彭 晶，楊躍敏，王珊珊，佟海燕

（中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院， 天津 300300）

天津市濱海機(jī)場(chǎng)航站樓雨水回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研制

彭 晶，楊躍敏，王珊珊，佟海燕

（中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院， 天津 300300）

機(jī)場(chǎng)雨水具有水量大、水質(zhì)好的特點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)多以景觀池方式進(jìn)行蓄水，并未利用雨水分擔(dān)機(jī)場(chǎng)內(nèi)人員的用水需求。針對(duì)航站樓的自有優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了雨水回用系統(tǒng)，系統(tǒng)包括棄流、凈化及收集三大模塊，通過(guò)各模塊相互協(xié)調(diào)，自動(dòng)將雨水分級(jí)優(yōu)化處理，達(dá)到一水多用的目的。同時(shí)，結(jié)合多重濾芯等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)雨水回用系統(tǒng)進(jìn)行了研制，成型裝置不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，并且能夠?qū)τ晁赜玫母鱾€(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行可視化管理，該研究對(duì)機(jī)場(chǎng)水資源的開(kāi)發(fā)、利用與節(jié)約工作具有重要的指導(dǎo)意義。

天津機(jī)場(chǎng)；航站樓；雨水回用；分級(jí)處理

1 研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國(guó)可用淡水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重，如何高效利用淡水資源迫在眉睫。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)年降雨量超過(guò)5 000萬(wàn)億m3，且水質(zhì)較好，據(jù)國(guó)內(nèi)外雨水利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，凡年降雨量在250 mm以上的地區(qū)都可進(jìn)行雨水的開(kāi)發(fā)利用。

機(jī)場(chǎng)航站樓占地面積相對(duì)較大，屋面的雨水量相當(dāng)可觀。國(guó)外機(jī)場(chǎng)雨水利用技術(shù)優(yōu)先于我國(guó)，特別是在歐洲國(guó)家，如法蘭克福機(jī)場(chǎng)內(nèi)有較為成熟的雨水收集系統(tǒng)，系統(tǒng)管網(wǎng)達(dá)200 km，設(shè)有23個(gè)雨水收集區(qū)，可收集儲(chǔ)存雨水10萬(wàn)m3；巴黎奧利機(jī)場(chǎng)將雨水收集用于航站樓的空調(diào)冷卻，截至2005年，平均每年可節(jié)省7萬(wàn)m3水資源；倫敦希斯羅機(jī)場(chǎng)平均每年收集5.9萬(wàn)m3雨水，其利用率達(dá)到85%。雨水的利用在環(huán)保的同時(shí)也能為機(jī)場(chǎng)節(jié)省部分水費(fèi)的開(kāi)支，如新加坡樟宜機(jī)場(chǎng)每月可以收集6.35萬(wàn)m3雨水用于沖洗廁所和航站樓的空調(diào)系統(tǒng)，每年可以節(jié)省水費(fèi)約39萬(wàn)美元；蘇黎世機(jī)場(chǎng)每年大約收集1萬(wàn)m3雨水，收集的雨水主要用來(lái)沖洗廁所；在布魯塞爾機(jī)場(chǎng)，屋頂裝有6個(gè)10 m3的雨水蓄水箱，直接連在管網(wǎng)中用來(lái)沖洗廁所。也有屋頂蓄水池中的雨水用于植被灌溉，如在亞特蘭大機(jī)場(chǎng)航站樓屋頂裝有3個(gè)11.37 m3的蓄水箱收集雨水，每個(gè)蓄水箱在雨期平均每月可以收集到36.37 m3的雨水，用以灌溉植物[1]。

國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)的雨水利用起步較晚，應(yīng)用的案例也較少，但少數(shù)采用了雨水利用工程的機(jī)場(chǎng)也都取得了較好的環(huán)保收益。如，上海浦東[2]和虹橋機(jī)場(chǎng)都利用飛行區(qū)調(diào)節(jié)水池和圍場(chǎng)河來(lái)收集場(chǎng)區(qū)內(nèi)的雨水，用以清洗跑道和綠化澆灌；南昌昌北國(guó)際機(jī)場(chǎng)、常州機(jī)場(chǎng)[3]等利用景觀湖調(diào)蓄、收集雨水，基本可滿足場(chǎng)區(qū)內(nèi)綠化澆灌和景觀用水的需求。北京首都機(jī)場(chǎng)[4]T3A航站樓的壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)也是國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的雨水收集系統(tǒng)。

