論雨水資源的開發(fā)利用

論雨水資源的開發(fā)利用

0工程背景和水質(zhì)雨水回用于上海浦東國際機(jī)場(chǎng)電子郵件系統(tǒng)的衛(wèi)生浴室、機(jī)場(chǎng)能源中心供水和其他低水質(zhì)用戶。這是民用機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)上首次進(jìn)行水開發(fā)，缺乏足夠的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。為避免工程實(shí)施的盲目性,需要對(duì)機(jī)場(chǎng)內(nèi)雨水收集利用的必要性,科學(xué)性,可行性,分步、分期實(shí)施的可操作性以及相關(guān)的雨水處理工藝,儲(chǔ)存,輸配水管道系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)研究,對(duì)雨水回用在浦東國際機(jī)場(chǎng)的推廣和管理模式、應(yīng)用政策方面進(jìn)行探討,為今后雨水回用的類似工程建設(shè)和管理提供參考數(shù)據(jù)。天然雨水的有機(jī)污染物少、硬度低,但降雨落到地面或屋面所形成的初期雨水的污染還是相當(dāng)嚴(yán)重的,尤其機(jī)場(chǎng)內(nèi)飛機(jī)起飛階段燃料未充分燃燒后的排放物塵降及海風(fēng)夾帶的自然塵降對(duì)雨水造成了很大的污染。所以對(duì)航站樓和大面積屋面建筑物的屋面雨水,應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)某跗谟晁畻壛?、分流收集措施。?duì)于機(jī)場(chǎng)雨水回用用戶的不同對(duì)象,應(yīng)采用不同的處理方法和處理標(biāo)準(zhǔn),必要時(shí)實(shí)行分質(zhì)回用的研究。對(duì)回用于航站樓內(nèi)沖廁的雨水,可進(jìn)行適度的精處理;對(duì)回用于工作區(qū)綠化、道路的澆灌用水,可只進(jìn)行簡單處理。對(duì)航站樓收集的雨水,可考慮利用現(xiàn)有景觀水池進(jìn)行調(diào)蓄,集中處理;道路、綠化用水,可考慮利用圍場(chǎng)河進(jìn)行調(diào)蓄,分點(diǎn)處理。雨水經(jīng)處理后回用于航站樓和辦公樓的沖廁,建筑物內(nèi)要建2套單獨(dú)的供水管道系統(tǒng),在水質(zhì)上不存在問題,關(guān)鍵是要研究在水量的儲(chǔ)存上如何保障用水安全。(1)根據(jù)浦東國際機(jī)場(chǎng)的總體規(guī)劃及航站樓、辦公樓、道路、園林綠化用水的要求規(guī)劃情況,研究輸配水管道系統(tǒng)的設(shè)置原則,對(duì)雨水回用工程的建設(shè)實(shí)施、處理點(diǎn)位置的確定、綠化澆灑車取水點(diǎn)設(shè)置、管道材質(zhì)、計(jì)量方式、管理方法等,研究提出近、遠(yuǎn)期分步實(shí)施的設(shè)想。(2)為大力推廣雨水在浦東國際機(jī)場(chǎng)服務(wù)區(qū)內(nèi)的應(yīng)用,研究機(jī)場(chǎng)當(dāng)局應(yīng)健全哪些必要的措施和出臺(tái)相應(yīng)政策。對(duì)采用雨水替代生活用水的用戶給予必要的鼓勵(lì)及優(yōu)惠政策,對(duì)一些用戶要采用強(qiáng)制性政策,以提高雨水回用用戶的積極性和有限水資源配置的合理性。1城市雨水利用工程現(xiàn)狀雨水回用與再生水等統(tǒng)稱為非傳統(tǒng)水源,但雨水回用又與污水處理回用有著很大的區(qū)別。污水作為回用水源,水量較均衡,不必進(jìn)行較大的調(diào)蓄;而雨水的降水量變化較大,水量在時(shí)空分布上極不均勻,遇到豐水年和干旱年,相差將會(huì)更大,給雨水的收集、儲(chǔ)存帶來一定的難度,必須要利用適當(dāng)?shù)挠晁{(diào)蓄池來調(diào)節(jié)高峰流量。