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我國水資源緊缺,尤其是大部分以城市為中心的地區(qū),全國700多個地級市以上的城市中,有近400座城市缺水或嚴(yán)重缺水。由于城市的擴(kuò)大和工業(yè)的迅速發(fā)展,水的需求量每年平均以5%以上的速度增長。直接排放雨水不僅造成了水資源的流失,而且加大了市政管網(wǎng)的壓力,近年來頻繁出現(xiàn)的城市內(nèi)澇就是一個典型的例子。雨水利用將根據(jù)地形地貌,利用城市現(xiàn)有設(shè)施,通過工程措施和非工程措施,將汛雨攔蓄,使雨水成為可供利用的水資源。雨水利用有節(jié)約水資源、減緩洪澇災(zāi)害、補(bǔ)充地下水、控制徑流污染和改善城市生態(tài)環(huán)境等多重意義。雨水回收利用將是解決城市水資源危機(jī)的有效途徑之一。而城市初期雨水污染在降雨初期污染濃度大,伴隨著降雨的增多,污水的濃度逐漸降低,降雨的突然性和非延續(xù)性的特點(diǎn)。因此,降雨量和雨水水質(zhì)的監(jiān)測是雨水回收利用基礎(chǔ)和前提,為回水回收利用方案提供有力數(shù)據(jù);也是智能化,集約型雨水回收利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。
目前雨水回收利用研究主要集中在設(shè)計(jì)方法和雨水處理工藝(例如物理過濾法和生態(tài)處理法)上。然而對于處理系統(tǒng)本身的研究較少,特別是目前雨水處理系統(tǒng)的自動控制優(yōu)化領(lǐng)域,往往出現(xiàn)設(shè)備難以長期有效運(yùn)行的狀況,極大的影響了雨水利用工程的實(shí)際效果。本文針對這一問題,設(shè)計(jì)出一種智能化雨水回收利用系統(tǒng),通過優(yōu)化傳統(tǒng)雨水回收利用系統(tǒng)運(yùn)行控制策略、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控,提高其后期運(yùn)行維護(hù)效率。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由系統(tǒng)控制單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)信息平臺等部分構(gòu)成,如圖1所示。
(1)系統(tǒng)控制單元
主要由控制部件、中繼單元、控制回路等組成。它主要完成系統(tǒng)中水泵、閥門、過濾等部件的控制,保證整個系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。
(2)數(shù)據(jù)采集單元
該單元主要用于采集系統(tǒng)工作狀態(tài)的各參數(shù),并更具各參數(shù)信息完成系統(tǒng)邏輯控制。參數(shù)包含有水池液位、藥桶液位、主要水泵工作電流、溫濕度、清水池PH值、供水流量等。
(3)數(shù)據(jù)傳輸單元
該單元通過無線傳輸方式,將數(shù)據(jù)采集單元采集到的數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)服務(wù)器端。目前數(shù)據(jù)傳輸采用中國移動網(wǎng)絡(luò)。
(4)數(shù)據(jù)信息平臺
該平臺主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器和云數(shù)據(jù)顯示平臺構(gòu)成;通過數(shù)據(jù)傳輸單元傳送過來的數(shù)據(jù)被儲存在數(shù)據(jù)服務(wù)器中,數(shù)據(jù)在服務(wù)器中完成數(shù)據(jù)處理及信息交換,最終通過云數(shù)據(jù)顯示平臺將系統(tǒng)參數(shù)直觀便捷的顯示出來。
3 控制策略
系統(tǒng)控制單元的控制邏輯分為手動控制和自動控制兩種。其中手動控制需要根據(jù)現(xiàn)場的需求情況,手動的啟停各水泵;而自動控制是將數(shù)據(jù)采集單元采集的各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判定,并根據(jù)設(shè)置對水泵等控制部件進(jìn)行自動控制,從而完成整個系統(tǒng)的自動運(yùn)行?;镜目刂撇呗匀缦拢?/p>
通過清水池/蓄水池液位控制補(bǔ)水系統(tǒng)的啟停;
通過清水池/蓄水池液位控制凈化泵的啟停;
通過凈化泵的啟??刂葡鞠到y(tǒng)的啟停;
通過清水池液位及供水壓力控制灌溉泵啟停;
通過蓄水池液位控制絮凝系統(tǒng)的啟停;
通過清水池液位控制自來水電磁閥的動作;
通過控制面板選擇手動/自動模式,手動模式下各水泵的手動啟??兀?/p>
