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绿色给水排水系统设计与实践

所谓绿色给水排水系统设计,是指既能满足当代人的生活需求。又不影响后代人需要的一种尊重自然规律的发展模式【1】。要想真正实现给水排水系统的绿色化发展,需要米乐app入口从宏观、中观、微观等多个层面不断地思考与探索。积极寻求新的给水排水系统设计理念,不断推陈出新研发新的给水排水适应技术。同时,以小区、各类园区为着力点开展中试研究.以点带面地推动绿色给水排水系统设计。

所谓绿色给水排水系统设计,是指既能满足当代人的生活需求。又不影响后代人需要的一种尊重自然规律的发展模式【1】。要想真正实现给水排水系统的绿色化发展,需要米乐app入口从宏观、中观、微观等多个层面不断地思考与探索。积极寻求新的给水排水系统设计理念,不断推陈出新研发新的给水排水适应技术。同时,以小区、各类园区为着力点开展中试研究.以点带面地推动绿色给水排水系统设计。

1 国内外绿色给水排水发展现状

国内外绿色给水排水发展现状.大致包含直饮水系统的建设、低碳化的污水处理、雨水的综合利用及水资源的可持续利用4个方面。

1)直饮水系统的建设

可以说直饮水是当今世界发展的主要潮流,也是发达国家的重要标志。在发达国家直饮水已经比较普遍,美国、欧洲、13本的普及率分别为60%、56%和38%。而我国的直饮水事业与国外相差较大,直饮水量仅占城市供水量的1%~3%【2】

2)低碳化的污水处理

有人说"自进入21世纪以来,集中式污水处理正在被分散式污水处理所取代"。在美国,分散式污水处理已经走过了100多年的历程,它与集中式污水处理相互补充、相得益彰,解决了不同条件下的污水处理问题【3】。在德国,通过构建分散式雨污水处理设施系统,就近处理雨污水:其一,建设PAK湿地污水处理系统,利用介质层和湿地植物营造生态系统;其二,将污水分为雨水、灰水和黑水分别处理,实现资源回收与利用【4】。在我国,如山西科技城等创新园区、科技园区、生态园区的排水系统设计也在不断地摸索与践行类似的低碳、绿色化的污水处理系统,在方案设计时引入了污染分离消纳、循环利用的理念。

3)雨水的综合利用

雨水的综合管理是城市发展的必然趋势。将防汛排涝、雨水利用和面源污染控制综合考虑。解决城市雨水问题。在日本,雨水主要用于补充地下水、复活泉水、恢复河川基流、改善生态条件,目前屋顶集水面积已超过20万m2[5]:澳大利亚推行的是以"节水"为核心的城市雨水利用,从源头收集控制雨水,用水箱收集雨水并用于冲厕和户外用水【6】:美国则以提高雨水天然人渗能力为主,建立屋顶蓄水系统和由人渗池、入渗井、草地、透水地面组成的地表回灌系统;而我国也正在积极推行以"渗、滞、蓄、净、用、排"相结合的海绵城市,实现雨水的自然净化、自然积存、自然渗透。

4)水资源的可持续利用

水资源的可持续利用是全世界共同的任务,一些国家较早认识到了水资源危机的严重性.将水资源保护和利用提升到重要战略高度.并开展了大量实践工作。马德里市的污水处理率为100%.年处理量3亿m3,净化后的再生水通过长约150km的地下管道供给喷泉和城市清洁等公共用水,年利用量高达600万m3[2]。新加坡则将雨水全部收集回用.全国有一半的国土面积是集水区,雨水收集存储后,输送至自来水厂处理,处理后的水用于居民饮用。在我国,无论是污水再生利用还是雨水利用都处于刚刚起步阶段,全国污水再生利用率不足30%.雨水利用率则低于10%。

2 项目概况及核心设计理念

2.1项目概况

贵安生态文明创新园(下文简称"创新园")位于贵州省贵安新区中心区.是中英两国生态技术战略合作的开端。园区规划用地约619hm2,总建筑面积9672m2,总容纳人数约410人,西邻百马大道和月亮湖公园,南邻贵安新区临时行政中心,北侧为松林,区位条件优良。园区建设以"生态、低碳、安全、智慧"为核心,并致力于打造一个独特且领先的绿色技术展示平台。

2.2核心设计理念

结合国内外绿色给水排水技术的发展及创新园的功能定位(创新园给水排水系统的总体定位为"生态、低碳、安全、智慧"),通过构建基于节水优先的分质供水系统、基于源头分离的负压排水系统、基于海绵城市的自然排水系统、基于资源化利用的末端处理系统,形成高效循环的水资源体系,如图1所示。


