導語：雨水回用體系設計思路與方法一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1工程概況

某著名外企在武漢設置了一工業園,該工業園由廠房、危險品倉庫、變電站、污水處理站、油罐區以及一些輔助用房組成。工業園基地面積9.5萬m2,主廠房占地面積約4萬m2。主廠房單層彩鋼板斜屋面面積37588m2,其余屋面為混凝土平屋面。彩鋼板屋面面積大,有坡度,雨水集流快,雨水排放速度要求快,因此該部分屋面雨水排放采用壓力流(虹吸式)雨水排放系統。主廠房屋面雨水經屋面雨水排放系統收集,經初期棄流后進入雨水回用系統原水池,然后經物化處理后回用于廠區綠化、空調冷卻水補水、建筑內沖廁使用、消防補水。該項目為飲料灌裝廠,項目用水量極大且用水種類多,近期2條生產線最高日用水量3300m3,工藝用水占2200m3,鍋爐補水180m3,空調補水763m3。遠期4條生產線各種用水量可按翻倍計算。工藝用水按水質區分為反滲透(RO)水和軟化(Soft)水,由市政自來水經廠內的RO/Soft水處理站處理提供。鍋爐補水由Soft水,空調補水由中水提供,其余衛生器具沖洗用水、綠化澆灌、室外場地沖洗、消防補水也均由中水提供,不過水量遠小于空調補水量。該項目因排水需達到二級排放標準方許可外排入市政管網,因此項目內需設置供項目自用的污水處理站,全部生活污廢水和生產工藝廢水均需處理達標后方可排入市政管網。因LEED評獎的要求,本項目需要采用中水回用。因此污水處理站除按市政排放許可標準配置處理設備外,并配置了進一步的污水深度處理設備以滿足中水回用水質要求。

2雨水回用系統工藝流程及水量平衡計算

對于本項目而言,中水的來源較多,中水原水水量也較大,近期2條生產線僅工藝生產廢水原水量就達1500m3/d,遠大于948.5m3/d的中水用水量,其中約200m3/d的工藝廢水為優質中水水源,基本無需處理即可作為中水回用。另外的約1300m3/d的工藝廢水需經深度處理后方可作為中水回用,其處理費用高于雨水(經初期棄流后)處理回用的費用。因此,經水量平衡計算,并應業主要求,將主廠房建筑屋面雨水(經過初期棄流)和工藝生產廢水均作為中水水源,按處理工藝的難易程度確定不同中水水源的使用優先順序。優質基本無需處理的工藝廢水優先使用;雨水(經初期棄流后)回用次之;需深度處理的工藝廢水處理后作為雨水回用系統在非降雨期或雨量不足期的補水,最末順序使用。雨水收集池考慮按武漢地區1年一遇日降雨量為60mm,擬設容積為2000m3的雨水收集池1座。考慮廠區內雨水清水池與消防水池合用,雨水清水儲存容積為遠期4條生產線時雨水回用最高日用水量的20%,為1793×20%=360(m3)。近、遠期雨水回用量計算結果見表1。從水量平衡表可知,平均日與最高日雨水回用量基本相同,雨水回用的核心用水量為空調補水。該空調補水與一般建筑物空調補水的概念不同,指的是工藝冷卻塔和冷凍機組為生產線上的各種設備提供的冷凍水和冷卻水的補水,其補水量和每天生產產品的數量成正比,該廠生產線運行機制為一日3班,24h不停機,全年開機運行。生產線一旦確定,則空調補水量也隨之確定,每天都為一個比較恒定的需水量。因目前僅開通2條生產線,而遠期還將投產2條同樣生產線,故遠期空調補水量為近期空調補水量的2倍。近期空調補水量為工藝冷卻塔和冷凍機組設備商根據生產線配置情況提供的確切數量。關于雨水收集池容積大小的確定,規范要求:不小于集水面重現期1~2年的日雨水設計徑流總量扣除設計初期徑流量。關于雨水回用最高日設計用水量,規范要求:不小于集水面日雨水設計徑流總量的40%。以上兩條,本項目設計均滿足。意即,本項目設計收集的雨水近期可保證在3天內即時用完,遠期僅需1天多一點的時間,即可使用完畢。因本項目主要將雨水用于空調補水,該空調主要用于生產工藝使用,全年四季均需使用,用水量恒定,因此可保證本項目的雨水回用效率很高。

