雨水收集建筑工程中的pp塑料组合模块水池全面详细技术分析

2019-09-26 10:15 海绵雨水
雨水收集方式有许多种形式,例如屋顶集水、地面径流集水、截水网等。其收集的效率会随着收集面材质、气象条件(日照、温湿度等)以及降雨时间的长短等因素而有所差异。建筑工程中的雨水收集有三种方式:建筑屋顶硬化,雨水应该集中引入绿地、透水路面,或引入储水设施蓄存;地面硬化的庭院、广场、人行道等,选用透水材料铺装或建设汇流设施,将雨水引入透水区域或储水设施中,地面是城市主干道等基础设施。应该结合沿线绿化灌溉建设雨水利用设施。
 
由于降水是随机事件,往往难以与用水同步,需要将来自不同面积上的降水径流通过一定的传输和储存设施滞贮备用。降水径流贮存的形式多种多样,传统的有混凝土蓄水池和玻璃蓄水池,这几年又新推出了PP塑料模块蓄水池。
 
一、PP雨水蓄水模块和前两者相比,有以下的优点:
PP雨水蓄水模块
1、蓄水模块不受地形限制、高度、形状都可以自由布置。
2、蓄水模块施工工期短,节约了宝贵的建设时间。
3、蓄水模块采用的PP(聚丙烯)材质完全符合环保要求,且可以100%回收利用。
 
鉴于以上的优势,蓄水模块可以在绝大多数情况下取代混凝土地下蓄水池。只有在以下一些特殊环境,蓄水模块使用受到限制的情况下,应考虑使用混凝土地下蓄水池或地下室(地下机房)内设置蓄水箱(混凝土、玻璃钢或不锈钢材质)。
 
以下情况不建议使用蓄水模块
 
1. 蓄水模块施工完毕后,上方覆土应控制在1.5~2.5米之间,当蓄水模块上方覆土大于3米时需采取特殊加固措施,覆土大于3.5米。
2. 土深小于2米时,如地下室顶板上方。
3. 消防通道或消防登高场地下安排的雨水蓄水池,因蓄水模块上方静载荷通常不应大于30吨/平方米。
 
雨水收集处理系统的进场安装时间
 
对于从未实施过雨水收集处理系统的业主及施工单位来说,何时开始雨水收集处理系统基础的开挖,何时安排设备的进场,都需要结合项目实际情况来确定的。为减少因现场变更因素导致的设计参数与现场情况不符造成的返工,雨水收集处理的前期土建准备工作应当现场外线施工(雨污水管线)同步或稍晚进行是比较合适的。
 
前期土建准备工作不能过早进行的原因
 
首先,由于雨水排水系统是重力流排水系统,因此雨水收集处理系统的标高对于整个系统的顺利运行具有决定性的作用。在现场实际施工中,雨水管道标高进行调整的情况经常出现,因此雨水收集处理系统的前期土建工作应当在室外雨水管网完成后(或基本完成后)进行。其次,伴随着现场室外管线施工,大量的开挖及回填工作会全面展开,大型工程机械的使用在所难免。由于雨水收集模块的抗压强度有所限制,过早安装完毕的雨水收集回用系统会面临成品保护问题。由于雨水收集系统工程本身工期较短的特性,(指使用PP雨水收集模块,非地下钢筋混凝土蓄水池),它与现场外线施工(雨污水管线)同步或稍晚进行是比较合适的。
 
二、工艺流程
雨水收集工艺流程
注:雨水处理及回用系统、清水池、变频供水泵组及加药系统组成地埋式一体化雨水处理及回用系统。
 
雨水降落到硬化面后,一部分通过地面下渗补充地下水,不能下渗或来不及下渗的雨水通过屋面与地面汇流进入雨水管道,经雨水汇总管流进地埋式成品截污弃流装置,弃流后的雨水重力自流进雨水收集池,雨水收集池里的水经雨水处理系统处理后回用于绿化灌溉等用水点。
 