應(yīng)確保雨水利用工程水質(zhì)水量安全可靠,防止產(chǎn)生新的污染。如何高效的收集、處理、利用一直是困擾城市雨水高效利用的難題。雨水回用成本高,受天氣影響大,收集困難等諸多因素都限制了雨水利用的應(yīng)用。若單靠低草坪、透水路面、小型的集雨工程等雨水回用措施,則間接降低了雨水的利用率,從而提高了雨水利用成本。2雨水徑流的概念及其早期沖刷作用由于受城市環(huán)境各種因素的影響,城區(qū)的雨水徑流都具有一定的污染性,有些甚至較為嚴(yán)重,這也是城市雨水利用復(fù)雜性因素之一。但大量的研究表明,雨水徑流有明顯的初期沖刷作用,即在多數(shù)情況下,污染物是集中在初期的數(shù)毫米雨量中。因此,控制初期雨水成為雨水利用系統(tǒng)和城市徑流污染控制的一項(xiàng)主要措施。設(shè)計(jì)得當(dāng),可以有效地控制每場(chǎng)降雨徑流中的大部分污染物,保證整個(gè)系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。初期雨水控制方法有多種,常用的一種是初期雨水棄流裝置。3雨水儲(chǔ)存浦東機(jī)場(chǎng)的雨水儲(chǔ)存有幾種可能的方法:新建地下儲(chǔ)存池、利用景觀水池、利用飛行區(qū)泵站調(diào)節(jié)水池、利用圍場(chǎng)河。(1)t1航站樓的節(jié)點(diǎn)T2航站樓是一個(gè)建筑體量較大的建筑,建筑面積約18萬m2,從雨水收集方面考慮,是一個(gè)較好的區(qū)域,但從T2航站樓總體位置來看,該區(qū)域功能性較強(qiáng),是旅客的集散中心,各種交通樞紐在此匯集,用地十分緊張,地下空間也已被利用建造成停車庫,難以找出空地建造儲(chǔ)存池和沖洗設(shè)備。(2)景觀水池排水設(shè)計(jì)在三水的基礎(chǔ)上存在的問題浦東機(jī)場(chǎng)T2航站樓前的景觀水池有效容積約40萬m3,就容積而言,可以利用,但是存在以下技術(shù)難點(diǎn):①景觀水池的水位較高。雖然T2航站樓屋面的雨水,從理論上講是可以重力流入景觀水池,但是受到樓宇屋面排水設(shè)計(jì)的限制,雨水管必須按照屋面匯水分片布置,分片收集,分段落地排水,無法重力自流進(jìn)入景觀水池。②景觀水池對(duì)水質(zhì)有要求。若無法利用棄流裝置分離初期雨水,初期雨水進(jìn)入景觀水池會(huì)帶來較大的污染,而且夾帶的泥沙等污染物沉淀于水池中,將給池底的清理帶來很大的難度。③景觀水池的容積有限。景觀水池雖然有40萬m3,但由于其功能原因,平時(shí)水池有一定的水位要求。若一場(chǎng)降雨量超過水池允許容積,必須要溢流排放而無法儲(chǔ)存;而當(dāng)非雨季水量不足時(shí),景觀水池的存水量將不足以保證回用水量的需求和保持景觀水位的要求。(3)調(diào)節(jié)水池飛行區(qū)雨水泵站建有總?cè)莘e11萬m3的調(diào)節(jié)水池,第二跑道的南北兩端也建有2座調(diào)節(jié)水池,主要收集跑道和飛行區(qū)站坪的雨水,水質(zhì)相對(duì)比較干凈。調(diào)節(jié)水池雖然可以儲(chǔ)存一部分雨水,但飛行區(qū)雨水泵站的調(diào)節(jié)水池都在跑道的兩端,距離回用點(diǎn)較遠(yuǎn),輸送管線還將穿越飛行站坪,也非理想之處。(4)圍場(chǎng)河水系設(shè)計(jì)需分區(qū)制機(jī)場(chǎng)圍場(chǎng)河是一個(gè)獨(dú)立的大水系,河道兩岸和河底均經(jīng)過整治,待西側(cè)二期圍場(chǎng)河按照規(guī)劃建成后,全長將達(dá)到約32km,圍場(chǎng)河常水位2.35m,最高水位3.6m,預(yù)計(jì)最低水位1.5m。