基于分级处理工艺的循环水系统在建筑工地废水与雨水高效处理中的应用与性能优化

王 璐 孙立武 朱 杰 苏 航 张 羽

分级处理工艺是一种将不同等级的处理单元组合在一起，逐级进行处理，达到高效、彻底处理废水或其他流体的方法，确保在处理过程中能够有效去除不同种类和浓度的污染物。循环水系统是一种工程设施，旨在在特定的工业、商业、建筑环境中，通过循环和再利用水资源，达到节约用水、降低成本、减少环境影响的目的。建筑工地废水与雨水高效处理是指在建筑施工过程中，对产生的废水和雨水进行有效处理，减少环境污染、节约水资源并确保符合环保法规的一系列方法和措施，旨在降低废水和雨水对周围环境的负面影响，同时保障施工现场的安全和卫生。研究基于分级处理工艺的循环水系统在建筑工地废水与雨水高效处理中的应用与性能优化措施，对于保护环境、节约资源、降低成本、推动可持续发展具有重要的意义。

1 基于分级处理工艺的循环水系统在建筑工地废水与雨水高效处理中的应用

1.1 多级处理单元

多级处理单元的合理设置，可在系统中引入不同的处理过程，如沉淀、过滤、生物处理等。废水和雨水依次经过渗透井、检查井、雨水截污挂篮装置、雨水弃流装置、模块水池、净化系统等单元，水质逐步提升（图1），如雨水截污挂篮装置能够有效地去除悬浮颗粒和重质污染物。

图1 多级处理单元（来源：作者自摄）

多级处理单元的协同作用，能够实现废水和雨水的全面净化，有效地去除多种污染物。例如，经过沉淀和过滤单元的预处理后，废水进入生物处理单元，微生物降解有机物，进一步提高出水水质。多级处理单元的灵活性，使系统能够适应不同的处理需求和水质变化，根据实际情况增加或减少处理单元，调整处理过程，充分适应不同工地废水和雨水处理要求[1]。

1.2 废水回收、利用

废水通过多级处理单元后能够有效去除废水中的悬浮颗粒、有机物和污染物，使废水得到净化。

经过处理的废水可以被引导回用于工地内部，如将回用水用于设备清洗、路面冲洗、建筑物清洁等，取代传统的自来水，在一定程度上缓解城市用水紧张的问题。建筑工地通过回收、利用废水，可以降低用水成本，节约水资源。废水回收还可以减少废水排放，降低污染物的传输和扩散[2]。

1.3 雨水收集系统

雨水收集系统通常包括雨水收集设施、贮水设施、过滤装置和分配管道等组成部分（图2），这些系统可以将建筑物屋顶、路面等表面收集的雨水导入贮水设施，然后通过过滤和处理，使雨水达到可以用于特定用途的水质标准。经过分级处理工艺的循环水系统，能够确保雨水在经过适当处理后，回用于工地的冲洗、清洁、灌溉等非饮用用途。

图2 雨水收集系统（来源：网络）

在建筑工地，大量的雨水可能会引发积水和水体污染问题。通过收集和利用雨水，可以降低雨水径流量，减少水体污染。雨水收集系统可以通过分级处理工艺，对收集到的雨水进行适度的净化和过滤。通过去除悬浮物、颗粒物和其他杂质，能够确保回用雨水的水质安全，保障工地内部的用水质量[3]。

1.4 灵活调节水质

在建筑工地的废水和雨水处理过程中，水质可能会因为不同的污染物来源、气候变化等因素而发生变化。通过灵活调节水质，可以根据实际情况对处理过程进行精确控制，确保水质始终满足相关标准。

分级处理工艺的循环水系统允许对各个处理单元进行独立的操作和控制，例如，在废水处理过程中，如果水中的污染物浓度升高，可以调整沉淀池的沉淀时间或添加沉淀剂量，增强固体颗粒的沉降效果。在生物处理单元中，可以通过调整氧气供应和微生物群落，应对有机物浓度的变化。

根据不同的用途，对水质处理工艺进行灵活切换，如废水需要回用于冲洗时，可以增加过滤单元，确保回用水的水质达到冲洗要求。在雨水收集系统中，根据灌溉和清洗等不同的需要，调整雨水的处理程度，保证回用水质量能够适应于不同场景[4]。

2 优化建筑工地废水与雨水处理性能的方式

2.1 优化工艺流程

可以引入预处理单元，如粗筛或格栅，去除废水和雨水中的大颗粒杂质和固体物，避免对后续处理单元造成堵塞。

通过合理设置不同的处理单元，系统可以针对不同污染物进行精细处理。例如，可以设置沉淀、过滤和生物处理等多级单元，分别针对悬浮物、颗粒污染和有机物进行处理，确保废水在经过逐级净化后，达到规定的排放标准。

