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澳大利亚的雨水收集利用

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发表于 2017-4-20 15:01:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

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澳大利亚的雨水收集利用
每当下暴雨的时候,许多城市街道都会积水,行人无法通行,汽车也常常深陷其中。望着满大街的积水,更多的人是在抱怨排水系统的不畅,希望这些水赶紧排走。水资源的缺乏已经成了全球性问题,我国有上百个城市缺水。一方面,积水排不出去,一方面地 下水一天天在减少,有心人提出,为什么不能利用这些雨水呢?
  据测算,如果每个小区、每个住房都有自己的雨水收集系统,至少可以解决公共空间的灌溉以及冲洗厕所之用,这将大大节约地下水的开采量,而且收集雨水还可以对地下水提供补充。在这方面,国外有许多经验可鉴,澳大利亚的无花果小区就是一个很好的案例。
  项目背景:
  许多人认为地上的雨水是个麻烦,都希望它们尽快流走。城市排水系统的主要目的也是要将雨水泛滥的风险降到最小程度,而对自然资源保护及环境质量等则考虑较少。
  一些人认为水就是供人使用的,只要打开水龙头,就会自然流出来。然而,正是这种对水的错误观念以及对水的过度使用或滥用,给水资源带来了前所未有的压力。这种水资源的压力反过来影响到饮用水以及海洋、河湖里的各种生命。
  面对这种局面,澳大利亚各地开展以水为核心的城市住宅开发项目,主要是通过雨水收集利用,节约地下水的开采量,同时大量补充地下水。无花果小区(Figtree Place)是其中的一个例子 。
  项目概况:
  无花果小区原址为纽卡斯尔一个主要公交车站,最初是有轨电车的车站,后来成了公共汽车站。随着汽车数量的增多,碳氢化合物的渗漏情况越来越严重,重金属、油腻将原址10米厚的沙层严 重污染。当时采取的矫正措施只是在表面上加了一层水泥盖子,因此只治标,不治本。
  实际上,水泥盖子以下300毫米的土层已经被污染了,而在3米~4米深的地方,地下水是可以用来灌溉的。因此,无花果示范区的第一步,就是将那层水泥盖子和已遭污染的300毫米厚的土层除掉,然后填进去好土。这样做的目的只有一个,就是清除能够见到的所有污染物。纽卡斯尔市议会城市水资源中心做的一项调查显示,通过该项目的实施,雨水对地下水的补注作用明显,而且成了主要的家用水资源。家用范围包括热水、冲洗厕所和公共空间的灌溉,但不用于饮用。雨水的再利用大大提高了水的供应量,公交车站自然也看到了前景,所以也加入进来联合开发,从而解决了清洗车辆的用水问题。
  根据调查,用这种方式在示范小区收集、处理的雨水能够满足:
  * 室内热水和冲洗厕所用水50%的需求;
  * 100%花园灌溉需求;
  * 100%的公共汽车清洗需求。
  雨水收集计划的另一大优势是留住大量的雨水,减少暴雨径流量,降低下游的洪峰,从而减小对雨水处理设施的压力,包括污染控制设备。
  项目设计
  雨水收集利用方法很简单,就是在地下建蓄水池,收集屋顶雨水,供应家用热水和厕所用水。另外,还包括一个补注蓄水层,表面是草地,地下深处则是补注池,用于灌溉花园和清洗车站的公交车。
  具体步骤是,从屋顶上收集的雨水,通过雨水管道,流经初期雨水池,然后流向每个地下蓄水池。带有压力传感器的水泵将水抽上来,供应热水系统及供冲洗厕所之用。如果蓄水池的水太多了 ,溢出来的水就会流到沙滤区,对蓄水层进行补注。
  路径、草坪及花园的多余雨水直接流入补注池,补注池为蓄水层补水,并在干旱时为公共空间提供用水。补注池的容量很大,即使再大的雨量(包括50年一次的大暴雨)也不会溢出。地下蓄水 池采用钢筋混凝土结构,与这些蓄水池相连的初期雨水池通过分流装置,将最初的2毫米雨水量分开。4个蓄水池呈矩形,容量在9~15公升,每个池子都有一个进口(接收来自初期雨水池的水)、一个淤泥清理室、一个低水位监测器、一个出口(家用水口)和一根多孔管道(将多余的水输送到补注坑)。低水位监测器的作用是,当水池水位低于设定高度时,它就会激活感应器,感应器将启动水泵向水池内补水。