通過控制面板顯示屏就地顯示部分系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。
關(guān)鍵詞:回收雨水;工程施工
中圖分類號:TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1001-828X(2013)03-0-01
一、工程概況
角美、漳浦火車站都設(shè)計(jì)有室內(nèi)地下及室外地下消防水池,由于地理位置相對比較偏僻,臨時自來水管線較遠(yuǎn),自來水接口及布管費(fèi)用比較大,生活飲用水由現(xiàn)場打井供給,出水量較小,難以滿足現(xiàn)場的施工用水等需求,為了解決現(xiàn)場的施工、消防及保潔用水這一難題,在地下消防水池施工完畢后,利用消防水池對雨水進(jìn)行回收儲存,用于現(xiàn)場施工、消防及保潔等,大大緩解了用水困難的難題,節(jié)約水資源,同時也為項(xiàng)目增加了經(jīng)濟(jì)效益。
圖1 漳浦站消防水池平面布置圖
說明:雙線框部位表示消防水池位置及設(shè)計(jì)儲水方量
中鐵建工集團(tuán)在角美、漳浦火車站的建設(shè)中,結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況,利用消防水池方便對雨水的回收利用這一特點(diǎn),形成了本技術(shù)。
二、技術(shù)特點(diǎn)
1.利用建筑物四周及現(xiàn)場臨時道路兩側(cè)的排水溝對雨水進(jìn)行有效的收集并儲存,減少自來水的使用,節(jié)約水資源,節(jié)約施工成本。
2.在臨時排水溝進(jìn)入消防水池的前端設(shè)沉淀池一個,對泥沙及雜物進(jìn)行沉淀過濾。設(shè)置時排水溝進(jìn)入沉淀池的入水口要低于雨水進(jìn)入消防水池的出水口,采用低進(jìn)高出的方法使泥沙得到充分的過濾。以免泥沙進(jìn)入消防水池污染消防水池。
3.利用管道在沉淀池和消防水池間進(jìn)行連接,使雨水能順利進(jìn)入消防水池,在沉淀池進(jìn)入消防水池的管道上綁扎鋼絲網(wǎng),以避免大的漂浮物進(jìn)入消防水池,避免堵塞消防水池中水泵的吸水口,造成水泵的損壞,定期檢查沉淀池,清除較大漂浮物。
4.設(shè)置自動壓差開關(guān)控制系統(tǒng),只需定期檢查設(shè)備即可,不額外增加用工,提高功效。
三、工藝原理
1.雨水回收
本技術(shù)采用施工現(xiàn)場雨水匯集到臨時水溝,由臨時水溝流到沉淀池,進(jìn)行一次沉淀過濾,再進(jìn)入消防儲水池。由消防水池中的水泵和自動壓差開關(guān)控制系統(tǒng),按設(shè)定的壓力供給施工用水管網(wǎng)。
圖3.1-1 雨水回收平面示意圖
2.增壓供水
表3.2-1 水泵增壓系統(tǒng)參數(shù)表
四、施工工藝流程及操作要點(diǎn)
1.工藝流程
圖4.1 工藝流程圖
2.施工準(zhǔn)備
根據(jù)現(xiàn)場情況及設(shè)計(jì)消防水池位置來布置現(xiàn)場施工給排水管網(wǎng)。
3.操作要點(diǎn)
(1)給排水管網(wǎng)布置:匯水區(qū)域劃分及排水坡度設(shè)置要合理,施工用水及消防等用水的給水點(diǎn)布置合理。
(2)供水設(shè)備型號的選用:根據(jù)施工現(xiàn)場匯水面積、年平均降雨量及用水高度來選擇合適的供水設(shè)備。
(3)設(shè)備控制系統(tǒng)的要點(diǎn):①采用壓差系統(tǒng),當(dāng)給水管網(wǎng)中水壓低于設(shè)定值時,自動啟動水泵增壓,達(dá)到設(shè)定值后停止。②設(shè)置備用水泵,以便一臺設(shè)備有故障時,另一臺設(shè)備可以正常運(yùn)行,達(dá)到不影響施工需要的目的。③設(shè)備與備用電源連接,以保證停電時,可以正常供水。④定期檢查自動控制系統(tǒng)及水泵,保證正常運(yùn)行。
(4)枯水季節(jié)、雨水季節(jié)供水要點(diǎn):①設(shè)置警戒水位,當(dāng)枯水季節(jié),降水量不足施工用水量時,即用井水來補(bǔ)給,使之達(dá)到警戒水位以上。②警戒水位通過施工階段用水量計(jì)算得到,其包括消費(fèi)用水、施工用水、保潔用水等。③當(dāng)雨水季節(jié),降雨量多余用水及儲水量時,封閉消防水池進(jìn)水口,另設(shè)置排水口,經(jīng)沉淀池沉淀,滿足排放標(biāo)準(zhǔn)時排入現(xiàn)場臨時排洪管網(wǎng)。
(5)雨水沉淀過濾:定期檢查并清理沉淀池,保證進(jìn)入消防水池的水無泥沙雜物。
五、效益分析
1.經(jīng)濟(jì)效益分析:
本工程施工及消防用水總量21900m3,在節(jié)約水資源、保證施工及消防使用水壓、節(jié)約施工成本方面取得了非常大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
