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    綠色給水排水系統設計與實踐
    2022.04.19 公司新聞 333

    所謂綠色給水排水系統設計,是指既能滿足當代人的生活需求。又不影響后代人需要的一種尊重自然規律的發展模式【1】。要想真正實現給水排水系統的綠色化發展,需要我們從宏觀、中觀、微觀等多個層面不斷地思考與探索。積極尋求新的給水排水系統設計理念,不斷推陳出新研發新的給水排水適應技術。同時,以小區、各類園區為著力點開展中試研究.以點帶面地推動綠色給水排水系統設計。

    1 國內外綠色給水排水發展現狀

    國內外綠色給水排水發展現狀.大致包含直飲水系統的建設、低碳化的污水處理、雨水的綜合利用及水資源的可持續利用4個方面。

    1)直飲水系統的建設

    可以說直飲水是當今世界發展的主要潮流,也是發達國家的重要標志。在發達國家直飲水已經比較普遍,美國、歐洲、13本的普及率分別為60%、56%和38%。而我國的直飲水事業與國外相差較大,直飲水量僅占城市供水量的1%~3%【2】。

    2)低碳化的污水處理

    有人說"自進入21世紀以來,集中式污水處理正在被分散式污水處理所取代"。在美國,分散式污水處理已經走過了100多年的歷程,它與集中式污水處理相互補充、相得益彰,解決了不同條件下的污水處理問題【3】。在德國,通過構建分散式雨污水處理設施系統,就近處理雨污水:其一,建設PAK濕地污水處理系統,利用介質層和濕地植物營造生態系統;其二,將污水分為雨水、灰水和黑水分別處理,實現資源回收與利用【4】。在我國,如山西科技城等創新園區、科技園區、生態園區的排水系統設計也在不斷地摸索與踐行類似的低碳、綠色化的污水處理系統,在方案設計時引入了污染分離消納、循環利用的理念。

    3)雨水的綜合利用

    雨水的綜合管理是城市發展的必然趨勢。將防汛排澇、雨水利用和面源污染控制綜合考慮。解決城市雨水問題。在日本,雨水主要用于補充地下水、復活泉水、恢復河川基流、改善生態條件,目前屋頂集水面積已超過20萬m2[5]:澳大利亞推行的是以"節水"為核心的城市雨水利用,從源頭收集控制雨水,用水箱收集雨水并用于沖廁和戶外用水【6】:美國則以提高雨水天然人滲能力為主,建立屋頂蓄水系統和由人滲池、入滲井、草地、透水地面組成的地表回灌系統;而我國也正在積極推行以"滲、滯、蓄、凈、用、排"相結合的海綿城市,實現雨水的自然凈化、自然積存、自然滲透。

    4)水資源的可持續利用

    水資源的可持續利用是全世界共同的任務,一些國家較早認識到了水資源危機的嚴重性.將水資源保護和利用提升到重要戰略高度.并開展了大量實踐工作。馬德里市的污水處理率為100%.年處理量3億m3,凈化后的再生水通過長約150km的地下管道供給噴泉和城市清潔等公共用水,年利用量高達600萬m3[2]。新加坡則將雨水全部收集回用.全國有一半的國土面積是集水區,雨水收集存儲后,輸送至自來水廠處理,處理后的水用于居民飲用。在我國,無論是污水再生利用還是雨水利用都處于剛剛起步階段,全國污水再生利用率不足30%.雨水利用率則低于10%。

    2 項目概況及核心設計理念

    2.1項目概況

    貴安生態文明創新園(下文簡稱"創新園")位于貴州省貴安新區中心區.是中英兩國生態技術戰略合作的開端。園區規劃用地約619hm2,總建筑面積9672m2,總容納人數約410人,西鄰百馬大道和月亮湖公園,南鄰貴安新區臨時行政中心,北側為松林,區位條件優良。園區建設以"生態、低碳、安全、智慧"為核心,并致力于打造一個獨特且領先的綠色技術展示平臺。

    2.2核心設計理念

    結合國內外綠色給水排水技術的發展及創新園的功能定位(創新園給水排水系統的總體定位為"生態、低碳、安全、智慧"),通過構建基于節水優先的分質供水系統、基于源頭分離的負壓排水系統、基于海綿城市的自然排水系統、基于資源化利用的末端處理系統,形成高效循環的水資源體系,如圖1所示。


    3 項目創新及新技術應用

    創新園的建設理念先進,但其項目開發及建設時序存在著一定的不確定性,因此設計方案不僅要立足于創新園的實際需求,還要涵蓋給水排水領域的全部內容,與創新園綠色化發展的理念相契合,這樣才能很好地應對項目的分期開發,從而保證創新園支撐系 統的穩定運行。因此,該項目在規劃設計時引入了源分 離污水處理系統、負壓污水收集系統、低影響開發雨 水利用系統等多項技術。

