導(dǎo)語(yǔ)：雨水回用體系設(shè)計(jì)思路與方法一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)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(shè)置了一工業(yè)園,該工業(yè)園由廠房、危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)、變電站、污水處理站、油罐區(qū)以及一些輔助用房組成。工業(yè)園基地面積9.5萬(wàn)m2,主廠房占地面積約4萬(wàn)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(tǒng)。主廠房屋面雨水經(jīng)屋面雨水排放系統(tǒng)收集,經(jīng)初期棄流后進(jìn)入雨水回用系統(tǒng)原水池,然后經(jīng)物化處理后回用于廠區(qū)綠化、空調(diào)冷卻水補(bǔ)水、建筑內(nèi)沖廁使用、消防補(bǔ)水。該項(xiàng)目為飲料灌裝廠,項(xiàng)目用水量極大且用水種類多,近期2條生產(chǎn)線最高日用水量3300m3,工藝用水占2200m3,鍋爐補(bǔ)水180m3,空調(diào)補(bǔ)水763m3。遠(yuǎn)期4條生產(chǎn)線各種用水量可按翻倍計(jì)算。工藝用水按水質(zhì)區(qū)分為反滲透(RO)水和軟化(Soft)水,由市政自來(lái)水經(jīng)廠內(nèi)的RO/Soft水處理站處理提供。鍋爐補(bǔ)水由Soft水,空調(diào)補(bǔ)水由中水提供,其余衛(wèi)生器具沖洗用水、綠化澆灌、室外場(chǎng)地沖洗、消防補(bǔ)水也均由中水提供,不過(guò)水量遠(yuǎn)小于空調(diào)補(bǔ)水量。該項(xiàng)目因排水需達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)方許可外排入市政管網(wǎng),因此項(xiàng)目?jī)?nèi)需設(shè)置供項(xiàng)目自用的污水處理站,全部生活污廢水和生產(chǎn)工藝廢水均需處理達(dá)標(biāo)后方可排入市政管網(wǎng)。因LEED評(píng)獎(jiǎng)的要求,本項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)配置處理設(shè)備外,并配置了進(jìn)一步的污水深度處理設(shè)備以滿足中水回用水質(zhì)要求。

2雨水回用系統(tǒng)工藝流程及水量平衡計(jì)算

對(duì)于本項(xiàng)目而言,中水的來(lái)源較多,中水原水水量也較大,近期2條生產(chǎn)線僅工藝生產(chǎn)廢水原水量就達(dá)1500m3/d,遠(yuǎn)大于948.5m3/d的中水用水量,其中約200m3/d的工藝廢水為優(yōu)質(zhì)中水水源,基本無(wú)需處理即可作為中水回用。另外的約1300m3/d的工藝廢水需經(jīng)深度處理后方可作為中水回用,其處理費(fèi)用高于雨水(經(jīng)初期棄流后)處理回用的費(fèi)用。因此,經(jīng)水量平衡計(jì)算,并應(yīng)業(yè)主要求,將主廠房建筑屋面雨水(經(jīng)過(guò)初期棄流)和工藝生產(chǎn)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(yōu)先順序。優(yōu)質(zhì)基本無(wú)需處理的工藝廢水優(yōu)先使用;雨水(經(jīng)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(tǒng)在非降雨期或雨量不足期的補(bǔ)水,最末順序使用。雨水收集池考慮按武漢地區(qū)1年一遇日降雨量為60mm,擬設(shè)容積為2000m3的雨水收集池1座。考慮廠區(qū)內(nèi)雨水清水池與消防水池合用,雨水清水儲(chǔ)存容積為遠(yuǎn)期4條生產(chǎn)線時(shí)雨水回用最高日用水量的20%,為1793×20%=360(m3)。近、遠(yuǎn)期雨水回用量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(diào)補(bǔ)水。該空調(diào)補(bǔ)水與一般建筑物空調(diào)補(bǔ)水的概念不同,指的是工藝?yán)鋮s塔和冷凍機(jī)組為生產(chǎn)線上的各種設(shè)備提供的冷凍水和冷卻水的補(bǔ)水,其補(bǔ)水量和每天生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量成正比,該廠生產(chǎn)線運(yùn)行機(jī)制為一日3班,24h不停機(jī),全年開(kāi)機(jī)運(yùn)行。生產(chǎn)線一旦確定,則空調(diào)補(bǔ)水量也隨之確定,每天都為一個(gè)比較恒定的需水量。因目前僅開(kāi)通2條生產(chǎn)線,而遠(yuǎn)期還將投產(chǎn)2條同樣生產(chǎn)線,故遠(yuǎn)期空調(diào)補(bǔ)水量為近期空調(diào)補(bǔ)水量的2倍。近期空調(diào)補(bǔ)水量為工藝?yán)鋮s塔和冷凍機(jī)組設(shè)備商根據(jù)生產(chǎn)線配置情況提供的確切數(shù)量。關(guān)于雨水收集池容積大小的確定,規(guī)范要求:不小于集水面重現(xiàn)期1~2年的日雨水設(shè)計(jì)徑流總量扣除設(shè)計(jì)初期徑流量。關(guān)于雨水回用最高日設(shè)計(jì)用水量,規(guī)范要求:不小于集水面日雨水設(shè)計(jì)徑流總量的40%。以上兩條,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)均滿足。意即,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)收集的雨水近期可保證在3天內(nèi)即時(shí)用完,遠(yuǎn)期僅需1天多一點(diǎn)的時(shí)間,即可使用完畢。因本項(xiàng)目主要將雨水用于空調(diào)補(bǔ)水,該空調(diào)主要用于生產(chǎn)工藝使用,全年四季均需使用,用水量恒定,因此可保證本項(xiàng)目的雨水回用效率很高。