若水位按3.2m計(jì)算,容積約為380萬m3,而且圍場(chǎng)河收集了機(jī)場(chǎng)內(nèi)的全部雨水(排水設(shè)計(jì)采用的是分流制),當(dāng)然初期雨水也被收集到圍場(chǎng)河系統(tǒng)(若能夠采用棄流裝置,將大大有利于圍場(chǎng)河水質(zhì)的控制),但由于圍場(chǎng)河水系較大,具有稀釋作用,加上流行速度比較緩慢,水系尤如一個(gè)龐大的沉淀池。圍場(chǎng)河往東海的兩個(gè)出口處建有閘泵站,可以通過閘泵站的排、引功能來控制圍場(chǎng)河的水位(即可調(diào)節(jié)圍場(chǎng)河的儲(chǔ)水容積),這樣既可以滿足機(jī)場(chǎng)排水安全的要求,在非雨季又有儲(chǔ)水的功能,應(yīng)該說是一個(gè)最值得深入研究的儲(chǔ)存方法。4建設(shè)回用水系統(tǒng)機(jī)場(chǎng)的回用水用戶對(duì)象主要為航站樓、辦公樓沖廁,能源中心冷卻塔補(bǔ)充用水,綠地澆灑,道路沖洗壓塵,工程施工用水,賓館洗車,景觀水池補(bǔ)充用水等低水質(zhì)用戶?；赜盟幚淼某潭纫詽M足生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn),若對(duì)其他用水有較高要求,可以在進(jìn)入該用戶前進(jìn)一步進(jìn)行精過濾,而不必對(duì)全部回用水進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)處理。由于浦東國際機(jī)場(chǎng)范圍較大,潛在回用水用戶分布較廣,雨水回用采用大系統(tǒng)方案,即集中處理,近期枝狀管網(wǎng)分散到點(diǎn)供水,遠(yuǎn)期形成環(huán)網(wǎng)供水。集中處理是在圍場(chǎng)河附近建設(shè)以圍場(chǎng)河為水源的雨水處理(廠)站,站址應(yīng)盡量選在圍場(chǎng)河邊,臨近用水量較大的最終用戶點(diǎn)。管線擬采用非金屬管壓力輸送,管材可以采用聚乙烯(PE)管或給水用ABS管材,管道耐壓應(yīng)達(dá)到1MPa。管道用淺綠色再生水色標(biāo)標(biāo)注,并建立獨(dú)立的回用水管道系統(tǒng)?；赜盟艿涝谄謻|機(jī)場(chǎng)工作區(qū)道路和地下管道綜合設(shè)計(jì)時(shí)一并考慮。管道敷設(shè)在道路旁的綠化帶中,也有利于實(shí)現(xiàn)綠化的自動(dòng)噴灌。在T2航站樓和其他大面積的商用或辦公用房建設(shè)時(shí),同時(shí)建設(shè)回用水和飲用水雙管供水系統(tǒng),敷設(shè)管線的沿線用戶都可以使用這部分回用水,并把飲用水作為緊急備用水源。5運(yùn)營管理5.1雨水處理的過程生態(tài)法雨水利用設(shè)施必須按照操作規(guī)程和要求使用與維護(hù),一般設(shè)專人管理。應(yīng)定期對(duì)工程運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理。例如:在雨水處理各工藝過程(如調(diào)節(jié)沉淀池、截污掛籃等)中,會(huì)產(chǎn)生沉淀物和攔截的漂浮物,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理。雨水調(diào)節(jié)沉淀池和清水池應(yīng)及時(shí)清淤。當(dāng)人工控制濾池運(yùn)行時(shí),應(yīng)注意觀察清水池儲(chǔ)水量,在水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)應(yīng)及時(shí)停止運(yùn)行。對(duì)濾池還應(yīng)采取反沖洗等維護(hù)措施。5.2同的氣溫和水質(zhì)有不同的影響根據(jù)雨水利用的不同要求其水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)也不盡相同,夏季和冬天不同的氣溫,對(duì)水質(zhì)也有不同的影響。