    3.1源分離污水處理系統

    源分離污水處理系統,即將污水分為褐水、黃水和灰水分別進行處理、利用與資源化,與創新園"低碳、 綠色"的發展理念相契合。

    1)褐水處理系統

    褐水主要是指糞便等營養鹽含量較高的混合生活污水,一般污染物質量濃度較高的廚房廢水也可歸 入此類,園區的綠化垃圾如秸稈、樹枝等也可以通過褐水處理系統一并進行處理。在處理時,秸稈和樹枝等 可通過厭氧熱解生成生物炭,糞便、餐廚垃圾和有機 垃圾等可通過厭氧發酵形成沼氣和綠色肥料E。

    2) 黃水處理系統

    黃水主要是指尿液廢水,其處理工藝主要采用的是吸附塔的結晶流化床工藝,該工藝能有效地去除黃水中的氮、磷等營養元素并獲取有機肥料卩-氣

    3)灰水處理系統

    灰水是指洗浴、盥洗、洗衣機等雜排水,其特點是水中的懸浮物、有機物、營養物(氮、磷)及微生物含量 比混合生活污水低四?;宜幚碇饕捎玫氖寝r村微動力一體化設備,利用生物化學處理和MBR處理,提高 出水水質,達到回用于景觀水體的標準。

    3.2 負壓污水收集系統

    考慮到園區項目分期建設,先期建設的項目污水 產生量相對較少,而污水經源頭分離后,各管道內實際流動的污水量及流速也會明顯減小,易造成污染物在管道內淤積并腐蝕管網,而負壓污水收集系統由于其特殊的工作原理與工作特性,剛好可有效解決以上問題, 為創新園綠色給水排水系統設計與實踐提供了便利。

    負壓污水收集系統由負壓收集器、負壓管道及負 壓收集站組成。負壓收集器為污水的前端收集系統,當負壓收集器內的污水達到預定液位后,會發出一個信號傳遞給末端的負壓收集站,負壓收集站開始工作,形 成負壓,將負壓收集器內的污水抽吸至負壓收集站,再將收集到的污水不斷地輸送給終端的污水處理系統。

    負壓管道是負壓污水收集系統的一個中間環節, 基于負壓污水收集系統的工作原理及工作特點,負壓管道的管徑較常規重力流污水管道明顯減小,其管徑多介于75?160mm之間。在敷設過程中負壓管道可成束排列,管道埋深也可明顯減小,對管道坡降的要求也相對較低,更適用于復雜地形,一般情況下亦無需按照常規污水管道每隔30m設置1個檢查井,可節約 土方、管材、空間。

    3.3 低影響開發雨水利用系統

    3.3.1透水鋪裝

    為了充分發揮"海綿體"的特性,園區路面及停車 場釆用高分子納米合金材料和四維蜂巢約束系統(見圖2),該系統具有使用壽命長、施工周期短、維護成本低、便于雨水下滲、可減少水土流失等優點。同時在進 行園區建設時還將石料填入柔性鋼絲籠中達到一定 的孔隙率,逐層砌筑成柔性擋土構筑物,從而形成石 籠擋墻(見圖3),保證水土自然交換,防止水土流失, 保證園區排水安全。

    3.3.2多級臺地

    依據原始地形,借鑒貴州省當地梯田模式設置臺 地化解高差(見圖4),臺地內部平緩。擋墻與平臺之間。

    留100-200 mm的高差,用于滯水。充分借助自然力量,選擇順應地形、成本低、維護少的技術措施,大大降低建設成本。

    3.3.3下沉式綠地

    下沉式綠地可利用植被截留、土壤滲透截留凈化雨水。園區的西北角、東南角及東北角地勢較低,現狀為天然的洼地,適宜進行下沉式綠地建設與改造。

    3.3.4濕塘

    濕澹是具有雨水調蓄和凈化功能的景觀水體,平時發揮正常的景觀及休閑、娛樂功能,暴雨發生時發揮調蓄功能。創新園在地形上呈馬鞍形,形成了大、小 2個臺地及1個谷地,具備建設濕塘的天然條件。

    3.3.5蓄水模塊及雨水資源化利用

    貴安新區多年平均降雨量約為1106mm,而創新 園總建設用地面積為6.9hm2,則園區內年均降雨總量 約為7.6萬m3,下沉式綠地、蓄水模塊等積蓄的雨水可 用于園區的綠化、道路澆灑等,緩解再生水的用水壓力。蓄水模塊示意圖如圖5所示;雨水回用于景觀水池 如圖6所示。

    4 系統設計方案

    4.1基于節水優先的分質供水系統

    考慮優水優用的原則,將園區內的供水分為兩大系統,一路為供給生活的自來水系統,一路為供給建筑沖廁及綠化澆灑等的非常規水系統。其中非常規水資源主要為園區的再生水及通過低影響開發設施收集到的雨水。