引入先进的监测与控制系统，能够实时监测水质、流量和运行参数等关键指标，通过反馈机制，自动调整处理单元的操作，保障处理效果的稳定性。系统还可以应用智能化技术，如人工智能和大数据分析，对处理过程进行优化和预测，进一步提高处理性能和资源利用效率。

优化工艺流程需要考虑能源消耗和操作成本，如将生物处理单元中的好氧和厌氧工艺相结合，确保能源消耗最小化。定期维护和清洁处理设备，确保其能够稳定运行，降低操作维护成本[5]。

2.2 调整运行参数

针对不同的处理单元，可通过调整运行参数优化其处理效果。如在生物处理单元，通过调整曝气时间、氧气供应量、温度等参数，促进微生物的生长和有机物的降解，提高有机物去除率。在过滤单元中，控制滤料层的厚度和过滤速率，能够有效地去除残余悬浮颗粒，提高出水水质。

通过在线监测水质和流量等关键指标，及时调整运行参数，应对水质波动和污染物浓度的变化。例如，当废水中有机物浓度增加时，可以增加好氧池中的曝气量和时间，保证生物处理效果。

通过节能减排，调整并优化运行参数的性能。如通过合理地调整污泥回流比例，能够减少能源消耗，降低废水处理过程中的耗氧量[6]。

2.3 建立实时监测与控制系统

监测系统可以实时监督并测量废水和雨水的水质、流量和其他关键指标，确保处理过程稳定和合规。通过传感器、仪表和自动化设备获取数据，并将其传输至控制中心，实现对处理过程的实时监控。

当检测到水质超过预定标准时，系统可以自动启动控制策略，调整处理单元的运行参数，确保水质满足要求。例如，在生物处理过程中，根据微生物活性和有机物浓度的变化情况，系统可以自动调整曝气量和进水量，保障处理效果。

操作人员通过云平台远程访问监测数据和控制界面，可以实现对循环水系统的远程监管，能够及时发现问题，做出调整，提高系统的灵活性和响应能力[7]。

2.4 资源回收与利用

引入废水回收、利用，将经过净化处理的废水回用于工地的非饮用用途，如冲洗、清洁等。通过多级处理单元的协同作用，使废水得到全面净化，去除了污染物和悬浮颗粒，确保回用水达到可用标准。通过此方式不仅减少了新鲜自来水的消耗，还有效降低了废水排放量，达到了节约水资源的目的。

例如，将收集的雨水纳入循环水流程，用于灌溉、冲洗等用途。通过过滤和处理，能够确保雨水质量符合要求，适用于建筑工地的各种非饮用场景。通过此方式不仅降低了雨水径流对环境的影响，还为建筑工地提供了额外的水源，实现了资源的再利用。

探索其他资源回收途径，如废热利用和能源回收。通过适当的工程设计，回收废水处理过程中产生的热能，用于供暖或其他用途，实现能源的节约。通过此方式不仅优化了水质处理性能，还进一步提升了系统的可持续性和经济效益[8]。

2.5 改进技术与设备

引入先进的高效的处理技术和设备（图3），此类设备耐冲击负荷能力强，净化效率高，系统运行稳定，处理过程无气味，处理流程简单，启动时间短，占地面积小，运行费用低，始终保持动态平衡，能够适应不断变化的处理需求。

图3 建筑工地废水与雨水回用循环处理设备（来源：网络）

随着科技的进步，新的材料和工艺不断涌现，可以进一步提升废水和雨水处理的效果。例如，引入更高效的过滤材料、更先进的生物降解技术，可以有效提高水质净化效率，降低废水中有机物和污染物的浓度。

优化运营管理，提高系统的稳定性和性能。通过建立完善的监测与控制系统，实时监测水质和运行状态，及时发现问题并采取措施。定期维护和保养设备，清除污泥和杂质，保障系统稳定运行，避免设备老化和性能下降。

通过数据分析和模拟，提高系统运行的智能化水平。收集大量运行数据，应用数据分析和机器学习技术，优化处理过程中的运行参数和控制策略，从而进一步提高废水和雨水的处理性能。模拟不同的运行情景，寻找最佳的处理方案，提高系统的效率和性能[9]。

3 结语

通过合理设计和优化处理单元，该系统能够有效地净化废水和雨水，降低污染物排放，实现资源的有效回收、利用。未来，应继续深入研究和探索，不断完善基于分级处理工艺的循环水系统，使其能够在促进城市可持续发展和环境保护方面发挥更大的作用。