節(jié)約水資源:經(jīng)計(jì)算節(jié)水水資源見下表(立方米):
自來水費(fèi)用2.01元/立方,自來水初裝費(fèi)需37000元,打井17500元,管網(wǎng)、水泵及壓差設(shè)備不增加費(fèi)用,設(shè)備用電0.37元/立方米。
角美站工程采用該技術(shù)共節(jié)約費(fèi)用59417.6元。
11KW×1.25元/度÷37m3/h×1度/KW =0.37元/m3
(2.01元/立方米-0.37元/m3)×24340立方米+37000元-17500元=59417.6元
漳浦站工程共節(jié)約費(fèi)用55416元。
(2.01元/立方米-0.37元/m3)×21900立方米+37000元-17500元=55416元
2.社會效益分析:
采用雨水回收利用系統(tǒng),節(jié)約了水資源共22840立方米,贏得了公司及業(yè)主的一致好評。
商業(yè)用水單價較高,對商業(yè)企業(yè)來說,降低用水成本將直接降低其運(yùn)營成本。如何減少企業(yè)用水量,除了經(jīng)營中倡導(dǎo)節(jié)約用水,更需通過技術(shù)革新,提高水的利用率,中水回用為其中技術(shù)之一。下面將就中水回用技術(shù)在昆明某酒店、商場綜合體項(xiàng)目應(yīng)用進(jìn)行探討。
主要設(shè)計(jì)參數(shù):
中水水源:酒店洗浴廢水等;
洗浴排水來源:酒店客房,公寓淋浴,洗臉盆,泳池排水等
中水用途:沖廁、綠化、戶外路面、車輛沖洗清洗等
水量:
備注:商業(yè)S(41192m2)x0.5(規(guī)模修正)x0.85(業(yè)態(tài)修正)
5、中水水質(zhì):處理后的水質(zhì)滿足《城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)標(biāo)準(zhǔn)中沖廁、綠化、車輛沖洗標(biāo)準(zhǔn):
處理后中水供水壓力:0.65mpa,變頻恒壓供水
設(shè)計(jì)方案:
國內(nèi)中水處理常用基本工藝有:
二級處理消毒;二級處理后砂過濾消毒;
二級處理混凝沉淀(澄清、氣?。┥斑^濾消毒;
二級處理微孔過濾消毒。
本項(xiàng)目選用工藝為:
設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)分析:
電費(fèi):195(度/天)*0.82(元/度)/100(噸)=1.6(元/噸)
維修費(fèi):0.17(元/噸)
年節(jié)約水費(fèi)用=(5.6-1.6-0.17)*100*365=139795(元/年)
實(shí)際應(yīng)用評估:
本項(xiàng)目2011年10月投入使用,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,相關(guān)數(shù)據(jù)分析如下:
中水水質(zhì):該系統(tǒng)2011年11月投入使用,處理后中水水質(zhì)均符合GB/T 18920-2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》要求;
年中水回收利用量及相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)詳見下表2012年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):
經(jīng)濟(jì)分析:
中水節(jié)約水費(fèi)=14363(T)*5.6(元/T)=80433元
運(yùn)行電費(fèi)=56455(元)
石英砂、活性炭更換費(fèi)用=1500(元/年)/3(年)=500元(3年換一次石英砂、活性炭)
維修費(fèi)=1967(元)
年實(shí)際節(jié)約水費(fèi)=80433-56455-1967-500=21511元
設(shè)計(jì)、實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對比:
從上述數(shù)據(jù)分析可以看到年實(shí)際利用中水量只有設(shè)計(jì)的約39.4%,主要原因是:酒店入住率只有68.27%,回收洗浴水量較設(shè)計(jì)估算值少;
回收水與中水使用時間不同步,中水的來源隨著客流量和時間的分布明顯不同,常有較大集中來水和完全斷流的情況。使水量平衡的難度增加,導(dǎo)致自來水補(bǔ)水較多,實(shí)際利用中水量未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
改進(jìn)建議方案:
增加調(diào)節(jié)池容積以減小中水來源不穩(wěn)定的影響;