    4.1.1供水配置方案

    園區內的建筑由餐飲、辦公及配套公建組成,最高日室內用水量約為82m3/d??紤]優水優用的原則,建筑 沖廁用水由再生水供給,約占室內總用水量的60%【10】, 生活用水由自來水供給,每日新鮮水需求量約為33m3。

    4.1.2再生水供給策略

    再生水是園區可利用的重要水資源之一,宜將其納入園區水資源統一調配,并優先回用于建筑沖廁,其余用于綠化、道路澆灑及園區生態補水,其產水能力及需求分析如表1所示。

    因此,為滿足園區再生水的使用需求,除自供給外仍需要貴安新區城市再生水管網補充供給。

    4.2 基于源頭分離的負壓排水系統

    4.2.1 負荷預測

    園區內污水由居民生活污水和公建污水組成,污水排放系數取0.85,日變化系數為1.3,污水集中處理 率為100%,平均日污水總量約為54m3/d。沖廁用水約占60%,可近似認為園區內實際產生的灰水量占污水總量的40%,黃水與褐水按1:1進行分配各占30%, 則灰水、黃水、褐水的排放量分別為22、16、16m3/d。

    4.2.2 系統設計與設施布局

    在園區東南角設置污水資源化中心1座,設置灰 水、黃水和褐水3套污水處理工藝,其中灰水處理設施 按再生水標準設計,資源化中心總占地面積約780m2。并設置灰水、黃水、褐水3套負壓排水管道,將污水分類收集并輸送至資源中心,如圖7所示。

    園區內各建筑物內需采用源分離潔具,以實現糞 便和尿液的分離,保證園區污水分類收集、分類處理 的可行性。

    4.3基于海綿城市的自然排水系統

    4.3.1指標選取

    參照《貴安新區中心區海綿城市專項規劃》中的相關建設標準,確定規劃區的年徑流總量控制率為85 %, 其對應的設計降雨量為32mm。

    創新園現狀以耕地為主,開發建設前的綜合徑流 系數約為0.15,開發建設后雖然下墊面組成發生了變化,但通過采取透水鋪裝、下沉式綠地等措施,盡量維持開發后的水文特征接近于開發前的水文特征。

    4.3.2場地分析及功能設施布局

    結合創新園的天然產匯流分析、天然匯水分區以及創新園的用地布局(見圖8),將園區劃分為4個主要的排水分區,并以此作為創新園海綿化建設的設計分區,落實建設任務。

    4.3.3自然排水系統

    創新園雨水系統規劃以"自然積存、自然滲透、自然凈化"為核心,取消傳統的雨水管渠集中收集的模式,使區域內的雨水就近下滲及順地勢排放至下沉式綠地、濕澹等調蓄設施,從而實現雨水的間接利用。自然排水系統如圖9所示。

    4.3.4溢流及監測系統

    為了更好地實時掌握低影響開發設施的運行狀 態,實現園區"海綿"建設效果的定量化評估,將在園區設置2個雨量計、4個流量計和10個液位計分別監 控園區的降雨量、雨水外排量和雨水下滲利用量。

    從保證園區排水安全的角度出發,按50年一遇強降雨的標準,對園區消納、滯留、積蓄雨水的能力進行校核,并在園區北側及東南側下沉式綠地中設置4處雨水溢流口,溢流管管徑為600mm,保證強降雨時園區內的雨水可在2h內全部排除。

    4.4基于資源化利用的末端處理系統

    在末端進行分類處理和資源化回收,形成再生水和有機肥料,建立水、營養物質與能源的循環圈,實現污廢零排,是生態文明創新園建設的終極目標。

    園區內的餐廚垃圾產生量按0.1kg/(人.d)考慮, 則園區每天產生的餐廚垃圾總量約為41kg,經廚余垃圾粉碎機粉碎后,由褐水系統收集至資源中心,經厭氧發酵處理回收利用,無需單獨收集及轉運。園區綠化垃圾則由環衛工人收集后,清運至資源中心,進行生態化處理。綠化垃圾產生量按20kg/hm2估算,則園區 每年產生的綠化垃圾總量約為93kg。

    5 結語

    給水排水規劃是城市建設規劃中的重要一環,綠 色、環保、節能已成為未來城市發展的方向,在規劃設計時要勇于創新,通過新的理念、新的技術更好地支撐給水排水的設計工作,用以指導我國城市的科學建設與發展。

    污水處理是我國實現節能減排、低碳綠色發展的重要途徑,在系統規劃、建設和運行的全過程中,需要梳理低碳規劃理念,選擇適宜的低碳污水處理技術,在保障處理效果的前提下,最大限度地削減碳排放,并盡 可能地實現資源回收。

    貴安新區生態文明創新園只是綠色給水排水系統設計的一個探討與應用,其運行效果尚待時間的檢驗,而我國綠色給水排水系統設計的推行也需不斷地嘗試與探索,以點帶面逐漸推廣。


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