3雨水回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)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(tǒng),相對(duì)于普通87斗雨水系統(tǒng),雨水立管數(shù)量大為減少,因此有條件針對(duì)每條雨水立管設(shè)置合適的初期雨水棄流裝置。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)之始,我們即試圖尋找一種簡(jiǎn)便、可靠、造價(jià)低,而且能配合建筑美觀要求的初期雨水棄流裝置。因當(dāng)時(shí)雨水回用系統(tǒng)尚不普及,市面上成套產(chǎn)品不多,而且多數(shù)并未經(jīng)受長(zhǎng)期工程實(shí)踐運(yùn)行的考驗(yàn),產(chǎn)品并不成熟。經(jīng)調(diào)查考研,我們歸納出設(shè)計(jì)初期雨水棄流裝置的4個(gè)要求:①初期雨水棄流管路簡(jiǎn)單,和收集雨水管路的轉(zhuǎn)換迅速;②初期雨水棄流量精確度需達(dá)到工程使用級(jí)別,最重要是初期棄流量應(yīng)可以粗略調(diào)整;③初期雨水棄流裝置應(yīng)是自動(dòng)控制,并能控制避免間歇時(shí)間短暫的連續(xù)降雨間不必要的棄流動(dòng)作;④初期雨水棄流裝置應(yīng)適合雨水水質(zhì)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(yùn)行(這一點(diǎn)主要針對(duì)當(dāng)時(shí)一些雨水設(shè)備廠家的棄流閥多采用電動(dòng)給水閥或電磁閥,經(jīng)一段時(shí)間使用后,發(fā)現(xiàn)棄流閥大多被雨水中雜物堵塞,使整個(gè)棄流裝置失去效果的情況)。

3.1初期雨水棄流管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)水位高差和水重力自流的原理,實(shí)現(xiàn)了棄流管路和收集管路的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換,并且轉(zhuǎn)換閥門(mén)設(shè)置于室外閥門(mén)井內(nèi),建筑立面除雨水立管外,無(wú)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(jiàn),棄流閥采用了刀型電動(dòng)污水閘閥,相對(duì)于電動(dòng)給水閘閥、電磁閥,該種閥門(mén)沒(méi)有閥腔,僅由一片升降式的刀型閘板上下滑動(dòng)來(lái)切斷水流,閘門(mén)過(guò)水時(shí)即使有雜質(zhì)卡住閘板使之不能關(guān)閉到底,仍能實(shí)現(xiàn)截?cái)喙芏沃械拇蟛糠至髁?同時(shí)由于閘板處水流流速加大,對(duì)雜質(zhì)的沖刷力度加大,從而實(shí)現(xiàn)閥門(mén)自清。棄流管路低于收集管路,初期棄流時(shí),棄流閥為打開(kāi)狀態(tài),雨水從下部棄流管路進(jìn)入室外雨水排放管路。棄流完成后,棄流閥關(guān)閉,雨水繼續(xù)流入管路,水位上漲,達(dá)到收集管路水位后,進(jìn)入收集管路。一次降雨收集過(guò)程完成后,棄流閥恢復(fù)常開(kāi)狀態(tài),將上次降雨時(shí)管道中余水排入室外雨水排放管路,進(jìn)入等待下一次降雨棄流、收集的狀態(tài)。這一系統(tǒng)滿足了前述①、②點(diǎn)的要求。