2 研究目標(biāo)

由于集水面的條件不同，不同集水面上的降水徑流水質(zhì)也差異巨大。機(jī)場(chǎng)航站樓屋面雨水只受大氣污染物和屋面污染物的影響，水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于地面雨水，因此單獨(dú)收集屋面雨水，可降低雨水處理成本并提高處理標(biāo)準(zhǔn)。

綜合國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)雨水利用工程分析[5]，大部分機(jī)場(chǎng)采用屋面、地面雨水混合收集模式，少部分機(jī)場(chǎng)采用屋面雨水單獨(dú)回收模式，但用途也大多是補(bǔ)充景觀用水、綠化澆灌等，完全忽視了屋面雨水水質(zhì)較好的特點(diǎn)。

為探究屋面雨水的更多用途，需要對(duì)屋面雨水水質(zhì)進(jìn)行分析。筆者以天津市濱海國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓的屋面雨水為例，經(jīng)天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，得到水質(zhì)分析報(bào)告，詳見(jiàn)表1。

表1 雨水水質(zhì)分析結(jié)果

處理后的雨水水質(zhì)一般按照《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）以及《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）中的相關(guān)水質(zhì)要求進(jìn)行評(píng)定，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)對(duì)比可以看出，航站樓屋面雨水水質(zhì)較高，不加處理即滿足雜用水回用標(biāo)準(zhǔn)，稍加處理可滿足生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，筆者擬設(shè)計(jì)一款可達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的雨水凈化裝置，實(shí)現(xiàn)飲用和非飲用兩種用途。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

3.1 雨水處理流程

本研究所設(shè)計(jì)的雨水回用裝置可以直接與航站樓的雨水管連接，具體處理流程如圖1所示。

圖1 雨水處理流程

3.2 雨水回用裝置

航站樓雨水回用裝置由棄流裝置、收集裝置和分級(jí)凈化處理裝置[6]三部分組成，如圖2所示。收集裝置置于下層，分為兩個(gè)腔室，分別為一級(jí)沉淀池和二級(jí)集水箱。一級(jí)沉淀池前加設(shè)沖擊板，使雨水進(jìn)入池中達(dá)到較穩(wěn)定狀態(tài)。水溢滿的過(guò)程即為一次沉淀的過(guò)程，相當(dāng)于進(jìn)行了初步過(guò)濾；滿水部分通過(guò)連通管進(jìn)入二級(jí)集水箱，且水位達(dá)到5處水信號(hào)傳感器時(shí)，4處的水泵啟動(dòng)，水流提升至上層的各個(gè)濾芯中。凈化裝置置于總裝置上層，每個(gè)裝置可安置5個(gè)可換濾芯，水流經(jīng)水泵加壓后，從濾芯由內(nèi)向外滲流，達(dá)到過(guò)濾效果。濾芯結(jié)構(gòu)分為3層，如圖3所示。其中，第1層（標(biāo)號(hào)6）為PP棉濾芯，能有效去除所過(guò)濾液體中的各種顆粒雜質(zhì)。PP棉為多層式深度結(jié)構(gòu)，納污量大，過(guò)濾流量大，壓差小，不含任何化學(xué)黏合劑，更衛(wèi)生、安全，耐酸、堿、有機(jī)溶液、油類(lèi)，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，集表面、深層、粗精濾為一體，具有流量大、耐腐蝕、耐高壓、低成本等特點(diǎn)，既可用以阻擋水中的鐵銹、泥沙、蟲(chóng)卵等大顆粒物質(zhì)，亦可過(guò)濾自來(lái)水中直徑大于5 μm的膠體雜質(zhì)、微泥、鐵銹、蟲(chóng)卵和有機(jī)污染礦物質(zhì)雜物等。第2層（標(biāo)號(hào)7）為活性顆粒炭，對(duì)水質(zhì)凈化有極好的效果，它不但能除去異臭異味，提高水的純凈度，同時(shí)對(duì)水中各種雜質(zhì)如氯、酚、砷、鉛、氰化物、農(nóng)藥等有害物質(zhì)也有很高的去除率。第3層（標(biāo)號(hào)8）為后置活性炭，可改善水質(zhì)口感。

