医院雨水收集利用方案

刘永亮 刘 筠

水资源已经成为制约区域经济发展和土地等资源开发的首要因素[1]。随着淡水资源日趋短缺,雨水在可利用的淡水资源类型中体现出越来越重要的地位。雨水利用不仅是开源节流的一条途径,而且对生态环境改善、水污染控制等方面也具有重大意义。

中山市处于珠三角的西部,降雨量充沛,是我国雨水资源最为丰富的地区之一,在雨水利用方面具有得天独厚的优势。限制屋面清洁雨水利用的实际问题是降雨量在时间分布上不均衡。中山市以打造“既适宜居住也适宜创业”为发展目标,力求在GDP与城市环境中理性地寻求平衡。

1 医院的屋面雨水收集利用系统方案设计

本研究中以中山市某医院为例,进行了雨水收集利用系统的方案设计,该医院是一所承担预防、保健、医疗、康复以及医学教育和科研的综合性医院。医院建设总用地面积约90亩,首期60亩(本次规划用地),总建筑面积46000m2。建成以后医院规模拟达到病床400张,每日门诊量约3000人次～4000人次。

医技、门诊楼均为4层,屋面面积共 5900m2,住院楼11层,屋面面积 1300m2,办公楼 5层,库房、食堂 2层,屋面面积共1300m2,总屋面面积为8500m2。总占地约4万m2,其中道路、停车场、广场面积8500m2,约占总用地面积的20%;绿地面积16770m2,约占41.8%;本方案对水质相对较好又便于集中收集输送的屋面雨水进行直接收集利用,道路和绿地雨水通过截污、绿地净化渗透床渗透回灌地下。图1为屋面雨水收集及处理工艺流程。

雨水收集后的处理过程与一般的水处理过程相似,不同的是雨水的水质明显比一般回收水的水质好,主要是初期降雨所带入的收集面污染物或泥砂。常规的收集处理流程为集水→筛选沉砂沉淀→储水过滤→清水池提升回用。屋面雨水收集设有雨水斗,雨水斗的格栅或外设网罩,较大的污染物如树叶等即可筛除。由于一般的绿化浇灌、地面冲洒、露天观赏性水景等用水的水质要求不高,可以不经过滤消毒处理,在这种情况下,雨水利用工程的主要构筑物就是沉淀池和储水池。在该方案中,屋面雨水经雨落管进入初期弃流装置,通过初期弃流装置将初期较脏的雨水排至室外污水管道,进入城市污水处理厂处理后排放,防止初期径流中污染物对环境的影响,同时为屋面雨水进一步处理利用创造条件。经初期弃流后的雨水通过管、渠送至贮水池收集,该池兼具贮藏、调节、沉淀的作用。进入贮水池之前,即进水管道上通过混凝加药装置投加混凝剂,考虑到初期弃流后的雨水水质较为稳定,且悬浮固体含量较低,出水经过消毒进入中水池,用于医院各种生活杂用水,如绿化、喷洒路面和洗车用水等。

2 主要设施选择及设计

2.1 初期弃流装置

根据医院规划设计情况,1700m2医技楼设12根D100mm的雨落管,1300m2住院楼和辅助楼设8根D100mm的雨落管,900m2门诊楼4个角各设1根D100mm的雨落管,分别通过各自的初期弃流装置将初期雨水排至小区污水管道[3]。初期弃流量按2 mm降雨量设计,根据所收集屋面的大小,确定所需弃流装置的容积。经初期弃流后的雨水可以在很大程度上降低雨水利用的难度,提高净化系统效率,并降低其运行成本。

2.2 贮水池

贮水池设计中,有效储水容积的确定是关键,理论上应根据逐日降雨量曲线和逐日用水量曲线经水量平衡计算确定,但实际降雨的时间分布有很大的不确定性,连续无雨或连续降雨的设计天数难以确定。“规范”和条文对这方面有所规定,并说明储水池排空得越快,水池的周转利用率越高。实际工程还需具体分析,储水池排空得快,储水池利用率有所提高,但无雨水可利用的时候,也就是需要自来水补水的时间就会增多。叶翠莲[4]认为在雨水回用于绿化浇洒的情况下,可以考虑5 d～7 d的最大日用水量。取中间值6 d,本工程最大日用水量为57 m3/d,即贮水池容积为342 m3,取整数350m3。

由于雨水原水是不连续的,而绿化及地面浇洒用水时段与降雨之间又存在特殊关系,即在降雨时及降雨后的若干小时是不用浇洒的。根据这一特点,考虑将沉淀池与储水池合并。雨水在该池中的沉淀过程可以看作为序批式静态沉淀,沉淀时间完全可以达到几个小时、十几小时甚至几天,且沉淀效果不受池型影响。在晴天时用水量大,可充分清空储水池,为下次降雨提供充足的储水容积,可以通过池体构造的合理设计,将贮水池和中水池合二为一,不仅可以充分发挥沉淀效果,也可充分利用水池的有效容积,以减少占地和基建费用,促进雨水收集利用系统的优化。

2.3 雨水利用

通过对雨水水量、水质分析,建筑屋面可利用雨水量按下式计算:

其中,Q为屋面年平均可利用雨量,m3;Ψ为径流系数,取0.9;α为季节折减系数;β为初期弃流系数;A为屋面水平投影面积,m2;H为年平均降雨量,mm。

考虑了气候、季节等因素后,中山市的可利用雨量季节折减系数α定为0.80。初期弃流系数β根据降雨和水质资料定为0.87。中山市年平均降雨量为1791.3 mm。据此式计算该医院屋面年平均可利用雨量为10133 m3,供给本医院绿化、喷洒路面、冲洗车辆,根据测算用水周期为60d。设计重现期为0.5年。

3 讨论与结论

1)文中结合中山某医院进行了雨水收集利用系统的方案设计,所选工艺简便易行。2)城市屋面雨水收集利用系统需对不同地域、不同气候条件下的水资源状况、可利用雨量大小进行综合分析,以优化设计雨水收集处理系统。

笔者在近几年的工程设计中,经常碰到这样的情况,工程起初阶段,建设单位都会提出中水回用的要求,但随着工程设计的实质性进展,通过市场调查和经济测算,由于需要增加中水收集处理装置,因此投资比传统的直接排放系统要大。若按照常规的收集处理回用方式,大多因投资回收期长、日常运行费用高等原因,最后放弃了。因此,如何简单易行地利用雨水,是工程设计中需努力探索的问题,也是建设单位的普遍要求。

[1]Q.Feng,G.D.Cheng,M.K.Masao.Trends of water resource development and utilization in arid north-west China[J].Environmental Geology,1998,39(8):831-838.

[2]赵世明,赵 锂,杨 澎,等.《建筑与小区雨水利用工程技术规范》编制探讨[J].中国给水排水,2006,22(10):110-113.

[3]GB 50015-2003,建筑给水排水设计规范[S].

[4]叶翠莲.建筑屋面雨水简易利用的分析探讨[J].给水排水,2007(2):53-54.

[5]GB 50400-2006,建筑与小区雨水利用工程技术规范[S].