3 项目创新及新技术应用

创新园的建设理念先进,但其项目开发及建设时序存在着一定的不确定性,因此设计方案不仅要立足于创新园的实际需求,还要涵盖给水排水领域的全部内容,与创新园绿色化发展的理念相契合,这样才能很好地应对项目的分期开发,从而保证创新园支撑系 统的稳定运行。因此,该项目在规划设计时引入了源分 离污水处理系统、负压污水收集系统、低影响开发雨 水利用系统等多项技术。

3.1源分离污水处理系统

源分离污水处理系统,即将污水分为褐水、黄水和灰水分别进行处理、利用与资源化,与创新园"低碳、 绿色"的发展理念相契合。

1)褐水处理系统

褐水主要是指粪便等营养盐含量较高的混合生活污水,一般污染物质量浓度较高的厨房废水也可归 入此类,园区的绿化垃圾如秸秆、树枝等也可以通过褐水处理系统一并进行处理。在处理时,秸秆和树枝等 可通过厌氧热解生成生物炭,粪便、餐厨垃圾和有机 垃圾等可通过厌氧发酵形成沼气和绿色肥料E。

2) 黄水处理系统

黄水主要是指尿液废水,其处理工艺主要采用的是吸附塔的结晶流化床工艺,该工艺能有效地去除黄水中的氮、磷等营养元素并获取有机肥料卩-气

3)灰水处理系统

灰水是指洗浴、盥洗、洗衣机等杂排水,其特点是水中的悬浮物、有机物、营养物(氮、磷)及微生物含量 比混合生活污水低四。灰水处理主要采用的是农村微动力一体化设备,利用生物化学处理和MBR处理,提高 出水水质,达到回用于景观水体的标准。

3.2 负压污水收集系统

考虑到园区项目分期建设,先期建设的项目污水 产生量相对较少,而污水经源头分离后,各管道内实际流动的污水量及流速也会明显减小,易造成污染物在管道内淤积并腐蚀管网,而负压污水收集系统由于其特殊的工作原理与工作特性,刚好可有效解决以上问题, 为创新园绿色给水排水系统设计与实践提供了便利。

负压污水收集系统由负压收集器、负压管道及负 压收集站组成。负压收集器为污水的前端收集系统,当负压收集器内的污水达到预定液位后,会发出一个信号传递给末端的负压收集站,负压收集站开始工作,形 成负压,将负压收集器内的污水抽吸至负压收集站,再将收集到的污水不断地输送给终端的污水处理系统。

负压管道是负压污水收集系统的一个中间环节, 基于负压污水收集系统的工作原理及工作特点,负压管道的管径较常规重力流污水管道明显减小,其管径多介于75?160mm之间。在敷设过程中负压管道可成束排列,管道埋深也可明显减小,对管道坡降的要求也相对较低,更适用于复杂地形,一般情况下亦无需按照常规污水管道每隔30m设置1个检查井,可节约 土方、管材、空间。

3.3 低影响开发雨水利用系统

3.3.1透水铺装

为了充分发挥"海绵体"的特性,园区路面及停车 场釆用高分子纳米合金材料和四维蜂巢约束系统(见图2),该系统具有使用寿命长、施工周期短、维护成本低、便于雨水下渗、可减少水土流失等优点。同时在进 行园区建设时还将石料填入柔性钢丝笼中达到一定 的孔隙率,逐层砌筑成柔性挡土构筑物,从而形成石 笼挡墙(见图3),保证水土自然交换,防止水土流失, 保证园区排水安全。

3.3.2多级台地

依据原始地形,借鉴贵州省当地梯田模式设置台 地化解高差(见图4),台地内部平缓。挡墙与平台之间。

留100-200 mm的高差,用于滞水。充分借助自然力量,选择顺应地形、成本低、维护少的技术措施,大大降低建设成本。

3.3.3下沉式绿地

下沉式绿地可利用植被截留、土壤渗透截留净化雨水。园区的西北角、东南角及东北角地势较低,现状为天然的洼地,适宜进行下沉式绿地建设与改造。

3.3.4湿塘

湿澹是具有雨水调蓄和净化功能的景观水体,平时发挥正常的景观及休闲、娱乐功能,暴雨发生时发挥调蓄功能。创新园在地形上呈马鞍形,形成了大、小 2个台地及1个谷地,具备建设湿塘的天然条件。

3.3.5蓄水模块及雨水资源化利用

贵安新区多年平均降雨量约为1106mm,而创新 园总建设用地面积为6.9hm2,则园区内年均降雨总量 约为7.6万m3,下沉式绿地、蓄水模块等积蓄的雨水可 用于园区的绿化、道路浇洒等,缓解再生水的用水压力。蓄水模块示意图如图5所示;雨水回用于景观水池 如图6所示。

4 系统设计方案

4.1基于节水优先的分质供水系统

考虑优水优用的原则,将园区内的供水分为两大系统,一路为供给生活的自来水系统,一路为供给建筑冲厕及绿化浇洒等的非常规水系统。其中非常规水资源主要为园区的再生水及通过低影响开发设施收集到的雨水。

