人工湿地技术在住宅小区雨水回用工程中的应用

2021-11-02张敏

工程建设与设计 2021年19期

张敏

（中国建筑第八工程局有限公司，上海201206）

1 引言

近年来，雨水收集回用系统大量应用于建筑与小区海绵建设工程中。目前，常规的雨水处理工艺以物理法、化学法为主，而人工湿地作为一种生态工程技术，是通过模拟天然湿地的结构，人为建造的由饱和基质、挺水和沉水植物、动物和水体组成的复合体，通过强化沉淀、精细过滤以及生物吸收等步骤来去除雨水中污染物，对污染物有较好的去除效果和良好的生态景观效果。本文主要论述人工湿地技术在住宅小区雨水回用工程中的应用。

2 系统选型

本项目为南京某住宅项目，建设用地面积85 686.38 m2，绿地面积38 251.13 m2，绿地率44.64%，透水铺装面积15 109.92 m2，综合雨量径流系数ψ=0.49。按DGJ 32/J 173—2014《江苏省绿色建筑设计标准》[1]9.1.1的要求规划用地面积大于或等于20 000 m2新建项目应采取雨水回用措施，雨水收集面积不少于项目规划用地面积的1/3，或项目所有绿化、道路浇洒、水景补充水全部采用非传统水源，因此，对本项目配套建设雨水收集回用系统。

3 工艺流程

雨水收集回用系统包括雨水收集、储存、水质净化和回用等设施。本项目雨水收集回用系统收集的雨水为屋面和道路混合雨水，因屋面和道路混合雨水中主要污染物为CODcr和SS，采用的处理工艺为：混合雨水→初期径流弃流→沉砂井→雨水蓄水池→垂直流人工湿地→雨水清水池→紫外线消毒器→浇洒、冲洗。对于屋面和道路混合雨水，GB 50400—2016《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》[2]8.1.7建议的处理工艺为：雨水→初期径流弃流→沉沙→雨水蓄水池沉淀→过滤→消毒→浇洒。2个处理工艺的主要差别在于“过滤”为物理处理，而“垂直流人工湿地”为生态处理。过滤一般采用石英砂过滤器，当滤层堵塞后，需定期清洗排污，运行周期较短且对溶解性的CODcr基本没有去除效果。而垂直流人工湿地日常运行管理较为简单，对CODcr、SS、NH3-N等污染物均有较好的去除效果，且种植的湿地植物与周边景观配合度高。

4 水量平衡分析

4.1 需控制及利用的雨水径流总量

根据《南京市海绵城市规划建设指南》[3]第七章附录，本项目年径流总量控制率80%，对应设计降雨量27.4 mm。按《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》[4]计算需控制及利用的雨水径流总量V=10HψF=10×27.4×0.49×8.568 638=1 150 m3（其中，H为设计降雨量，mm；ψ为综合雨量径流系数；F为汇水面积，hm2）。

根据《南京市海绵城市规划建设指南》6.1.2.1的要求，用地面积≥2 hm2应配套建设雨水收集利用系统，且每公顷建设不小于100 m3的雨水调蓄池。因此，本项目设置了有效容积860 m3的雨水调蓄池和有效容积290 m3下凹式绿地，以满足径流总量控制要求。

4.2 雨水回用水量

根据GB 50015—2019《建筑给水排水设计标准》[5]3.2.3、3.2.4、3.2.9的要求。本项目最高日需用水量为152.71 m3/d。本项目最高日雨水回用水量如表1所示。

表1 本项目最高日雨水回用水量计算

4.3 平衡分析

雨水最高日回用水量为152.71 m3/d，雨水蓄水池有效容积为860 m3，152.71/860≈17.8%＜30%，根据GB 50400—2016《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》7.2.10的要求，当蓄水池的有效容积大于雨水回用系统最高日用水量的3倍时，应设置能12 h排空雨水的装置。