鑒于昆明地區(qū)雨水充足,且該酒店是與商貿(mào)一體的綜合體,實(shí)際中水需求大于目前回收洗浴水22%,可考慮雨水回收,單獨(dú)處理后進(jìn)入原中水系統(tǒng)清水池。其處理工藝建議如下:
屋面雨水雨落管初期棄流裝置貯水池泵加藥裝置濾池中水池消毒裝置原中水清水池回用
中水利用在流程中,屋面雨水經(jīng)雨落管進(jìn)入初期棄流裝置:經(jīng)初期棄流后的雨水通過貯水池收集,貯水池容積大小根據(jù)當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度公式,繪出不同歷時的雨量曲線來確定。
總結(jié)
在目前水資源緊張、水污染加重、生態(tài)環(huán)境惡化的情況下,提高水的再利用率勢在必行;
商業(yè)建筑在中水利用時,應(yīng)充分考慮中水來源的不穩(wěn)定,合理設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)池容積;
1.1樓內(nèi)水資源回收利用臨水系統(tǒng)施工現(xiàn)場樓內(nèi)水資源回收利用系統(tǒng)和樓內(nèi)臨水消防及施工用水系統(tǒng)組合設(shè)置為一套系統(tǒng)。
1.1.1系統(tǒng)設(shè)置形式確定及問題解決1)系統(tǒng)管道安裝位置的確定(見圖1)本工程只有位于核心筒東北角的主管井是有門的管井,其余水管井均是封閉的管井。主管井內(nèi)有2趟消火栓立管,從地下3層消防水平環(huán)管起管井一直連接至位于16層的高區(qū)消防水箱出水管,此段是給高區(qū)消火栓底部環(huán)管及各立管供水的,在高區(qū)主管井內(nèi)沒有這2趟消火栓立管。主管井內(nèi)有給水、中水、排水、雨水、噴淋、雨淋等各系統(tǒng)主立管,管井內(nèi)管道排列較密集,沒有多余空間,如果將樓內(nèi)臨水消防及施工用水立管布置在主管井內(nèi),安裝正式管道后管井內(nèi)各系統(tǒng)管道排布會受很大影響,因此臨水消防及施工用水立管不能安裝在主管井內(nèi)。如果安裝在核心筒外大空間辦公區(qū)內(nèi),主體結(jié)構(gòu)及二次結(jié)構(gòu)階段沒有問題,但若進(jìn)入裝修階段,就會明顯影響裝修進(jìn)度及效果,到時再將管道拆除移位會影響現(xiàn)場安全及使用,消防用水不能停,施工用水也不能停,因此臨水消防及施工用水立管也不適合安裝在核心筒外大空間辦公區(qū)內(nèi)。如果將臨水消防及施工用水立管安裝到核心筒內(nèi)的封閉管井內(nèi),將來二次結(jié)構(gòu)完成乃至裝修階段開始后,管道將被封閉起來無法拆改,但要是按消火栓系統(tǒng)圖紙直接將正式消火栓立管安裝,用作臨水消防立管,即便后來圖紙?jiān)诓煌A段會有調(diào)整,考慮到立管變動的可能性相對較小,只要管道安裝、試驗(yàn)、保溫、使用起來沒有問題,管井二次結(jié)構(gòu)砌墻時完全可以進(jìn)行封閉。臨水施工用水立管同樣可以安裝在核心筒內(nèi)封閉管井內(nèi),二次結(jié)構(gòu)封閉管井時在墻上留口即可,裝修階段需要墻面施工時,墻上留口區(qū)域可以暫不施工,待大面積墻面完成后,將臨水施工用水和臨水消防合并,因本工程的消火栓箱內(nèi)設(shè)計(jì)配備自救卷盤,臨水消防管道上連接自救卷盤的甩口也可提供臨水施工用水,此問題得到解決。綜上所述,臨水消防立管按圖紙采用正式管道在核心筒內(nèi)封閉管井內(nèi)安裝,2個管井共計(jì)2趟立管,做好保溫;臨水施工用水立管先在核心筒內(nèi)另一封閉管井內(nèi)安裝,1個管井共計(jì)2趟立管,1趟供水立管,1趟回收立管,待裝修階段墻面大面積施工完成后,拆除停用合并到臨水消防立管的自救卷盤甩口上。臨水消防立管按正式管道采用鍍鋅無縫鋼管,溝槽連接,臨水消防系統(tǒng)水平管段與立管的溝槽彎頭連接處也采用溝槽連接,連接處應(yīng)注意支架的設(shè)置,接頭兩側(cè)均要設(shè)置吊架,吊架與接頭的凈間距不宜小于150mm和大于300mm。臨水消防系統(tǒng)水平管段不是正式管道,待臨水系統(tǒng)停用后拆除。2)如何解決冬季防凍的問題如果管道被凍住,不僅管道很容易出現(xiàn)開裂情況,需要進(jìn)行拆除更換,維護(hù)起來費(fèi)時費(fèi)力,而且造成整個系統(tǒng)無法使用,嚴(yán)重影響施工現(xiàn)場的安全及施工進(jìn)度。因北京冬季氣溫較低,主體結(jié)構(gòu)階段管道相當(dāng)于在室外環(huán)境,而裝修階段外幕墻安裝需要較長時間,管道還是要面臨防凍問題,即便是外幕墻全部封閉,冬季樓內(nèi)溫度依然較低,管道依然要解決防凍問題。本系統(tǒng)中臨水消防及臨水施工用水供水管尤其需要解決防凍問題。