4.1.1供水配置方案

园区内的建筑由餐饮、办公及配套公建组成,最高日室内用水量约为82m3/d。考虑优水优用的原则,建筑 冲厕用水由再生水供给,约占室内总用水量的60%【10】, 生活用水由自来水供给,每日新鲜水需求量约为33m3

4.1.2再生水供给策略

再生水是园区可利用的重要水资源之一,宜将其纳入园区水资源统一调配,并优先回用于建筑冲厕,其余用于绿化、道路浇洒及园区生态补水,其产水能力及需求分析如表1所示。

因此,为满足园区再生水的使用需求,除自供给外仍需要贵安新区城市再生水管网补充供给。

4.2 基于源头分离的负压排水系统

4.2.1 负荷预测

园区内污水由居民生活污水和公建污水组成,污水排放系数取0.85,日变化系数为1.3,污水集中处理 率为100%,平均日污水总量约为54m3/d。冲厕用水约占60%,可近似认为园区内实际产生的灰水量占污水总量的40%,黄水与褐水按1:1进行分配各占30%, 则灰水、黄水、褐水的排放量分别为22、16、16m3/d。

4.2.2 系统设计与设施布局

在园区东南角设置污水资源化中心1座,设置灰 水、黄水和褐水3套污水处理工艺,其中灰水处理设施 按再生水标准设计,资源化中心总占地面积约780m2。并设置灰水、黄水、褐水3套负压排水管道,将污水分类收集并输送至资源中心,如图7所示。

园区内各建筑物内需采用源分离洁具,以实现粪 便和尿液的分离,保证园区污水分类收集、分类处理 的可行性。

4.3基于海绵城市的自然排水系统

4.3.1指标选取

参照《贵安新区中心区海绵城市专项规划》中的相关建设标准,确定规划区的年径流总量控制率为85 %, 其对应的设计降雨量为32mm。

创新园现状以耕地为主,开发建设前的综合径流 系数约为0.15,开发建设后虽然下垫面组成发生了变化,但通过采取透水铺装、下沉式绿地等措施,尽量维持开发后的水文特征接近于开发前的水文特征。

4.3.2场地分析及功能设施布局

结合创新园的天然产汇流分析、天然汇水分区以及创新园的用地布局(见图8),将园区划分为4个主要的排水分区,并以此作为创新园海绵化建设的设计分区,落实建设任务。

4.3.3自然排水系统

创新园雨水系统规划以"自然积存、自然渗透、自然净化"为核心,取消传统的雨水管渠集中收集的模式,使区域内的雨水就近下渗及顺地势排放至下沉式绿地、湿澹等调蓄设施,从而实现雨水的间接利用。自然排水系统如图9所示。

4.3.4溢流及监测系统

为了更好地实时掌握低影响开发设施的运行状 态,实现园区"海绵"建设效果的定量化评估,将在园区设置2个雨量计、4个流量计和10个液位计分别监 控园区的降雨量、雨水外排量和雨水下渗利用量。

从保证园区排水安全的角度出发,按50年一遇强降雨的标准,对园区消纳、滞留、积蓄雨水的能力进行校核,并在园区北侧及东南侧下沉式绿地中设置4处雨水溢流口,溢流管管径为600mm,保证强降雨时园区内的雨水可在2h内全部排除。

4.4基于资源化利用的末端处理系统

在末端进行分类处理和资源化回收,形成再生水和有机肥料,建立水、营养物质与能源的循环圈,实现污废零排,是生态文明创新园建设的终极目标。

园区内的餐厨垃圾产生量按0.1kg/(人.d)考虑, 则园区每天产生的餐厨垃圾总量约为41kg,经厨余垃圾粉碎机粉碎后,由褐水系统收集至资源中心,经厌氧发酵处理回收利用,无需单独收集及转运。园区绿化垃圾则由环卫工人收集后,清运至资源中心,进行生态化处理。绿化垃圾产生量按20kg/hm2估算,则园区 每年产生的绿化垃圾总量约为93kg。

5 结语

给水排水规划是城市建设规划中的重要一环,绿 色、环保、节能已成为未来城市发展的方向,在规划设计时要勇于创新,通过新的理念、新的技术更好地支撑给水排水的设计工作,用以指导我国城市的科学建设与发展。

污水处理是我国实现节能减排、低碳绿色发展的重要途径,在系统规划、建设和运行的全过程中,需要梳理低碳规划理念,选择适宜的低碳污水处理技术,在保障处理效果的前提下,最大限度地削减碳排放,并尽 可能地实现资源回收。

贵安新区生态文明创新园只是绿色给水排水系统设计的一个探讨与应用,其运行效果尚待时间的检验,而我国绿色给水排水系统设计的推行也需不断地尝试与探索,以点带面逐渐推广。

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