3.2自動(dòng)噴灌系統(tǒng)的雨量監(jiān)測(cè)器在初期雨水棄流系統(tǒng)上的運(yùn)用關(guān)于初期雨水棄流裝置的原理多種多樣,按照工程實(shí)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(shù)保護(hù)的目的,往往對(duì)其產(chǎn)品技術(shù)上如何實(shí)現(xiàn)初期棄流的關(guān)鍵部件或控制原理語(yǔ)焉不詳。而且通過(guò)我們對(duì)其產(chǎn)品的了解,控制避免間歇時(shí)間短暫的連續(xù)降雨間不必要的棄流動(dòng)作的設(shè)備均不夠成熟。也即是說(shuō),其產(chǎn)品要么缺乏雨停監(jiān)測(cè)設(shè)備,導(dǎo)致不管連續(xù)降雨的間隔時(shí)間多么短暫,每場(chǎng)降雨都會(huì)進(jìn)行初期棄流;要么需要單獨(dú)設(shè)置雨停監(jiān)測(cè)設(shè)備,導(dǎo)致初期雨水棄流裝置的控制電路極其復(fù)雜,故障率上升。并且各家產(chǎn)品有不同做法,導(dǎo)致產(chǎn)品差價(jià)很大,性能相差也很大,產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格、名稱均無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)尋找,我們發(fā)現(xiàn)普遍使用于自動(dòng)噴灌系統(tǒng)的雨量監(jiān)測(cè)器可以很好地滿足前述設(shè)計(jì)初期雨水棄流裝置的4個(gè)要求中的第②、③點(diǎn)要求,而且產(chǎn)品成熟,控制線路簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,同類產(chǎn)品至少有3家以上品牌可供業(yè)主選擇。如:TORO(美國(guó)托羅)的雨量監(jiān)測(cè)探頭;美國(guó)KRAIN的R200雨量監(jiān)測(cè)探頭;美國(guó)HUNT-ER的MiniCLIK和RAINCLIK雨量監(jiān)測(cè)探頭。自動(dòng)噴灌系統(tǒng)的雨量監(jiān)測(cè)器需要控制:當(dāng)降雨超過(guò)設(shè)定啟動(dòng)雨量時(shí)(3~25mm可調(diào),所謂啟動(dòng)雨量指的是噴灌系統(tǒng)在微雨時(shí),也即降雨初期,因降雨量尚不足滿足灌溉要求,此時(shí)噴灌系統(tǒng)仍保持工作,直到降雨量達(dá)到一定強(qiáng)度,才會(huì)停止自動(dòng)噴灌系統(tǒng)的工作,這個(gè)啟動(dòng)雨量在時(shí)間以及數(shù)值上均和初期棄流的3mm理論相吻合),自動(dòng)噴灌系統(tǒng)停止工作,間隔時(shí)間短的連續(xù)降雨之間,保持自動(dòng)噴灌系統(tǒng)停止工作的狀態(tài)。比較自動(dòng)棄流裝置的控制要求:當(dāng)降雨超過(guò)設(shè)定棄流雨量(3~25mm可調(diào))大小時(shí),棄流閥關(guān)閉,間隔時(shí)間短的連續(xù)降雨之間,保持棄流閥關(guān)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(dòng)噴灌系統(tǒng)的雨量監(jiān)測(cè)器應(yīng)用于自動(dòng)棄流裝置的控制上。關(guān)于雨量監(jiān)測(cè)探頭如何實(shí)現(xiàn)以上②、③點(diǎn)的控制要求,本文僅以美國(guó)HUNTER的MiniCLIK(見(jiàn)圖3、圖4)為例進(jìn)行說(shuō)明。由圖4可知,該探頭由多片合成木纖維質(zhì)圓環(huán)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(jìn)水圓環(huán)的塑料外殼以及可調(diào)節(jié)吸水膨脹片間隙大小的三檔調(diào)節(jié)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(shí)干燥狀態(tài)時(shí),上下金屬接觸片自然分開(kāi),電路處于斷路關(guān)閉狀態(tài);降雨時(shí)雨水進(jìn)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(lián)通開(kāi)啟狀態(tài)。膨脹片吸滿水后,在雨停的狀態(tài)下,需要經(jīng)過(guò)大約24h(具體時(shí)間長(zhǎng)短需視環(huán)境溫濕度而定,一般不超過(guò)2d)方可將水分揮發(fā)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(kāi),電路恢復(fù)斷路關(guān)閉狀態(tài)。依靠膨脹片吸收的水分揮發(fā)其所需的時(shí)間滯后(因連續(xù)降雨時(shí)間間隔短,膨脹片吸水水分尚未揮發(fā)完就又有雨水進(jìn)入探頭,使探頭復(fù)位時(shí)間拖后),從而避免了間歇時(shí)間短暫的連續(xù)降雨間不必要的棄流動(dòng)作。該探頭的電路斷開(kāi)/導(dǎo)通兩種狀態(tài),對(duì)應(yīng)于棄流閥的開(kāi)/關(guān)兩種狀態(tài),在電氣控制線路上很容易就能實(shí)現(xiàn)棄流裝置的自動(dòng)控制。對(duì)于一般工程而言,雨水回用系統(tǒng)解決雨水收集的問(wèn)題后,因雨水處理工藝比較簡(jiǎn)單,其后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程均比較簡(jiǎn)單,不再贅述。

