雨水回用工程设计方案t.doc
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武汉工程科学院科技园雨水回用工程设计方案
武汉市工程科学技术研究院科技园
雨水利用工程设计方案
中南建筑设计院
200７年７月
设计单位：
中南建筑设计院 ―2―
1 总论
1.1 概述
联合国早在1977年2月就向全世界发出警告“水不久将成为一个重要的全球性危机”。
如今，全世界面临水资源危机，产生的原因主要包括用水量急剧增加、水污染、水资源开发不合理、浪费严重等几个方面。
随着社会的迅速发展和文明的不断进步，特别是人口的急剧增加，人类对水的依赖程度越来越高，世界用水量急剧增加。
我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源量约为2200m3，约为世界平均水平的四分之一。
而且,我国用水浪费严重，水资源利用效率较低。
目前,我国农业用水利用率仅为40%～50%，灌溉用水有效利用系数只有0.4左右。
工业方面,工业用水重复利用率低,仅为20%～40%，单位产品用水定额高。
城市生活用水方面，供水管网和卫生设备的漏水是形成浪费的主要原因，我国城市供水管网的漏水量约占全部供水量的10%左右。
此外，我国产业结构不合理，高耗水量行业发展集中，生产管理水平低，生产用水浪费严重；人们思想认识模糊,缺乏危机感，节水意识差,城市生活用水、家庭用水浪费现象普遍；缺少全局控制,违反生态规律发展，出现掠夺式开发、浪费式利用、混乱式管理；水的重复利用率低,相关法律、制度不健全,都是我国水资源危机出现的原因。
雨水回用，是解决城市水资源危机的重要途径，也是协调城市水资源与水环境的根本出路，既能减小对地下水的开采，又能给我们带来一定的经济效益。
由于“水危机”的困扰，许多国家和地区积极着手巩固和加强节水意识以及研究城市雨水回用工作。
由于近年来武汉市城市化进程不断加快，不透水面积增加，大量的雨水资源被弃流排放。
如果能将流失的雨水进行利用，实现城市雨水资源化，不但能够节约有限的水资源，缓解暴雨期间城市排水系统的负荷，还能改善城市水环境和水循环，收到良好的经济效益和社会效益。
城市雨水资源化是指通过工程技术措施收集、储存并利用雨水，同时通过雨水的渗透、回灌、补充地下水及地面水源，维持并改善城市的水循环系统。
就目前武汉市的实际情况而言，实现城市雨水资源化的一条直接可行的途径是对小区、工业园区、办公区雨水进行回用，经处理后的雨水可用于浇灌、洗车等。
尤其对新建建筑，设计雨水回用设施是一条节约水资源的有效途径。
1.2 项目慨况
武汉市工程科学技术研究院科技园位于武汉科技新城流芳簇团，面临光谷大道，北面为建设中的交委物流中心，东面及南面为建设中的中原电子工业园。
规划用地面积约169553m2，其中代征道路用地约23630m2。
规划净用地面积145922m2。
其中建筑占地面积35831m2，道路广场面积40325m2，水体面积5230m2，绿地面积60065m2，科技园容积率为0.9，建筑密度24.5%，停车位240辆，绿地率44.7%。
本项目共分3期，其中1期工程设计已经完成。
设计雨水回用主要用于冲洗道路、绿化、洗车等3个方面。
1.3 设计依据
1、《室外排水设计规范》（GB50014-2006）；
2、《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）；
3、《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）；
4、《建筑中水设计规范》（GB50336-2002）；
5、《生活杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）；
6、回用水标准符合国家《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）；
7、建设方提供的有关生活污水水质、水量、布局、工程图纸等基础资料；
8、其他相关标准及规范。
1.4设计原则
1、雨水处理回用工程以投资省，运转费用低，占地面积小为原则。
2、处理系统先进，设备运行稳定可靠，维护简单、操作方便。
3、雨水处理系统不产生二次污染源污染环境。