在雨水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)前,必須要監(jiān)測(cè)回用點(diǎn)處的水質(zhì)變化情況,尋求最佳處理方案。雨水利用工程運(yùn)行過程中也應(yīng)對(duì)進(jìn)出水進(jìn)行監(jiān)測(cè),有條件時(shí)可以實(shí)施在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制。5.3特殊控制閥和警示標(biāo)志的安置雨水處理后其供配水系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)建造。為了防止出現(xiàn)誤用和與飲用水混淆的情況,應(yīng)在該系統(tǒng)上安置特殊控制閥和相應(yīng)的警示標(biāo)志。應(yīng)盡量保持集水面及其四周清潔。避免采用污染材料做匯水面,不得在雨水匯集面上堆放污物或進(jìn)行可能造成水污染的活動(dòng)。5.4雨水充放電,節(jié)約飲用水開展雨水利用工程應(yīng)同時(shí)提倡節(jié)約用水、科學(xué)用水。在雨量充沛時(shí)應(yīng)盡量優(yōu)先多利用雨水,節(jié)約飲用水;在降雨較少年份,應(yīng)優(yōu)先保證重點(diǎn)急需用水,調(diào)整和減少其他用水量。6設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)根據(jù)以上需水量的預(yù)測(cè),結(jié)合對(duì)隨塘河內(nèi)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),河水中的Cl-較高(回用水用于循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Cl-<250mg/L),但各類冷卻循環(huán)設(shè)備對(duì)Cl-的要求亦不盡相同。對(duì)能源中心設(shè)備情況的調(diào)研和分析研究結(jié)果表明,圍場(chǎng)河的Cl-對(duì)中心所用設(shè)備沒有影響。根據(jù)用戶需求,提出近、遠(yuǎn)期結(jié)合的回用方案。近期方案:圍場(chǎng)河回用水主要用于T2航站樓的沖廁、T2航站區(qū)的綠化澆灑,另外考慮輸配水管道沿線以東工作區(qū)地塊內(nèi)用戶的使用,雨水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為0.35萬m3/d。遠(yuǎn)期方案:遠(yuǎn)期增加一、二期能源中心用戶作冷卻水補(bǔ)充用水,適當(dāng)考慮輸配水管道沿線以東工作區(qū)內(nèi)啟航東路附近地塊用戶的使用,雨水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為1.4萬m3/d。根據(jù)對(duì)隨塘河晴天和雨天兩種工況下的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè),其BOD5、CODCr、總磷、SS等(除氨氮外)雨天工況下測(cè)定的數(shù)據(jù)均比晴天時(shí)高,而硬度、Cl-、pH、DO等指標(biāo)均是雨天的數(shù)據(jù)低于晴天。由于浦東機(jī)場(chǎng)靠近海邊,雖然機(jī)場(chǎng)圍場(chǎng)河與外圍水系連通處有閘泵站控制水位,海水不會(huì)倒灌入圍場(chǎng)河內(nèi),但由于靠近海邊的地下水中Cl-偏高,且圍場(chǎng)河除重力式擋墻外,從河底至護(hù)坡均采用漿砌塊石建成,夾帶大量Cl-的地下水很容易滲入圍場(chǎng)河河水中,因此測(cè)得的數(shù)據(jù)中Cl-偏高。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì):根據(jù)以上的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),確定雨水處理站的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表1。