3雨水回用系統設計

本項目主廠房屋面為彩鋼板斜屋面,且單塊屋面面積較大,有條件也比較適合采用壓力流(虹吸式)雨水排水系統,相對于普通87斗雨水系統,雨水立管數量大為減少,因此有條件針對每條雨水立管設置合適的初期雨水棄流裝置。本項目設計之始,我們即試圖尋找一種簡便、可靠、造價低,而且能配合建筑美觀要求的初期雨水棄流裝置。因當時雨水回用系統尚不普及,市面上成套產品不多,而且多數并未經受長期工程實踐運行的考驗,產品并不成熟。經調查考研,我們歸納出設計初期雨水棄流裝置的4個要求:①初期雨水棄流管路簡單,和收集雨水管路的轉換迅速;②初期雨水棄流量精確度需達到工程使用級別,最重要是初期棄流量應可以粗略調整;③初期雨水棄流裝置應是自動控制,并能控制避免間歇時間短暫的連續降雨間不必要的棄流動作;④初期雨水棄流裝置應適合雨水水質比較惡劣的工況,盡量避免堵塞,有一定的自清能力,存在少量堵塞物的情況下,初期雨水棄流裝置仍能有效運行(這一點主要針對當時一些雨水設備廠家的棄流閥多采用電動給水閥或電磁閥,經一段時間使用后,發現棄流閥大多被雨水中雜物堵塞,使整個棄流裝置失去效果的情況)。

3.1初期雨水棄流管路系統設計通過水位高差和水重力自流的原理,實現了棄流管路和收集管路的簡單轉換,并且轉換閥門設置于室外閥門井內,建筑立面除雨水立管外,無突出的任何多余裝置,保證了建筑立面美觀要求。由圖2可見,棄流閥采用了刀型電動污水閘閥,相對于電動給水閘閥、電磁閥,該種閥門沒有閥腔,僅由一片升降式的刀型閘板上下滑動來切斷水流,閘門過水時即使有雜質卡住閘板使之不能關閉到底,仍能實現截斷管段中的大部分流量,同時由于閘板處水流流速加大,對雜質的沖刷力度加大,從而實現閥門自清。棄流管路低于收集管路,初期棄流時,棄流閥為打開狀態,雨水從下部棄流管路進入室外雨水排放管路。棄流完成后,棄流閥關閉,雨水繼續流入管路,水位上漲,達到收集管路水位后,進入收集管路。一次降雨收集過程完成后,棄流閥恢復常開狀態,將上次降雨時管道中余水排入室外雨水排放管路,進入等待下一次降雨棄流、收集的狀態。這一系統滿足了前述①、②點的要求。

3.2自動噴灌系統的雨量監測器在初期雨水棄流系統上的運用關于初期雨水棄流裝置的原理多種多樣,按照工程實際需要安裝于單一立管上的多為流量型或雨量型初期雨水棄流裝置。廠家出于技術保護的目的,往往對其產品技術上如何實現初期棄流的關鍵部件或控制原理語焉不詳。而且通過我們對其產品的了解,控制避免間歇時間短暫的連續降雨間不必要的棄流動作的設備均不夠成熟。也即是說,其產品要么缺乏雨停監測設備,導致不管連續降雨的間隔時間多么短暫,每場降雨都會進行初期棄流;要么需要單獨設置雨停監測設備,導致初期雨水棄流裝置的控制電路極其復雜,故障率上升。并且各家產品有不同做法,導致產品差價很大,性能相差也很大,產品型號、規格、名稱均無標準。經過尋找,我們發現普遍使用于自動噴灌系統的雨量監測器可以很好地滿足前述設計初期雨水棄流裝置的4個要求中的第②、③點要求,而且產品成熟,控制線路簡單,價格便宜,同類產品至少有3家以上品牌可供業主選擇。如:TORO(美國托羅)的雨量監測探頭;美國KRAIN的R200雨量監測探頭;美國HUNT-ER的MiniCLIK和RAINCLIK雨量監測探頭。自動噴灌系統的雨量監測器需要控制:當降雨超過設定啟動雨量時(3~25mm可調,所謂啟動雨量指的是噴灌系統在微雨時,也即降雨初期,因降雨量尚不足滿足灌溉要求,此時噴灌系統仍保持工作,直到降雨量達到一定強度,才會停止自動噴灌系統的工作,這個啟動雨量在時間以及數值上均和初期棄流的3mm理論相吻合),自動噴灌系統停止工作,間隔時間短的連續降雨之間,保持自動噴灌系統停止工作的狀態。比較自動棄流裝置的控制要求:當降雨超過設定棄流雨量(3~25mm可調)大小時,棄流閥關閉,間隔時間短的連續降雨之間,保持棄流閥關閉(避免不必要的多次棄流)。可知,兩者要求完全一致。因此完全可以將自動噴灌系統的雨量監測器應用于自動棄流裝置的控制上。關于雨量監測探頭如何實現以上②、③點的控制要求,本文僅以美國HUNTER的MiniCLIK(見圖3、圖4)為例進行說明。由圖4可知,該探頭由多片合成木纖維質圓環片套在中心桿,底部有兩片金屬接觸片以及連接電線,外部由帶頂部鏤空進水圓環的塑料外殼以及可調節吸水膨脹片間隙大小的三檔調節按鈕組成。該探頭所有吸水膨脹片均為特殊工藝制作,膨脹率(收縮率)為固定值。平時干燥狀態時,上下金屬接觸片自然分開,電路處于斷路關閉狀態;降雨時雨水進入探頭,膨脹片吸水膨脹,將上下金屬接觸片壓緊,電路處于聯通開啟狀態。膨脹片吸滿水后,在雨停的狀態下,需要經過大約24h(具體時間長短需視環境溫濕度而定,一般不超過2d)方可將水分揮發干凈,膨脹片收縮至原有體積,上下金屬接觸片依靠自身彈性分開,電路恢復斷路關閉狀態。依靠膨脹片吸收的水分揮發其所需的時間滯后(因連續降雨時間間隔短,膨脹片吸水水分尚未揮發完就又有雨水進入探頭,使探頭復位時間拖后),從而避免了間歇時間短暫的連續降雨間不必要的棄流動作。該探頭的電路斷開/導通兩種狀態,對應于棄流閥的開/關兩種狀態,在電氣控制線路上很容易就能實現棄流裝置的自動控制。對于一般工程而言,雨水回用系統解決雨水收集的問題后,因雨水處理工藝比較簡單,其后續設計過程均比較簡單,不再贅述。