三、雨水收集系统各组分
 
(1)地埋式成品截污弃流装置
初期的雨水(前3毫米或者5分钟的降雨量)一般污染严重,流量也比较小,首先进入截污装置后,装置中的滤网将对于水中的较大杂质进行截留,在流经雨水初期过滤弃流装置时,因重力的作用,将首先通过低位敞口的排污管排放掉,在雨量增大后,浮球在水流压力的作用下将排污管关闭,雨水将被迫流向出水管。雨停后,随着装置中储存的雨水的减少,浮球将自动复位,从而完成弃流效果。在出水管上设置了不锈钢过滤网,可以对雨水进行预过滤,过滤留下的污物将在下次降雨时通过排污管冲走,从而实现弃流,过滤、自动排污等多种功能。
 
(2)雨水PP模块收集系统
雨水PP模块收集系统
雨水PP模块适用于雨水的过滤净化、回渗、收集、再循环利用等系统,主要由再生的聚丙烯制成,单个模块为长、宽各50厘米,高40厘米的立方体,结构简易轻便,模块式设计可按工程设计需要任意组合,产品均经过严格的测试,具有很高的承载能力,目前已广泛应用到建筑领域、景观、园林、排水渠等雨水利用系统中。
雨水PP模块通过模块组合,可以在地下快速搭建不同大小的雨水蓄水池。模块式蓄水池相比混凝土池具有施工周期短、安装方便、组合灵活、使用寿命更长的特点。模块结构在完成蓄水的同时,形成稳定的独特结构空间,具有很强的承压能力,所以水池上面可以作为停车场、绿地等,模块可以组合成快速排水通道,实现广场、道路排水的目的。
 
(3)地埋式一体化雨水处理及回用系统
地埋式一体化雨水处理及回用系统
设备机房:内部放置控制柜(或应甲方要求独立移至地上)、加药装置、变频稳压供水机组、多介质净化处理装置、循环水泵及相关处理设备。
 
多介质雨水净化处理装置:将雨水模块储存的水经管道提升至多介质雨水净化处理装置,从而将水中较小颗粒或漂浮物等杂质截留,多介质雨水净化处理层中的介质为石英砂及磁铁矿石等。若水质较差、易产生异味,也可增加适量的活性炭。多介质净化处理装置反冲洗的污水直接排入市政污水管网。多介质雨水净化处理装置安装于设备间内,便于操作。
 
清水池:用来储存处理后的达标水,需回用水时,用变频稳压供水机组提升绿化浇灌和停车库地面冲洗等用水点。
 
变频稳压供水泵组:处理后的清水进入绿化浇灌管网后,并不是持续稳定地出水,而是间歇式、流量不同的使用工况。传统泵组在水量过多、满管的情况下运作,会极大地损害水泵电机,并缩短使用寿命,还费电。采用变频稳压供水泵组后,可根据管线内压力来调节电机供电频率,继而调节电机转速,达到调节水量及压力的作用,可保证水泵在最优工况下运行,并且能节电。
 
塑料模块组合水池的开发成功,是给水排水领域的一项重大革新,它与钢筋混凝土水池的最大区别是:使用了一种用于搭建储水池的塑料模块,塑料模块通过连接件组装在一起,构成水池骨架,周边采用不同的土工材料包覆,分别做成普通储水池或渗透式储水池。
 
四、塑料模块组合水池构成与运行
 
4.1水池构成
 
塑料模块组合水池由水池池体和附件组成,附件主要包括进水井、出水井、鼓风通气系统。
 
塑料模块通过连接卡连接在一起,组成水池骨架。在水池骨架的外围包覆不透水的土工膜构成储水池,包覆透水土工布构成入渗池。
 
进水井做成沉沙井型,水池进水管从水池进入池体,管口设截污罩。
 
鼓风通气系统用于水质保洁,讲气管从水池侧面下部进入。
 
透气帽设于水池顶部。水池的构成详见图1.
工艺流程
 
在图1中,收集的雨水,用雨水管送入水池进水沉沙井,在沉沙井中,雨水中大颗粒的泥沙沉积下来。进水沉沙井用水池进水管与塑料模块组合水池池体相连,水池进水管装有进水三通,水池充满后多余的雨水从溢流管溢出。储水用塑料模块组合水池向用户供水时,启动设于水池出水井内的供水泵打开压力供水管上的阀门,此时,水池排污管的排污阀关闭。当塑料模块组合水池配成渗透水池使用时,一场降雨过后,流入水池内的雨水,透过包裹在水池侧面的透水土工布及水池侧面填砂层向土壤中渗透,涵养地下水。水池出水管在水池出水井内的阀门平时开打,检修供水泵或清理出水井时关闭,防止水池内雨水涌入井内。水池内部清洗时,开启空气压缩机向压缩空气管爆气系统供气,冲起池底的沉泥,泥渣水由水池出水管汇入出水井内,开启水池出水井内的供水泵,打开水池排污管上的排污阀将泥渣水排出,此时水池供水管关闭。低位通气帽、高位通气帽有利于水池水面上部空间的空气流动,防止水池水质恶化。水池顶板的铺砂层用于维持土工布的土工性能,水池底面的找平砂层用于保证水池池体均匀受力。水池基础层土壤素土夯实是按工程需要而定的通用措施。
 