4不同再生水的優(yōu)質(zhì)優(yōu)用對(duì)本項(xiàng)目而言,因雨水、中水系統(tǒng)合而為一,并有優(yōu)先使用的要求,因此中水、雨水系統(tǒng)運(yùn)行控制原理是本設(shè)計(jì)需要解決的一個(gè)重要任務(wù)。本項(xiàng)目主廠房屋面雨水經(jīng)初期棄流后,由室外雨水收集管路收集進(jìn)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(jié)構(gòu)。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?jī)?nèi)有消防水泵、中水回用水泵、雨水處理設(shè)備等。中水設(shè)備運(yùn)行控制原理(主要水位標(biāo)高參見(jiàn)圖5):中水設(shè)備的開(kāi)機(jī)/關(guān)機(jī)由中水消防合用水池以及雨水收集池的液位儀電信號(hào)控制。污水處理站的稀PAA處理水(即前述優(yōu)質(zhì)工藝廢水)直接泵送進(jìn)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(jīng)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(nèi)。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(zhì)略優(yōu)于雨水水質(zhì),經(jīng)過(guò)雨水處理設(shè)備處理后也可作為中水回用)。中水使用原則:稀PAA處理水優(yōu)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(lái)水作為緊急情況的備用。

當(dāng)合用水池水位到達(dá)稀PAA處理設(shè)備開(kāi)機(jī)水位時(shí),稀PAA進(jìn)水閥打開(kāi),稀PAA處理設(shè)備同時(shí)開(kāi)機(jī),當(dāng)合用水池水位到達(dá)所有中水設(shè)備關(guān)機(jī)水位時(shí),稀PAA處理設(shè)備關(guān)機(jī)。當(dāng)合用水池水位低至雨水設(shè)備開(kāi)機(jī)水位時(shí),雨水處理設(shè)備和雨水提升泵開(kāi)機(jī),當(dāng)水位到達(dá)所有中水設(shè)備關(guān)機(jī)水位時(shí),雨水處理設(shè)備和雨水提升泵停機(jī)。當(dāng)合用水池水位再低至市政補(bǔ)水開(kāi)始水位時(shí),市政自來(lái)水開(kāi)始補(bǔ)水,當(dāng)水池水位達(dá)到市政補(bǔ)水停止水位時(shí),市政自來(lái)水停止補(bǔ)水。當(dāng)埋地雨水收集池水位降至廢水深度處理設(shè)備開(kāi)機(jī)水位時(shí),CIP和濃PAA廢水深度處理設(shè)備開(kāi)機(jī)并向雨水收集池補(bǔ)水;當(dāng)埋地雨水收集池水位升至廢水深度處理設(shè)備關(guān)機(jī)水位時(shí),廢水深度處理設(shè)備關(guān)機(jī)并停止向雨水收集池補(bǔ)水。雨水收集池水位低至雨水處理設(shè)備保護(hù)性強(qiáng)制停機(jī)水位時(shí),雨水提升泵和雨水處理設(shè)備電源被強(qiáng)制關(guān)閉。液位儀并提供報(bào)警信號(hào)至值班室,由值班人員人工檢查廢水深度處理設(shè)備運(yùn)行情況,當(dāng)確認(rèn)廢水深度處理設(shè)備運(yùn)行正常,雨水收集池水位上升回復(fù)至廢水深度處理設(shè)備開(kāi)機(jī)水位后,人工復(fù)位雨水提升泵和雨水處理設(shè)備至自動(dòng)控制運(yùn)行狀態(tài)。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(zhì)好于雨水水質(zhì),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(guò)雨水收集池儲(chǔ)存能力的多余雨水通過(guò)溢流管排入市政雨水管道。通過(guò)以上水位控制原理,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行,并滿足了不同水質(zhì)水源優(yōu)先使用順序的排列。需要指出的是,所有不同設(shè)備的運(yùn)行均由液位儀自動(dòng)控制運(yùn)行,污水處理系統(tǒng)/雨水處理系統(tǒng)/Soft水處理系統(tǒng)/中水回用系統(tǒng)之間沒(méi)有相互的聯(lián)動(dòng)關(guān)系,這樣避免了復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)控制和由于某一系統(tǒng)故障導(dǎo)致整個(gè)體系出現(xiàn)故障的隱患。該工程已于2008年竣工投入使用,并獲得美國(guó)LEED認(rèn)證銀獎(jiǎng)。