如何選擇防凍措施很關(guān)鍵,防凍措施常規(guī)的有管道保溫、管道電伴熱等,前者在管道處于相當(dāng)于室外環(huán)境溫度時效果并不好,后者的效果較好但投入較大,同時還增大施工現(xiàn)場臨電負(fù)荷,成本較高。因此,需要在保溫的基礎(chǔ)上加以改進(jìn),達(dá)到效果的同時又具有經(jīng)濟(jì)性。冬季的室外有一個現(xiàn)象,就是靜止的水很容易被凍住,而不停流動的水卻不會被凍住,因此,讓管道里的水保持一直流動起來的狀態(tài),就可以解決管道防凍的問題。這樣,系統(tǒng)就要設(shè)計(jì)成能讓管內(nèi)水循環(huán)流動的形式。據(jù)此,臨水消防立管的底部和頂端用水平管連接,整體成環(huán);臨水施工用水龍頭在冬季氣溫降至零度以下且外幕墻未封閉的情況下,將水龍頭稍微打開保持水的流動,未使用的水通過廢水回收管流回位于樓外首層的水泵水箱間再通過水泵循環(huán)供至樓內(nèi),形成水流不停的循環(huán)系統(tǒng),同時,整個系統(tǒng)做好保溫。3)系統(tǒng)形式的確定在明確了管道的安裝位置及防凍措施后,接下來就是是否分區(qū)的問題。本工程建筑標(biāo)高180m,地上32層,地下3層,若不分區(qū),水泵的揚(yáng)程很高,同時管道承壓較大,因此采用分成高低兩個區(qū)的形式,在16層設(shè)置水泵水箱,低區(qū)管道接至水泵水箱再接力往高區(qū)供水。臨水系統(tǒng)結(jié)束使用時,還有一個問題要解決,就是正式消防管用作臨水消防的立管與各分區(qū)消火栓正式水平干管連接的問題。本工程正式消火栓系統(tǒng)有3個分區(qū),分別是-3~11層,12~17層,18~32層,而臨水立管采用高低兩個分區(qū),即-3~16層,17~32層,與正式管道分區(qū)不同,因此,立管需要在樓上11,12,16,17,32層與各層環(huán)管分別連接。在結(jié)束使用后,立管需要在水平環(huán)管所在樓層斷開,但那時樓內(nèi)裝修基本結(jié)束,管道所處封閉管井位置的吊頂及墻面均已完成,施工人員無法進(jìn)入管井進(jìn)行作業(yè)。為解決此問題,需要在水平環(huán)管安裝時就將連接立管的管段安裝好并甩口至管井里,只留管井內(nèi)作業(yè)內(nèi)容,同時消火栓箱安裝時與封閉管井墻面不封死,消火栓箱能方便拆掉,這樣施工人員便能進(jìn)入封閉管井內(nèi)進(jìn)行管道連接及截?cái)喽嘤喙芏巫鳂I(yè),從而正式管道系統(tǒng)完成。
1.1.2樓內(nèi)水資源回收利用臨水系統(tǒng)綜上所述,樓內(nèi)水資源回收利用及臨水系統(tǒng)如圖2所示。圖2中施工用水供水龍頭、廢水回收桶、消火栓每層均設(shè)置。樓內(nèi)回收系統(tǒng)如圖3所示。
1.2樓外水資源回收利用臨水系統(tǒng)
考慮到回收水源水量不能持續(xù)且水量不足的問題,采用市政水進(jìn)行補(bǔ)充。為防止回收用水污染市政供水,市政供水管不能與回收水管連接。將樓外的臨水供水水箱清掏口蓋打開,將市政供水管引至清掏口上方,管道與水箱清掏口不接觸,保證足夠距離,市政供水管道上設(shè)置截止閥以及倒流防止器。施工用水與生活用水分開設(shè)置,生活用水由市政水源供水。在生活區(qū)設(shè)置1套中水處理裝置,將回收水進(jìn)行處理,用于綠化、沖廁等使用。樓外首層水資源回收及臨水供水水箱如圖4所示。
2施工現(xiàn)場用水量分析
2.1施工前期用水量計(jì)算式中:k1為未預(yù)見施工用水系數(shù),取1.15;Q1為計(jì)劃完成工程量,混凝土養(yǎng)護(hù)按220m3/臺班計(jì)、砌磚工程按200m3/臺班計(jì),沖洗模板按450m2/臺班計(jì),抹灰按250m2/臺班計(jì);N1為施工用水定額,取混凝土養(yǎng)護(hù)350L/m3、砌磚工程200L/m3、沖洗模板5L/m2、抹灰30L/m2;K2為用水不均勻系數(shù),取1.5;T1為作業(yè)天數(shù),取1;t為每天工作數(shù),按2臺班。因此施工用水量q1=3.796L/s=328m3/d。
2.2施工中后期用水量計(jì)算施工中后期用水量仍然用式(1)進(jìn)行計(jì)算:q1=1.422L/s=123m3/d。
2.3綠化、沖廁、降塵等用水量。
2.4施工現(xiàn)場用水總量施工前期現(xiàn)場用水總量為328m3/d+20m3/d=348m3/d;施工中后期現(xiàn)場用水總量為123m3/d+20m3/d=143m3/d。