4不同再生水的優質優用對本項目而言,因雨水、中水系統合而為一,并有優先使用的要求,因此中水、雨水系統運行控制原理是本設計需要解決的一個重要任務。本項目主廠房屋面雨水經初期棄流后,由室外雨水收集管路收集進入室外地下雨水收集池,室外地下雨水收集池和室外中水消防水池、中水消防回用泵房為一體結構。地下1層為2000m3有效容積的雨水收集池,地面1層為1000m3有效容積的消防中水水池及泵房,泵房內有消防水泵、中水回用水泵、雨水處理設備等。中水設備運行控制原理(主要水位標高參見圖5):中水設備的開機/關機由中水消防合用水池以及雨水收集池的液位儀電信號控制。污水處理站的稀PAA處理水(即前述優質工藝廢水)直接泵送進中水消防合用水池,濃PAA、CIP廢水(即前述需深度處理的工藝廢水)經深度處理后由水泵送入雨水收集池,水泵位于污水處理站內。Soft反沖洗廢水由Soft水處理站重力流入雨水收集池(Soft反沖洗廢水水質略優于雨水水質,經過雨水處理設備處理后也可作為中水回用)。中水使用原則:稀PAA處理水優先使用,雨水/Soft反沖洗廢水次之,深度處理廢水再次之使用,市政自來水作為緊急情況的備用。

當合用水池水位到達稀PAA處理設備開機水位時,稀PAA進水閥打開,稀PAA處理設備同時開機,當合用水池水位到達所有中水設備關機水位時,稀PAA處理設備關機。當合用水池水位低至雨水設備開機水位時,雨水處理設備和雨水提升泵開機,當水位到達所有中水設備關機水位時,雨水處理設備和雨水提升泵停機。當合用水池水位再低至市政補水開始水位時,市政自來水開始補水,當水池水位達到市政補水停止水位時,市政自來水停止補水。當埋地雨水收集池水位降至廢水深度處理設備開機水位時,CIP和濃PAA廢水深度處理設備開機并向雨水收集池補水;當埋地雨水收集池水位升至廢水深度處理設備關機水位時,廢水深度處理設備關機并停止向雨水收集池補水。雨水收集池水位低至雨水處理設備保護性強制停機水位時,雨水提升泵和雨水處理設備電源被強制關閉。液位儀并提供報警信號至值班室,由值班人員人工檢查廢水深度處理設備運行情況,當確認廢水深度處理設備運行正常,雨水收集池水位上升回復至廢水深度處理設備開機水位后,人工復位雨水提升泵和雨水處理設備至自動控制運行狀態。Soft反沖洗廢水排入雨水收集池,不受限制,多余水溢流至市政雨水管道。Soft反沖洗廢水水質好于雨水水質,因此可直排入市政雨水管道。鋼屋面回收的雨水直接排入埋地雨水收集池,超過雨水收集池儲存能力的多余雨水通過溢流管排入市政雨水管道。通過以上水位控制原理,實現了系統的自動運行,并滿足了不同水質水源優先使用順序的排列。需要指出的是,所有不同設備的運行均由液位儀自動控制運行,污水處理系統/雨水處理系統/Soft水處理系統/中水回用系統之間沒有相互的聯動關系,這樣避免了復雜的聯動控制和由于某一系統故障導致整個體系出現故障的隱患。該工程已于2008年竣工投入使用,并獲得美國LEED認證銀獎。