流污染的性质。地表沉积物包括许多污染物质,有固态废弃物碎屑(城市垃圾、动物粪便、城市建筑施工场地堆积物)化学药品(草坪施用的化肥农药)、车辆排放物等。具有不同土地使用功能的地表其沉积物的来源不同。因而,雨水的水质会因地点、时间的不同而有所差异。一般雨水水质主要考虑BOD、 COD 、SS 、TN等的浓度。表1为国外部分城市雨水水质指标。表2 为南京市区雨水径流水质。由表1和表2可知,无论是不同国家,还是同一城市不同地点的雨水水质都有很大差别。因而,我们应根据不同的雨水水质以及不同的使用目的选择恰
18、当的净化工艺。2.工艺介绍2.1物化处理工艺2.1.1物理处理工艺物理处理工艺主要去除雨水中的悬浮颗粒物。适用于雨水水质较好,且对于回用水质要求不太高的雨水。图1和图23是雨水物化处理过程图。这两个物理处理工艺不同之处主要在于图1用筛网进行过滤,而图2用旋流分离器进行过滤。其主要目的都是用于水中颗粒物与水的分离。从处理效果来看,旋流分离器高于筛网过滤器。但是,由于漩流分离器的运行需借助电力,因而处理成本高于筛网过滤器的处理。澳大利亚某公司将传统的筛网过滤器进行改进,研发出了一种新型的雨水净化设备。图3为其剖面图。在离心和重力作用下,该设备不仅可截留大于滤网的颗粒,还可截留小于滤网的颗粒,大大提
19、高了净化效率。同时,由于雨水是由侧面掠过滤网的,因而滤网有一定的冲刷作用。该设备的另一优点在于不需动力操作。这在很大程度上降低了处理成本,具有较强的实用价值。图3 CDS单元结构2.1.2物化处理工艺含高浓度氮磷的初期雨水的物化处理采用的是两级药剂混凝沉淀法。一级反映投加磷酸钠、硫酸镁,且加碱调pH值呈中性,产生磷酸铝沉淀,去除污水中的磷。化学反应式为 其流程框图,如图4所示。 2.2人工湿地处理系统人工湿地是一种人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地面,建在一定长宽比及底面坡度的洼地中,由填料和土壤混合组成填料床,废水可以在床体的填料缝隙中流动,或在床体的表面流动,并在床的表面种植具有处理性
20、能好,成活率高,抗水性能强,成长周期长,美观及具有经济价值的水生植物,形成一个独特的生态系统,对雨水进行处理。处理流程如下:人工湿地对BOD、COD、SS有较好的去除效果。这主要是由于水生植物对雨水中的SS有截留作用。在植物根系周围,较远处以及更远处则会不同程度地形成好氧、缺氧、厌氧环境,有效地去除雨水中的BOD和COD。通过更换填料或收割植物可以把污染物从系统中去除。具体人工湿地系统剖面图如图5所示:伦敦泰晤士河水公司为了研究不同规模的水循环方案,设计了英国2000年的展示建筑世纪圆顶示范工程,其处理工艺采用的是人工湿地处理系统。这使其成为欧洲最大的建筑物内的水循环设施。收集的雨水在芦苇床中
21、处理,这是污水三级处理中常用的一种自然处理方法,收集的雨水质量较好,在抽送至第一级芦苇床之前只需要预过滤。其处理过程包括两个芦苇床(每个的表面积为250m2)和一个塘(其容积为300m3).选用了具有高度耐盐性能的芦苇,其种植密度为4株/m2.。雨水在芦苇床中通过多种过程进行净化:在芦苇床根区的天然细菌降解雨水中的有机物;芦苇本身吸收雨水中营养物质;床中的砾石、砂砾和芦苇的根系起过滤系统的作用。2.3土壤过滤系统土壤过滤系统是指利用土壤中的有机质、微生物以及植物等的作用对雨水进行处理的一种方法。土壤过滤对于营养盐和重金属有较好的去除效果。以下是德国采用的土壤过滤系统。图6 德国典型的土壤过滤系
22、统在我国对于土壤过滤系统也有一定的应用。北京市某小学以及某公园就利用土壤过滤处理雨水。其流程图见图7和图8:3.工艺优缺点比较就目前而言,雨水净化较少采用生物处理法。这主要与雨水本身的水质有密切的关系。一方面,雨水中BOD含量较低,导致菌种较难存活。另一方面,在无雨期间要保持菌种的存活需耗费财力、物力和人力。由于降雨的季节性和随机性,如果单纯的处理雨水,其处理系统的运行将是不连续的,导致处理系统的使用效率不高,因此需要考虑旱季时补充水来源。利用建筑小区的优质杂排水作为雨水处理系统的补充水源应是一种比较合理的选择。所谓优质杂排水是指沐浴、洗衣排水,根据有关调查数据,优质杂排水的水质较好,其色度、
23、浊度、BOD、COD 及SS含量较低,容易处理。雨水处理后主要用于中水系统。即主要用于绿化、浇洒路面、冲厕以及洗车用水。现将以上提及的三处理方法进行比较,旨在表明其各自的特点。(1)从简便、实用的原则出发,应优先考虑物化处理工艺。但是,其出水水质较差,因而适用于污染较少的雨水。(2)人工湿地处理系统具有投资省、运行费用低等特点,且对于BOD、COD、SS有较好的去除效果。在处理雨水的同时还具有净化空气的作用。由于植物可以吸收空气中的SO2 、NOX 、CO2增加O2的作用。故可消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等。但是,该方法在南方或气候较湿润地区兴建且需占用大量土地。另外,该方法最终是将污染



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