4、控制管理按处理工艺过程要求尽量考虑自控，降低运行操作的劳动强度，使雨水处理站运行可靠、维护方便，提高雨水处理站运行管理水平。
2工艺设计
2.1雨水水质分析
科技园区拟采用地面及屋顶雨水径流作为水源，由于径流的形成包括降水过程、蓄渗过程、坡地漫流和集流4个基本过程，在形成径流的过程中，雨水径流将冲刷屋面、路面、草地以及其他裸露的地面等，因此形成地面径流的水质要受到降水水质、屋面水质、植物叶面沉积物、地面污染物等影响。
根据相关文献，地面雨水径流的水质变化范围比较大，COD为280～1250mg／L，BOD5为50～210mg／L，SS为1045～2288mg／L。
为此，在进行园区雨水管线设计时，每隔50m均设置了沉砂井，雨水经过沉砂井初期沉淀之后，雨水径流的水质比较稳定，从其他已建项目沉砂池的雨水管下游进行取样分析，结果表明污染物质含量很低。
参考同类型的工程经验可知，该雨水经适当处理后，完全可以达到中水回用的水质标准。
2.2雨水回收系统说明
①、屋面雨水说明
屋面雨水—雨水斗—雨水立管—雨水检查井—雨水弃流井—雨水调节池
②、园区地面雨水说明
地面雨水—地面与水沟或雨水口—雨水检查井—雨水弃流井—雨水调节池
屋面雨水、绿地雨水和道路场地雨水尽量先引入附过的低势绿地或、下渗净化。
对超过绿地储存容量和下渗量而形成的地表降雨径流则利用边沟或雨水管道向雨水调节池汇集。
2.3雨水水量计算
园区汇水面积包括道路、绿地、屋面面积，因汇集雨量较大，园区平均径流系数按0.8计。
则：
①、全年可用雨水资源总量为1.269×145922×0.8=1.4814×105m3。
②、最大月均雨水资源量为0.275×169553×0.8=0.373×105m3。
③、最小月均雨水资源量为0.024×169553×0.8=3255m3。
2.4需水量计算
根据浇洒道路、绿化、洗车用水定额及相应面积计算用水量。
浇洒道路用水定额1．5L／（m·d），绿化用水定额2L／（m·d），洗车用水定额300升／（辆·天），则:
①、浇洒道路及场地需水量为0.0015×40325×365=2.2×104m3。
②、园区绿化需水量为0.002×60065×365=4.38×104m3
③、洗车需水量为0.3×240×365=2.628×104m3
④、人工湖年蒸发量为5230×1=5230m3
⑤、人工湖及绿地渗透系数为1.26×10-8m/s,
则年均渗水量为65295×1.26×3600×24×365=25945m3。
由上述数据得知，
园区年可利用雨水资源量为1.4814×105-5230-25945=116965m3。
园区年需水总量为22000+43800+26280=91080m3。
可见雨水水量完全可以满足总需水量的要求。
2.5设计水量水质及用水标准
本项目最大雨水处理量约116965m3／365d=320m3/d，本工程设计时考虑到因有调节池对水量的调节，后续设备的设计处理能力为26.0m3/h。
雨水处理后全部回用于绿化、浇洒道路场地和洗车等，雨水深度处理部分的处理能力为26.0m3/h。
经取样和参考类似工程设计经验，确定设计水质见表2-1。
表2-1设计进出水水质
项目
CODCr（mg/L）
BOD5（mg/L）
SS（mg/L）
NH3-N（mg/L）
LAS（mg/L）
原水水质
280～1250
50～210
1045～2288
20～30
5～8
设计水质
350
200
220
30
8
出水水质
≤50
≤10
≤5
≤5
≤0.5
雨水处理后用于景观环境用水，其水质应符合《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB/T18921-2002的规定。
雨水处理后用作城市杂用水，其水质应符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB/T18920-2002的规定。
见表2-2。
表2-2城市污水再生利用景观用水水质（GB/T18921-2002）（mg/L）
序号
项目
观赏性景观环境用水
娱乐性景观环境用水
河道类
湖泊类
水景类
河道类
湖泊类
水景类
1
基本要求
无漂浮物，无令人不愉快的嗅和味
2
pH（无量纲）
6.0~9.0