5 工艺设计

5.1 雨水储存

本项目设置2座埋地钢筋混凝土结构的蓄水池，单座有效容积430 m3。蓄水池设置于室外绿地范围内，尺寸：长×宽×深=13 m×12 m×3.5 m，池内有效水深3 m。蓄水池设入孔、溢流孔、集泥坑。

雨水蓄水池提升泵采用带搅拌潜水泵，自动耦合式安装，设置2台，一用一备，为满足GB 50400—2016《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》7.2.10的要求，蓄水池12 h排空的要求，单台水泵流量Q=40 m3/h，扬程H=15 m，功率P=4 kW。在正常处理工况下，泵的出水流量根据流量计和阀门调节以与人工湿地处理能力相匹配。提升泵采用手动和自动控制2种模式，在自动控制模式下，根据设置时间和清水池液位控制泵的启停，当蓄水池处于低液位时，停泵保护。

5.2 水质净化

5.2.1 雨水处理设施能力

雨水处理设施根据雨水蓄水池和清水池布置设置2套。雨水处理设施的能力按GB 50400—2016《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》8.2.1计算，单套回用系统最高日用水量Wy=76.355 m3/d，雨水处理设施的日运行时间T=8 h，单套处理能力为Qy=Wy/T=76.355/8≈10 m3/h。

5.2.2 垂直潜流人工湿地

蓄水池储存的雨水经提升泵提升至垂直潜流型人工湿地进行水质净化。从湿地表面垂直向下流过填料床，床体处于非浸泡状态，氧气可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地，受污染的雨水，通过填料、植物和微生物的协同作用，即通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物降解来实现对雨水的净化。

本项目人工湿地尺寸长×宽×深=12 m×3 m×1.5 m，为钢筋混凝土结构，置于蓄水池顶部。池内选用多年生湿地植物花叶芦竹、西伯利亚鸢尾、美人蕉、旱伞草和黄菖蒲混植，可发挥不同植物各自的优点，提高系统的总体净化能力。人工湿地填料层厚度1 m，从下到上的结构分层见表2。

表2 人工湿地填料层从下到上的结构分层

人工湿地采用穿孔管布水，管道材质PPR。配管总干管DN65 mm，配水支管DN40 mm，支管开孔孔径8 mm，开孔间距600 mm，置于人工湿地顶部。集水管材质UPVC，管径DN100，集水管管顶通长开缝，缝宽3 mm，设置于排水层内，用于将处理水排至清水池。

5.2.3 进出水水质

垂直流人工湿地进出水水质见表3。处理出水CODcr和SS指标符合GB 50400—2016《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》表3.2.4的要求。

表3 垂直流人工湿地进出水水质

5.3 雨水回用

经人工湿地净化处理后的雨水收集进入雨水清水池。根据GB 50400—2016《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》7.1.4的要求，清水池总有效容积=Wy×35%=152.71×35%=53.45 m3。清水池设置2座，单座有效容积27 m3，采用埋地钢筋混凝土结构，与雨水蓄水池一体化建设，中间采用隔墙分隔，尺寸：长×宽×深=12 m×1.5 m×1.5 m，池内有效水深1 m。清水池设人孔、溢流孔。清水池的溢流水可通过溢流孔排至蓄水池，溢流孔处设置鸭嘴阀，可防止蓄水池存水倒流至清水池。

雨水清水池采用生活饮水补水，根据池内液位自动开启补水阀，补水管道材质PPR，管径DN65 mm，管道上设置计量水表。雨水清水池提升泵采用潜水泵，自动耦合式安装，设置2台，一用一备，单台流量Q=20 m3/h，扬程H=20 m，功率P=3 kW。泵采用手动控制，根据用水点的情况，灵活启停，但当清水池处于低液位时，根据液位停泵保护。在清水池提升泵出口总管设置1台紫外线消毒器，额定功率480 W，紫外线消毒器的启停与清水池提升泵的启停连锁。清水池提升泵出口总管材质PPR，管径DN80 mm，管道上设置计量水表。