  补注池面积为250平方米,覆盖750毫米深的沙砾层,表面被草坪覆盖。在补注池10米深的地方, 安装了一台水泵,为灌溉和洗车提供用水。
  带有压力容器的水泵被安放在每个蓄水池边上的泵室里。每个泵室设有故障-安全系统,包括一台备用泵(一旦水泵出现故障,备用泵就会启动)和螺线管(如果发现水压不足,或电力供应中 断,或发现蓄水池水位低,它就会自动切换供水系统)。
  问题尚存:
  这种以水为核心的城市设计概念听起来非常有效,但政府部门还是有一些担心,比如:
  * 未被发现的污染物流入地下水的可能性;
  * 雨水保留活动是否会引起地下水膨胀,从而对建筑的整体结构形成威胁;
  * 从房顶收集并用于热水系统的雨水是否会带来健康问题;
  * 如果遇到严重的干旱,室内用水是否会出现严重缺水;
  * 如果降雨量过大,住房内是否会出现严重的水泛滥。
  除了这些担心外,还有一些问题,包括:
  * 对于住户和基础设施机构来说,这种开发项目是否经济?
  * 需要什么样的定期和长期维护?费用是多少?
* 蓄水池蓄水用于冲洗厕所和热水供应能节约多少室内用水?
  * 利用蓄水层蓄水能够节约多少室外用水?
  * 留住大量的雨水能够减轻排水设施多大的压力?
  项目监测:
  综合监测系统是为了评估水质、水利用、社会接受情况、维护问题及经济表现。它分为人工监测和自动监测两种。人工抽样监测每月对屋顶雨水、初期雨水池、地下蓄水池及热水系统进行监测 。具体监测方法是,在下雨的时候,用50升的塑料容器收集屋顶雨水(通过一根落水管连接到容器上),再用冷却水质取样器在初期雨水池入口取水样。冷却取样器的水质数据用来验证抽样结果,同时用于研究每次下雨时屋顶水质的变化情况。
  自动监测设备放在地下蓄水池边的泵室里,包括数据记录器、雨量监测器、压力传感器、水质监测器及冷却水质取样器。数据记录器控制所有监测结果和记录过程。
  压力传感器用来测定初期雨水池及地下蓄水池的水位高低。
  监测数据显示,经过蓄水池的沉降和处理,进入热水系统和厕所冲洗系统,水质完全达到洗浴标准,而且温度在55oC~63oC之间,水质达到了澳大利亚饮用水标准。
  经济效益
  数据显示,该项目不仅有效保护了水资源,而且还获得了可观的经济效益,具体指标如下:
  开发费用:270万澳元
  WSUD(地下蓄水池、水泵、补注坑及管线):8.96万澳元
  其他雨水系统(绿地):11.55万澳元
  与传统雨水处理系统和供水系统相比,WSUD能够节约2.59万澳元(1%)的开发成本。
  无花果小区和车站的年节水量计算如下:
  节水总量:1190公升/年
  灌溉节水:830公升/年
  公交车洗车节水:1700公升/年
  税费:0.92澳元/公升/年
  总节约:3422澳元/年
  假使节约下来的资金用于10年期的投资,按贴现率6%计算,每年节约的建设费用为3478澳元。因 此,单无花果小区每年的节约费用为:
  节约水:1858澳元
  每年的投资节约:3478澳元
  扣除年折旧和维护费用:1300澳元
  每年总节约:4036澳元
  结论:
  无花果小区是一个示范项目,不仅取得了可观的经济效益,更重要的是对生态环境的可持续性发展具有十分重要的意义。因此,如果大力发展此类项目,既能大大节约地下水的开采量,同时也能大量节约城市基础设施的建设费用。
  研究发现,保留和渗透措施减少了基础设施的维护和修复成本,也大大降低了雨水的污染。
  从监测数据看,由于只是简单的处理,水质还不是很完美,但基本符合要求,尤其是洗浴完全能够达到标准:
  * 雨水(带有细菌)供应的热水系统符合澳大利亚饮用水标准(55oC~63oC之间);
  * 尽管从屋顶收集的雨水在氨、pH、铁和铅方面偶尔超标,但从蓄水池和热水系统取的水样符合 澳大利亚饮用水标准的化学和金属参数;
  * 絮结、沉降和生物反应等水处理过程在水池内完成,提高了水质;
  * 蓄水池与热水系统的结合是有效的水处理过程,可以获得符合饮用水标准的水质;
  * 将屋顶雨水先收集到蓄水池,再用于热水系统以及冲洗厕所,能够节省45%以上的家用水;
  * 与普通的住宅开发相比,无花果小区的节水总量可达60%;
  随着无花果小区示范项目的不断完善,成本会进一步降低,效益也将会进一步提高


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