3
五日生化需氧量≤
10
6
6
4
悬浮物SS≤
20
10
——
5
浊度（NTU）≤
——
——
5.0
6
溶解氧≥
1.5
2
7
总磷（以P计）≤
1.0
0.5
1.0
0.5
8
总氮≤
15.0
15
9
氨氮（以N计）≤
5.0
5
10
色度（度）≤
30.0
30
11
石油类≤
1.0
1.0
12
余氯b≥
0.05
0.05
13
阴离子表面活性剂≤
0.5
0.5
14
粪大肠菌群（个/L）≤
10000
2000
500
不得检出
注1：
对于需要通过管道输送再生水的非现场回用情况采用加氯消毒方式；而对于现场回用情况不限制消毒方式。
注2：
若使用未经过除磷脱氮的再生水作为景观环境用水，鼓励使用本标准的各方在回用地点积极探索通过人工培养具有观赏价值水生植物的方法，使景观水体的氮磷满足表？
？
的要求，使再生水中的水生植物有经济合理的出路。
a“——”表示对此项无要求；b接触实际不应低于30min的余氯。
对于非加氯消毒方式无此项无要求。
2.6工艺选择
雨水回用处理一般包括预处理、主处理及深度处理三个阶段。
其中预处理阶段主要有格栅和调节池两个处理单元，主要作用是去除污水中的固体杂质和均匀水质；主处理阶段是雨水回用处理的关键，主要作用是去除污水的溶解性有机物；深度处理阶段主要以消毒处理为主，保证出水达到中水水标准。
中水回用主处理技术主要包括生物法、物化法及膜分离法。
其中生物处理法是利用水中微生物的吸附、氧化分解污水中的有机物，包括好氧和厌氧微生物处理，一般采用多种工艺相结合的办法；物理化学处理法以混凝沉淀（气浮）技术及活性炭吸附相结合为基本方式，提高出水水质，但运行费用较高；膜处理技术一般采用超滤（微滤）或反渗透膜处理，其优点是SS去除率很高，占地面积少等优点。
中水回用处理为达到最佳的处理效果，一般采用多种工艺相结合的办法。
根据国内外中水回用处理技术的发展状况，相关专家学者总结出国内外常用的典型工艺流程，
见表2-3。
表2-3 中水回用处理典型处理流程
序号
处 理 流 程
1
格栅→调节池→混凝沉淀（气浮）→化学氧化→消毒
2
格栅→调节池→一级生化处理→过滤→消毒
3
格栅→调节池→一级生化处理→沉淀→二级生化处理→沉淀→过滤→消毒
4
格栅→调节池→絮凝沉淀（气浮）→过滤→活性炭→消毒
5
格栅→调节池→一级生化处理→混凝沉淀→过滤→活性炭→消毒
6
格栅→调节池→一级生化处理→二级生化处理→混凝沉淀→过滤→消毒
7
格栅→调节池→絮凝沉淀→膜处理→消毒
8
格栅→调节池→生化处理→膜处理→消毒
表中第1、4和7是以物理化学处理为主的处理流程，处理方法主要有混凝沉淀或气浮、化学氧化法（二氧化氯、臭氧、次氯酸钠、氯、碘化钾等）、活性炭吸附法。
具有流程简单、占地少、设备密闭性好、无臭味、易管理的特点。
第2、3、5和6是以生化处理为主的处理流程。
以优质杂排水和杂排水为中水水源时，采用生化处理的目的是去除水中的洗涤剂。
过去常采用生物转盘法，因室内臭味问题一直未能解决，所以成功实例不多，目前，多采用接触生物膜法。
以生活排水为中水水源，采用二级生化处理时，多采用A/O法和A2/O。
第8为物化与生化处理相结合的处理流程。
其中，第7和8流程中含有滤膜装置，具有装置小型简单、可以间断运行和无污泥的特点。
随着中水回用处理技术的不断发展，越来越多的新技术被广泛应用，其中以臭氧氧化消毒技术及连续超滤技术表现得最为突出。
O3作为高效的无二次污染的氧化剂，是常用氧化剂中氧化能力最强的（O3>ClO2>Cl2>NH2Cl），其氧化能力是氯的2倍，杀菌能力是氯的数百倍，能够氧化分解水中的有机物，氧化去除无机还原物质，能极迅速地杀灭水中的细菌、藻类、病原体等。
由于雨水BOD／COD值仅为0．17左右，说明其可生化性差，所以一般不适于用生物处理。
参考国内外的工程实例，同时结合本园区的实际情况，选择以物理化学处理为主的处理流程，处理方法为絮凝沉淀、过滤、化学氧化法（二氧化氯、除藻剂等）。
经过有机合理的组合，以期达到最佳的处理效果，满足回用要求。
2.7工艺流程
根据处理的雨水水量、水质及处理要求，本方案采用物理化学处理的工艺思路，工艺流程如图2-1所示。
调节池
汇集雨水249m3/d
过滤系统（砂滤+CMF）
二氧化氯消毒系统