由于我國城市雨水利用工程目前正處在示范和發(fā)展階段,相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范還未健全,基于近、遠(yuǎn)期用戶的用水要求,圍場(chǎng)河回用水處理后只要符合城鎮(zhèn)雜用水水質(zhì)的控制指標(biāo)就能用于沖廁和綠化澆灑,符合冷卻用水的水質(zhì)控制指標(biāo)就能用于冷卻水的補(bǔ)充用水。6.1圍場(chǎng)河回用水采用物化處理由于進(jìn)水水質(zhì)BOD5/CODCr為0.16,不適宜采用生物處理系統(tǒng),因此圍場(chǎng)河回用水應(yīng)采用物化處理。由于回用水用于沖廁、綠化澆灑等對(duì)Cl-無控制要求,經(jīng)對(duì)機(jī)場(chǎng)能源中心設(shè)備的調(diào)研,對(duì)Cl-亦無控制要求,因此可采用如下處理工藝:原水→加藥→混凝沉淀→過濾→消毒→用戶。6.2可靠性和水壓穩(wěn)定性環(huán)狀供水管網(wǎng)雖然工程投資高,實(shí)施難度也較大,但是其供水可靠性和穩(wěn)定性均較高,運(yùn)行成本低,適用于用戶對(duì)供水可靠性要求高的場(chǎng)合。而枝狀供水方式具有工程投資低、工程近期容易實(shí)施的優(yōu)點(diǎn),但是其供水的可靠性和水壓的穩(wěn)定性不高,適用于用戶相對(duì)比較集中并且對(duì)供水安全性要求不高的輸水系統(tǒng)。浦東機(jī)場(chǎng)回用水用戶相對(duì)較集中,近期可以采用枝狀管網(wǎng)布置,遠(yuǎn)期隨著回用水用戶的增加,服務(wù)范圍的擴(kuò)大,考慮逐步將其連成環(huán)狀管網(wǎng),有利于提高供水的安全性。7提供用戶的回用水由于近期處理水量較小,近期方案處理成本(含折舊)約1.09元/m3,遠(yuǎn)期方案處理成本約0.71元/m3。若提供用戶的回用水按上海目前自來水價(jià)格2.58元/m3計(jì)算,按近期規(guī)模測(cè)算,7年后可收回成本;按遠(yuǎn)期規(guī)模測(cè)算,4年后可收回成本。若同時(shí)考慮今后幾年水價(jià)上漲因素,可以給回用水的使用留下更廣泛的空間,對(duì)于用戶來說是能接受和使用的。8實(shí)施城市河道雨水回用的必要性實(shí)現(xiàn)雨水資源化,防范和避免水資源危機(jī),共同解決關(guān)系全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生存環(huán)境的問題,在浦東機(jī)場(chǎng)內(nèi)開展雨水回用試點(diǎn),將通常降雨排放的雨水作為新的水資源開發(fā)利用,從宏觀意義上說有利于人類文明的發(fā)展,把有限的水資源留給人類的下一代,而從現(xiàn)實(shí)意義上講,為雨水回用在我國民航機(jī)場(chǎng)內(nèi)推廣使用,作出典范。9建設(shè)回用水隊(duì)伍,建議采取以下幾種方式上海市政府目前尚未出臺(tái)有關(guān)雨水回用的政策,建議浦東機(jī)場(chǎng)有關(guān)部門可以先參考國內(nèi)其他城市的一些做法,結(jié)合機(jī)場(chǎng)建設(shè)的實(shí)際情況,推陳出新、因地制宜。建議:(1)為配合回用水項(xiàng)目的建設(shè),機(jī)場(chǎng)內(nèi)新開發(fā)建設(shè)的基建項(xiàng)目,在報(bào)建時(shí),必須同時(shí)上報(bào)使用回用水的設(shè)計(jì)內(nèi)容,否則基本建設(shè)規(guī)劃不予審查。(2)建筑面積在2萬m3以上的賓館、飯店、綜合性服務(wù)業(yè)、集中辦公樓、集中的洗車點(diǎn)必須使用回用水。(3)園林綠化澆灌、景觀水池水體置換、