五、塑料模块组合水池受力分析计算
 
应用于工程中的塑料模块组合水池应能承受可能遇到的受力情况,安全可靠。仅示一列。
 
1. 水池顶部竖向压力标准值的计算
水池的动荷载示意图
图为水池的动荷载示意图
 
(1)计算条件:
 
按汽10重车后排双轮综合影响传递到水池顶部考虑:
 
水池覆土深度2.5m
汽10外形尺寸7x2.5m
汽10主车总压力100kN,前轴压力30kN,后轴压力70kN
汽10重车总压力150kN,前轴压力50kN,后轴压力100kN
汽10轴距4m,轮距1.8m
汽10前轮着地分布宽度0.25m,后轮着地分布长度0.2m
汽10后轮着地分布宽度0.50m,后轮着地分布长度0.2m
 
(2)水池顶部轮压标准值按下式计算:
将相应的参数带入公示有:
作用在水池上的侧向上压力的计算
埋设在地下水位以下的水池,作用在水池上的侧向土压力为主动土压力与地下水静水压力之和,此时,作用在水池上的侧向土压力按下式的计算:
六、塑料模块结构设计
 
1. 塑料模块的基本结构
 
根据塑料模块水池的受力分析及实际应用情况,将储水池用塑料模块设计为长方体性,外形尺寸1000x500x400(mm),模块的两端留有进水管接口。考虑到塑料模块制作方便,将塑料模块设计成结构相同的上、下两个单体,塑料模块是由这两个单体对扣而成,内部为镂空形状,空隙率达到95%。模块四周留有透水条缝,从而保证了水在模块之间可以自由流动。材质为聚丙烯(PP),塑料模块结构见下图。
塑料模块的基本结构塑料模块组合水池
结论与讨论
 
1. 塑料模块组合水池,水池材质与结构的革命性变革,使水池的功能和施工方式有了根本改变,形成了普通储水池及渗透式储水池两种基本池型,表面水池已从单一的贮水功能扩展到带有了雨水利用入渗功能。水池骨架的基本单元塑料模块,在工厂开模批量生产,摒弃了水泥、粘土砖大量耗能的生产工艺,符合国家节能、低碳、环保的理念,节省了大量的土地资源;塑料模块拼装方便,组合水池的施工工序大为简化,施工周期约比钢筋混凝土水池缩短半月以上,塑料模块表面光滑,不易结垢,储水环境良好,特别是在水池拆除塑料模块可以回收利用或异地再建,避免建筑垃圾污染环境。
2. 塑料模块组合水池沉泥的清理是业界关注的问题。本文所述的塑料模块组合水池,采用箱筐式模块,在模块组成的骨架层与水池底板间留有10cm的集泥区,集泥区设压缩空气管及吸泥管系。吸泥时水池宜在低水位,用压缩空气把积泥翻起,开泵将泥水从水池排出。
3. 塑料模块的承力计算与实测结构的分析:塑料模块抗压承载强度为542000N/m²,约为水池顶部竖向压力标准值的9.7倍。由于考虑到聚丙烯塑料低温时变脆,耐老化性差等一些特性以及塑料模块在长时间荷重下的变形蠕变特性,取比较大的安全系数是必要的。
4. 建议的塑料模块组合水池安装要求:水池的平面外形宜为I、LF等形式;单体水池最大容积在500m³以内,水池顶覆土为1.0~1.5m,池底最大深度为4.5m(含覆土),水池的地基应按工程所在地的地址情况决定。
 
深圳市海绵雨水利用科技有限公司近年来成功研发出雨水收集系统,为节约水资源、缓解我国的缺水问题提供了全方位的解决方案。打造绿色、宜居、资源化的前瞻水环境
 
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