变频雨水杂用泵
雨水回用
毛发过滤器
雨水弃流井井
自动加药系统
水处理药剂加入
催化剂加入
液位计、浊度仪
过滤水泵
活性炭吸附
回用清水池
图2-1中水回用处理工艺流程图
2.8流程说明
2.8.1雨水汇集
地面雨水和屋面雨水径流通过雨水管道汇流在雨水调节池中收集均质，调节池前端设置初期雨水弃流井，弃流井内设置格栅和电动阀门，通过水位控制器和浊度仪来控制电动阀门达到初期雨水弃流。
2.8.2毛发过滤器
本工程毛发聚集器设于污水泵吸水管上，毛发聚集器要求如下：
1、过滤网的有效过水面积等于连接管截面面积的2.5倍；
2、过滤网的孔径为3mm。
2.8.3过滤系统
生化出水首先经过砂滤罐，罐内置石英砂。
该装置主要用于去除出水中较细小的固体颗粒和其它悬浮在水中的微小杂质。
本工艺采用新型的高效滤料，此滤料由多种介质混合加工而成，具有强度高、过滤流速高、反冲洗方便和效果稳定可靠等特点，从而使其对进水的过滤净化功能大大增强，提高了出水的水质状况。
2.8.4氧化消毒系统
经过砂滤的废水进入高级催化氧化系统，二氧化氯由二氧化氯发生器产生，反应过程加入催化剂二氧化氯，高级氧化过程几乎去除掉污水中所有细菌及有机物等，确
保出水符合回用水标准。
2.8.5活性炭吸附系统
吸附法常用来去除水中的有机物、胶体物质、微生物等。
而活性炭是目前水处理中最为常用的吸附剂，其处理效果好、占地面积小、管理方便、又可再生。
同时，对某些金属及其化合物也有很强的吸附能力。
本装置并非单纯的采用活性炭吸附，而是将活性炭进行了一种特殊处理，加大了活性炭的吸附容量，从而加强了活性炭的吸附效果，使出水水质更加提高。
活性炭吸附出水在回用水池中收集待用。
供水采用变频泵组。
2.9主要构筑物、设备尺寸及设计参数
2.9.1 调节池
用于排出雨水的收集均质，设计停留时间48小时。
平面尺寸10.0m×16.0m，有效水深4.0m，总深4.5m，有效容积640m3。
内设穿孔曝气管，用于废水的气力搅拌，池底设置集水井，配置潜水式排污泵两台，Q=30.0m3/h，H=10.0m，一用一备，用于废水的提升。
2.9.2 过滤水泵
过滤水泵用于将调节池内的雨水送入过滤砂缸内，过滤砂缸的反冲洗压力达到２kg/cm，过滤水泵采用单极离心式水泵，水泵流量为Q=30.0m3/h，H=20.0m。
水泵前面设置毛发过滤器，对调节池水进行粗过滤。
毛发过滤器采用蓝式过滤器。
2.9.3 过滤砂缸
过滤砂缸用于雨水精过滤，通过石英砂滤料进行精细过滤，过滤精度达到5μ。
过滤砂缸采用玻璃纤维缠绕，配置５通道多路阀，可以实现过滤、循环、反冲洗、排污等功能。
过滤砂缸过滤流量Q=35.0m3/h，过滤速度V=20m/h，过滤面积S=1.4m2
2.9.4 二氧化氯发生器及自动加药系统
采用德国二氧化氯自动投加系统，杀灭水中细菌，保证游泳者的卫生安全，自动投加，控制游离子氯在700左右；二氧化氯的毒副作用极底，是当今水处理消毒的主流，在水中对有机物氧化降解时不会产生氯化产物。
二氧化氯投加量按3mg/L计算，二氧化氯产生量为90g/h。
自动投药系统采用专用的PH控制监控系统和二氧化氯控制监控系统，该检测控制系统具有自动监测水质，自动报警功能，可根据探头检测的参数自动控制投药量，保证水质的稳定。
2.9.5 活性炭吸附罐
过滤器按国标（GB）及英国标准（BS）加工。
罐体的材料选用不锈钢，采用焊接结构，所有封头采用碟形封头，滤咀板的材料选用不锈钢。
入口与出口的接管选用不锈钢无缝钢管，用法兰连接。
人孔材料选用不锈钢，带人孔盖（具体位置根据要求决定）。
过滤介质排放孔选用ABS滤嘴，带法兰盖板（具体位置根据要求决定）。
设计流量为35m3/h。
垫底砂层150mm厚粗砂颗粒尺寸为0.9~1.9mm；活性碳面层700mm，颗粒尺寸为0.5~0.8mm。
其它包括不锈钢自动排气阀及压力表。
2.9.6 回用清水池
清水池用于处理后雨水的储存待用，设计为6小时杂用水量，清水池有效容积为130m3，机房内设置变频泵组,水泵流量为Q=20.0m3/h，H=28.0m，二用一备。
2.9.7 综合机房
综合机房设于地下室，内设风机房、电控室及设备室等。
机房面积约需40m2。
2.10主要设备
主要设备见表2-4。
表2-4 主要设备表
序号
名称
主要技术参数