2.5用水量分析據(jù)測算,施工前期主要可回收利用水源基坑降水平均約可達(dá)到220m3/d,雨水平均30m3/d,工人洗手或水龍頭損壞漏掉的水平均約45m3/d,施工前期可回收利用水源總量為295m3/d,比施工現(xiàn)場用水總量348m3/d少53m3/d,差距不大,用市政水源補(bǔ)充即可。施工中后期主要可回收利用水源雨水平均30m3/d,工人洗手或水龍頭損壞漏掉的水平均約30m3/d,施工試驗(yàn)用水平均約20m3/d,施工中后期可回收利用水源總量為80m3/d,比施工現(xiàn)場用水總量143m3/d少63m3/d,差距不算大,也用市政水源補(bǔ)充即可。
3經(jīng)濟(jì)效益評價
施工前期每天回收利用水量為295m3/d,施工前期按1年計(jì)算,總的回收利用水量為107675m3。施工中后期每天回收利用水量為80m3/d,施工中后期按2年計(jì)算,總的回收利用水量為58400m3。施工期間總的回收利用水量為166075m3,按照4元/m3的市政水價計(jì)算,節(jié)約水費(fèi)合計(jì)664300元。
4結(jié)語
關(guān)鍵詞:節(jié)水 分級供水 雨水回收 水處理
近年來,水資源短缺及水環(huán)境污染問題不斷引起國家高度重視。2012年1月國務(wù)院頒發(fā)了《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》;2013年5月,國家環(huán)保部、環(huán)境保護(hù)部、國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部以及水利部聯(lián)合印發(fā)《華北平原地下水污染防治工作方案》。這是中國為解決日益嚴(yán)重的地下水污染問題及水資源短缺邁出的重要一步。鋼鐵企業(yè)作為耗水大戶,節(jié)水任務(wù)仍十分艱巨。水資源短缺和水環(huán)境污染必將成為制約鋼鐵企業(yè)發(fā)展的瓶頸問題,鋼鐵工業(yè)的節(jié)水減排工作的核心是提高用水效率和效益,要與鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)緊密結(jié)合。
一、前鋼集團(tuán)水資源利用存在問題
隨著水資源的日益匱乏,企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大。水資源緊缺已經(jīng)成為制約鋼鐵行業(yè)發(fā)展的瓶頸。河北前鋼集團(tuán)水資源面臨的主要問題有:
1.水源單一,沒有合理挖掘其他水源的使用價值。如蒸汽冷凝水、雨水、廢水等,直接外排勢必造成水資源的浪費(fèi)。
2.各環(huán)節(jié)對水質(zhì)要求掌握不夠且沒有合理分級,存在高質(zhì)低用現(xiàn)象;
3.耗水量大,水的循環(huán)利用率低,分廠雖有獨(dú)立的循環(huán)水系統(tǒng),各系統(tǒng)排放的廢水不能很好的得到回用,水的循環(huán)使用率低,缺乏總體規(guī)劃。
4.缺乏有效的節(jié)水流程,如串級供水工藝,各系統(tǒng)水質(zhì)超標(biāo)后直接外排,優(yōu)質(zhì)排水沒能排向下一級用水點(diǎn)。造成水資源白白浪費(fèi)。
二、前鋼集團(tuán)節(jié)水減排措施
河北前鋼集團(tuán)自建廠以來不斷摸索節(jié)約用水、循環(huán)利用的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù),本著高度的社會責(zé)任意識積極推進(jìn)循環(huán)冷卻水高濃縮倍數(shù)運(yùn)行、中水回用、分級供水、串級使用、雨水收集等一系列節(jié)水舉措開創(chuàng)了水循環(huán)利用的新模式,為實(shí)現(xiàn)工業(yè)用水零開采和廢水零排放奠定了基礎(chǔ)。
1.投建廢水深度處理系統(tǒng),實(shí)施中水回用,減少地下水開采
2009年9月份前鋼集團(tuán)投資建設(shè)廢水深度處理及綜合利用系統(tǒng)(工藝流程圖見圖1)兩套,利用勝芳鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18198-2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)的中水經(jīng)2000m3調(diào)節(jié)池均質(zhì)殺菌后進(jìn)入兩座處理水量1300m3/h的高密度澄清池進(jìn)行絮凝沉淀,沉淀后自流進(jìn)入氣水反沖洗快濾池,過濾后的水濁度在5NTU以下進(jìn)入深度處理車間,首先經(jīng)過過濾精度為100μm自清洗過濾器過濾后,進(jìn)入超濾過濾掉水中懸浮的固體小顆粒和有機(jī)大分子,最后進(jìn)入反滲透前的最后一道屏障保安過濾器。反滲透處理后產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)除鹽水及附屬品濃鹽水。