圖2 雨水回用裝置設(shè)計(jì)及實(shí)物

圖3 濾芯示意及實(shí)物

此外，還有RO反滲透膜裝置。RO反滲透膜利用反滲透技術(shù)可將原水中的無(wú)機(jī)離子、細(xì)菌、病毒、有機(jī)物及膠體等雜質(zhì)去除，以獲得高質(zhì)量可飲用水。將RO反滲透膜置于二期凈化池底端，當(dāng)凈化池中水位達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，RO小型水泵啟動(dòng)，并向RO反滲透裝置中送水，二期凈化水經(jīng)裝置過(guò)濾后分兩級(jí)水源輸出，一級(jí)為可飲用水，一級(jí)為可接觸皮膚水。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、使用簡(jiǎn)單，具有如下優(yōu)點(diǎn)：①占地面積小，適用性廣。整個(gè)裝置置于雨水井附近，不占用過(guò)多地面區(qū)域。②雨水利用率高，過(guò)濾速度快。裝置采用分級(jí)凈化處理、雙水泵分級(jí)凈化，出水質(zhì)量可有效區(qū)分利用，既可得到可接觸皮膚水，也可得到飲用水，極大地提高了水的利用率。③濾芯價(jià)格低廉，方便更換。過(guò)濾裝置中的濾芯采用市場(chǎng)通用型合成濾芯，主要是PP棉、活性炭為主的低價(jià)過(guò)濾物質(zhì)，符合節(jié)能環(huán)保理念。④水質(zhì)分級(jí)處理，合理利用。裝置采用RO反滲透裝置，能夠分級(jí)處理二級(jí)凈化池中的水，基本實(shí)現(xiàn)飲用水和可接觸水1∶3的輸水效率，實(shí)現(xiàn)分級(jí)合理利用。⑤全自動(dòng)工作，無(wú)需人工監(jiān)測(cè)。裝置中設(shè)有兩個(gè)水信號(hào)感應(yīng)器，可自動(dòng)啟動(dòng)二級(jí)集水箱和二級(jí)凈化池中的水泵，實(shí)現(xiàn)達(dá)到預(yù)定水位自動(dòng)輸送。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于航站樓雨水的利用不甚重視，因此該方面的研究較少，而本研究所論及的航站樓雨水收集及凈化裝置則盡可能地解決這一問(wèn)題。該裝置利用水的分級(jí)處理措施以及水信號(hào)感應(yīng)器等設(shè)備將雨水處理為可接觸皮膚水及可飲用水，可用于室內(nèi)養(yǎng)魚(yú)、植物澆灌和日常清洗，符合安全、綠色、環(huán)保、節(jié)能的理念。但更經(jīng)濟(jì)高效的過(guò)濾材料是該裝置的關(guān)鍵，需進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)。

[1]彭晶，岳潤(rùn)超，張?chǎng)蚊?機(jī)場(chǎng)雨水資源利用現(xiàn)狀研究[J].給水排水，2016，42（S）：208-210.

[2]徐建初，林建海，黃渝.雨水回用在上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用研究[J].給水排水，2007，33（5）：90-93.

[3]紀(jì)振，丁磊，付爾康.常州機(jī)場(chǎng)雨水利用工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行[J].給水排水，2013，39（S）：432-434.

[4]秦林，徐志通，高俊斌.首都機(jī)場(chǎng)T3A航站樓壓力流屋面雨水排水系統(tǒng)方案[J].給水排水，2009，35（10）：89-92.

[5]胡先瓊，李艷.深圳機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程雨洪利用可行性研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2008（5）：17-19.

[6]劉杰，王劍飛，趙鵬芳.雨水回用在國(guó)內(nèi)某大型機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用探討[J].山西建筑，2013，39（29）：128-129.

TU248.6；TU991.14

A

1004-7328（2017）05-0024-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.05.008

2017—05—21

全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（201610059028）；中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)工程研究基地開(kāi)放基金（JCGC2015KFJJ006）；中國(guó)民航大學(xué)科研啟動(dòng)基金（2013QD11X）

彭晶（1985—），女，博士，講師，主要從事機(jī)場(chǎng)雨水利用、防洪研究工作。