数量
备注
型号规格
性能参数
1
格栅
B=3~8mm
1
2
液位感应器
ＢＬ－０４
3
不锈钢
3
浊度仪
8765
１
4
电动阀门
DN800
1
5
毛发聚集器
1
6
废水提升泵
Q=3０.0m3/h，H=10.0m
2
潜水式
7
过滤水泵
Q=3０.0m3/h，H=18.0m
2
离心式
8
污泥回流泵
Q=3.0m3/h，H=10.0m
2
潜水式
9
砂滤罐
Φ1.4×1.6m
处理能力Q=35m3/h
2
玻璃纤维
10
二氧化氯发生器
CDVB120
130g/h
1
12
自动加药系统
包含以下
1
非标、成套
①
药箱
PT200L
3
②
加药计量泵
BT4a-1005
酸碱、水处理药剂、催化剂等
3
③
PH计
3-2716（8750）
2
13
活性炭吸附罐
Φ0.8×2.5m
处理能力Q=30.0m3/h
1
不锈钢
14
变频杂用泵
Q=20.0m3/h，H=28.0m
15
电气控制柜
含PLC,控制编程等
1
非标、成套
2.11预期处理效果
预期处理效果见表2-5。
表2-5 预期处理效果
序号
雨水名称
水量
COD
BOD
SS
PH
t/d
mg/L
mg/L
mg/L
1
原水
65
350
200
220
6.0~9.0
2
厌氧+兼氧出水
65
250
150
/
/
3
好氧出水
65
120
120
/
/
4
混凝砂滤+CMF出水
65
80
15
10
/
5
氧化消毒出水
65
30
10
5
/
6
活性炭吸附
65
20
5
5
/
7
回用标准
/
50
10
5
6.0~9.0
根据对相关雨水回用的试验研究及工程实践，各处理单元要达到上述预期的处理效率是可能的。
3 土建设计
3.1建筑设计
略。
3.2结构设计
略。
4电气、仪表
雨水处理工程电气为三级负荷，拟直接从厂区变电室引380V电源至本工程。
动力设备保护按厂内现有系统，接地电阻≤10Ω。
电控室设配电屏一面，水泵、压滤机在控制室控制，并结合现场控制。
本工程用电负荷见表4-1：
表4-1 用电负荷
序号
设备名称
装机容量
（kW）
数量
工作
参数
日工作时间（hr）
日用电量（kWh）
备注
1
电动阀门
2.2
1
1
1
2.2
2
雨水提升泵
1.5
2
1
12
18
一用一备
3
过滤水泵
4
2
1
12
48
一用一备
4
二氧化氯发生器
1
2
1
12
12
一用一备
5
变频杂用泵
3
2
1
12
36
一用一备
合计
11.7
9
116.2
由上表可知，本工程总装机容量21.2kW，实际运行容量11.7kW。
实际用电容量为116.2×0.75＝87.12kWh/d，其中0.75为功率因数。
5给排水
略。
6劳动定员
本工程劳动定员1人，兼职作为雨水回用工程现场的控制及管理等。
7 投资估算
设备及总投资估算见表7-1。
表7-1投资估算（万元）
序号
名称
规格
数量
单价
总价
备注
（万元）
（万元）
一
土建
m3
雨水弃流井
3.0×５.0×２.5m
37.5
0.05
1.875
钢砼
1
调节池
10.0×16.0×4.5m
720
0.05
36.00
钢砼
2
水池防腐
394
0.01
3.94
环氧树脂
土建费小计
41.82
二
设备
1
格栅
B=5mm
1
0.20
0.20
铸铁
2
毛发聚集器
４
0.20
0.80
3
雨水提升泵
Q=30.0m3/h，H=10.0m
2
0.８
1.60
一用一备
4
电动阀门
Dn800
1
2.6
2.60
5
浊度仪
8765
1
3.4
3.40
液位感应器
BL-4
3
0.20
0.60
不锈钢
9
过滤水泵
Q=30.0m3/h，H=20.0m
2
0.90
1.80
一用一备
10
砂滤罐
Q=35.0m3/h
1
1.50
1.50
13
二氧化氯发生器
130g/h
1
21.50
17.50
德国
15
活性炭过滤罐
Q=35.0m3/h
1
4.50
4.50
钢防腐
16
自动加药系统
BT4A-1005
３
1.50
4.50
非标、成套
17
Ph、ORP监控仪
PH自动调节、水处理药剂、催化剂自动加入
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