濃鹽水用于煉鐵和煉鋼的沖渣,深度處理車間共設(shè)超濾、反滲透機(jī)組各8套,單套除鹽水產(chǎn)能為90m3/h,其中一級分滲透機(jī)組6套,產(chǎn)生除鹽水540m3/h,產(chǎn)水電導(dǎo)率小于50μs/cm,作為二級反滲透進(jìn)水以及煉鋼汽化煙道、軋鋼加熱爐等對水質(zhì)要求較高的系統(tǒng)補(bǔ)水;二級反滲透機(jī)組2套,產(chǎn)生二級除鹽水180m3/h,產(chǎn)水電導(dǎo)率小于5μs/cm,用于燒結(jié)余熱鍋爐、煤氣發(fā)電鍋爐的補(bǔ)水。該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)年回收利用中水570萬m3,產(chǎn)生一級除鹽水270萬m3,產(chǎn)生二級除鹽水143萬m3。該項(xiàng)目的建設(shè)大大減少了地下水開采,同時也為公司廢水回用奠定了基礎(chǔ)。
前鋼集團(tuán)廢水深度處理項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1,實(shí)際運(yùn)行出水水質(zhì)PH7.80~7.93、總硬度9.1~11mg/l、氯離子27~29 mg/l滿足《城市污水再利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T19923-2005)水質(zhì)標(biāo)要求。
2.實(shí)現(xiàn)分級供水、串級使用
2012年5月前鋼集團(tuán)投資建設(shè)了分級供水及水循環(huán)利用項(xiàng)目,項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要包括以下幾個方面。
2.1 鋪設(shè)分級供水及串級使用管網(wǎng)
將公司水源按水質(zhì)質(zhì)量差別劃分為六個級別:二級除鹽水、一級除鹽水、冷凝水、備用水、中水、濃鹽水、其他水(中亭河水、煉鋼廢水、雨水),各級別水水質(zhì)指標(biāo)見表2,分級供水管網(wǎng)鋪設(shè)涉及六種管道,一級除鹽水DN200主管架空1320米,DN150分支管架空420米;二級除鹽水DN150 UPVC管架空1080米;備用水管道DN400地埋4400米,DN300地埋5400米;預(yù)處理中水主管DN300碳鋼管架空1100米;濃鹽水南區(qū)沖渣管DN250襯膠架空800米、北區(qū)沖渣管DN300地埋1415米;蒸汽冷凝水DN200架空550米。各種管道閥門共計(jì)98臺。按各系統(tǒng)對水質(zhì)的不同要求提供相應(yīng)補(bǔ)水,避免高質(zhì)低用。
二級除鹽水供余熱鍋爐、煤氣鍋爐;一級除鹽水供煉鋼凈環(huán)、煉鋼氣化冷卻、轉(zhuǎn)爐軟水及中寬帶加熱爐使用,中水供給燒結(jié)混合配料、燒結(jié)脫硫、燒結(jié)壓濾機(jī)、球團(tuán)選礦、廠區(qū)廁所、燒結(jié)廠區(qū)預(yù)留其他接入點(diǎn)。濃鹽水供南北區(qū)煉鐵沖渣、煉鋼沖渣、燒結(jié)脫硫;汽化冷卻過程中蒸汽冷凝水供給燒結(jié)余熱發(fā)電使用。
分級供水管網(wǎng)的鋪設(shè)改變了原有供水模式,實(shí)現(xiàn)了合理分級,對于發(fā)電鍋爐等用戶供給優(yōu)質(zhì)除鹽水(二級除鹽水)提升了設(shè)備用水質(zhì)量,有效避免了設(shè)備腐蝕結(jié)垢及事故發(fā)生,延長了設(shè)備使用壽命,對于反滲透系統(tǒng)附屬產(chǎn)物濃鹽水及中水進(jìn)行了回收再利用,減少了地下水的開采量。
分級供水管網(wǎng)鋪設(shè)同時,對分廠內(nèi)部循環(huán)水系統(tǒng)原有獨(dú)立的供水排水模式進(jìn)行改造,盡可能的采用串級供水方式,高要求用戶排水至低要求用戶,以減少廢水的外排量。主要改造內(nèi)容有:增加煉鐵廠凈環(huán)系統(tǒng)不合格水外排至煉鐵濁環(huán)系統(tǒng)管路(DN150),增加煉鋼凈環(huán)不合格水外排至濁環(huán)系統(tǒng)管路(DN100管道三棵),增加球團(tuán)循環(huán)水不合格外排水至球團(tuán)選礦管路。通過以上串級管路的鋪設(shè),使得煉鐵凈環(huán)、煉鋼凈環(huán)、球團(tuán)凈環(huán)水系統(tǒng)基本達(dá)到零排污,從而減少了廢水外排量。
2.2建設(shè)配套水處理設(shè)備的中心水泵房
12年底,建設(shè)配套水處理設(shè)備的中心水泵房(含化學(xué)除油器、一體化水處理設(shè)備和兩座20萬m3容積的平流池),提高水處理能力,實(shí)現(xiàn)集中供水,同時將凈環(huán)排水給層流,層流排水給濁環(huán),濁環(huán)排水泵送至廢水深度處理及綜合利用項(xiàng)目處理后回用,實(shí)現(xiàn)工業(yè)用水的串級使用、循環(huán)利用。中心水泵房主要分為凈環(huán)供水系統(tǒng)、層流供水系統(tǒng)、濁環(huán)供水系統(tǒng)。凈環(huán)供水系統(tǒng)循環(huán)水量9000m3/h,層流供水系統(tǒng)處理水量4000m3/h,層流水主要用于打包機(jī)、軋輥、卷取機(jī)等的直接冷卻,其廢水中主要污染物為氧化鐵皮及油類。系統(tǒng)采用10套一體化高效污水處理設(shè)備,經(jīng)處理后的水含油量在5mg/L以下,懸浮物5mg/L以下;軋鋼濁環(huán)水主要用于冷卻軋機(jī)軸輥軸承,廢水中均為乳化油,該系統(tǒng)水量大,采用10套化學(xué)除油器設(shè)施,處理量15000m3/h,通過在廢水中投加絮凝劑助凝劑,使油類懸浮物雜質(zhì)聚凝沉淀在池底排出。經(jīng)處理后,懸浮物可由50mg/L降至25mg/L以下,含油量可由100mg/L降至10mg/L以下。
2.3建立外排水回收水池
建立外排水回收水池3個:制氧380m3廢水池位于制氧循環(huán)水泵房地下,主要用于收集北區(qū)高爐凈環(huán)排水、制氧系統(tǒng)排水;煉鋼360 m3廢水池位于煉鋼5#平流池南側(cè),主要用于收集煉鋼連鑄濁環(huán)、轉(zhuǎn)爐濁環(huán)系統(tǒng)排水;余熱發(fā)電480m3廢水池位于余熱發(fā)電循環(huán)水池內(nèi),主要收集燒結(jié)凈環(huán)及發(fā)電凈環(huán)系統(tǒng)排水廢水池污水通過管道輸送。三座外排水回收池總?cè)莘e為1220m3,各系統(tǒng)排水集中收集后泵送至廢水深度處理及綜合利用項(xiàng)目處理回用。
上述分級供水及串級使用項(xiàng)目的實(shí)施,可實(shí)現(xiàn)減少地下水開采90萬m3/年,減少廢水排放量15萬m3/年,同時兩座平流沉淀池可回收雨水3.6萬m3/年。
3.實(shí)施雨水回收,建設(shè)雨水收集設(shè)施
2010年建設(shè)雨水回收設(shè)施一套,在鋼鐵行業(yè)率先實(shí)現(xiàn)建設(shè)雨水回收項(xiàng)目。前進(jìn)鋼鐵雨水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)總收集面積為54萬m2,包括道路雨水收集系統(tǒng)和屋頂雨水收集系統(tǒng)。道路雨水收集系統(tǒng)通過雨水收集口及雨水收集井將雨水收集至格柵式雨水收集明渠,各條道路明渠最終將雨水匯集至雨水收集池。屋頂雨水收集系統(tǒng),是廠房將屋頂雨水全部回收,使其匯流至屋頂下明渠中,所有明渠與馬路雨水收集明渠匯流后一起流至6000m3的雨水收集池。雨水處理過程包括:雨水池內(nèi)收集的雨水經(jīng)過雨水泵揚(yáng)升至水處理調(diào)節(jié)池,與中水勾兌后,作為水處理原水,經(jīng)廢水深度處理及綜合利用項(xiàng)目處理后作為廠區(qū)循環(huán)水補(bǔ)給水使用。以多年平均降雨量502.8mm/年計(jì)算,年可回收利用雨水18.9萬m3。
三、結(jié)論
前鋼集團(tuán)節(jié)水減排新模式著重解決了河北前進(jìn)鋼鐵集團(tuán)水資源短缺及水資源不合理利用問題,同時提高了供水系統(tǒng)的自動化與一體化,提高供水效率及質(zhì)量,進(jìn)而更好的保證生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。
通過以上節(jié)水措施的實(shí)施,優(yōu)化了公司用水結(jié)構(gòu)、構(gòu)建了取水、用水、排水三位一體的節(jié)水體系,在實(shí)現(xiàn)保護(hù)地下水資源、回收處理污水的同時實(shí)現(xiàn)了工業(yè)園區(qū)水循環(huán)利用,開創(chuàng)了鋼鐵行業(yè)節(jié)約用水、減少廢水排放的創(chuàng)新模式。2012年公司噸鋼耗新水大大下降,生產(chǎn)廢水基本得到回收利用。前鋼集團(tuán)節(jié)水減排新模式值得在同類鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用。
我國鋼鐵工業(yè)節(jié)水減排工作應(yīng)注入新的理念,如開創(chuàng)多元化、少量化、資源化、無害化水處理技術(shù)等。節(jié)水減排是一項(xiàng)持續(xù)性工作,不斷挖掘企業(yè)節(jié)水減排潛力對于企業(yè)生存發(fā)展至關(guān)重要,后期可通過耗水設(shè)備及工藝方面進(jìn)行節(jié)水規(guī)劃。
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