1.上海二十冶建设有限公司 上海 201999；2.山东省地震工程研究院 山东济南 250021
摘要：利用微生态滤床技术可对雨水进行回收净化再利用，可较为有效地解决水资源缺乏难题。通过对固体悬浮物、氮元素、磷元素等的有效去除，经微生态滤床雨水回收净化系统处理后的雨水不仅可作为施工用水，还可作为居住建筑投入使用后的景观绿化、道路冲洗等用水。该系统在施工中，须做好局部软基处理，并防止混凝土开裂。该系统对环境负荷变化的冲击具有较强的调节作用，可与小区景观设计较好地贴合，值得水资源匮乏地区学习和借鉴。
关键词：微生态滤床；雨水回收净化；居住建筑；应用
1 前言
在当前城市建设的浪潮中，当人们享受着钢筋混凝土现代建筑带来的舒适与便利的同时，城市建设所带来的一些问题已逐渐影响到人们的正常生活。每当强降雨来临，城市往往发生大面积内涝，“城中看海”的现象屡屡发生。该问题的根源在于，铺装路面、休闲广场、钢筋混凝土房屋等形成不透水面积，并呈现出快速增大的趋势。这直接导致城市的降水入渗量大幅减小，雨水洪峰倍增，集流汇水时间大大缩短，进而引起城市雨洪排放不能满足要求，洪涝灾害泛滥。此外，受多方面原因制约，在目前的城市建设中往往较多地考虑地面以上“看得见”的工程，忽视雨水拦蓄回收等“看不见”的工程。这是导致城市内涝频繁发生的重要原因。
然而，随着我国城市化进程的不断推进，水资源短缺已经成为城市发展的重要制约因素，极大地制约着我国国民经济的快速发展和城市人居环境的改善。据统计，全国淡水总量为2.8万亿立方米，按截至2016年人口统计，人均水资源占有量为2025m3，预计到2030年人口达到16亿时，人均占有量为1750m3，该值已接近国际用水紧张线1700m3/人[1]。提高水资源利用率，开发新型水资源已迫在眉睫。
一方面是城市内涝频繁，另方一面则是水资源严重短缺，如何用引发城市内涝的雨水解决水资源短缺问题？雨水作为大自然馈赠给人类的自然资源，具有取之不尽、使用廉价、水质较好、便于利用等特点，为什么不对其进行回收利用？
对雨水进行回收利用，首先要对其进行净化处理。20世纪70年代，美国首先开发出微生态滤床技术[2]。该技术采用硬质惰性填料作为挂膜载体，微生物在载体表面形成生物膜。雨水与生物膜充分接触后，将微生物生长需要的溶解氧及养分供给微生物，提高有机物的降解速率，提升出水水质。该技术具有容积负荷高、抗冲击负荷能力强、处理效果好、占地面积小，处理流程简单、建设费用、运转费用低以及管理简单、不需人为干预等优点，对雨水中的氮源和有机碳源污染物等具有较好的净化作用。
2 微生态滤床污染物去除原理
2.1 对固体悬浮物的去除
通过吸附聚集、沉淀、载体表面吸附等作用，颗粒较小的固体悬浮物通过预处理系统去除，颗粒较大的固体悬浮物通过格栅去除。固体悬浮物中的有机物还可通过微生态滤床中的好氧菌群进行沉淀、吸附、吸收，并通过好氧菌群将有机物分解为无机盐。
2.2 氮元素的去除
空气中氮气约占78%，在雨滴下落和降雨径流过程中，会有少量的氮溶解于雨水中。此外，雨水在地表径流过程中，时常有少量的污水汇集到雨水并与其一并汇入到雨水回收净化系统，而污水中往往含有大量的氮元素。因此，将氮元素从雨水中去除十分必要。
通过生物利用、硝化反应、异化反应、无机有机转化，可将氮从一种状态转化为另外一种人们希望其存在的状态。首先利用接触氧化单元中的硝化细菌将氨氮转化为硝态氮，随后将硝酸盐氮及亚硝酸盐氮通过反硝化过程转化为氮气排入空气中，从而实现氮元素在雨水中的去除。
2.3 磷元素的去除
雨水中的磷元素主要通过微生态滤床中生物载体的吸附作用以及微生物的聚磷、放磷作用进行去除。微生态滤床中的微生物为满足自身新陈代谢的需要，不断吸收雨水中的磷元素并将其贮存于体内，再通过排放底泥去除磷元素。在微生态滤床氧元素供给充分时，聚磷菌将雨水中的磷元素吸入体内，再通过活性污泥排放将磷元素去除；供给不充分时，聚磷菌将菌内磷元素排出体外并吸入有机物，实现化学需氧量的去除。
下面，本文以昆山某综合体工程中的居住建筑为例，阐述微生态滤床雨水回收净化系统的应用。
3 水资源概况
3.1 区域水资源短缺
昆山地处江苏东南部、上海与苏州之间，总面积927.68平方公里，其中水域面积占23.1%。昆山是江苏省3个试点省直管县（市）之一，连续多年被评为全国百强县、中国中小城市综合实力百强市之首。昆山的快速发展同样面临水资源短缺的问题。随着昆山经济尤其是现代工业的飞速发展、城市规模的快速扩大、人口数量的迅速增长，导致进入水体的污染负荷显著增加。同时，功能区标准提高、河道淤泥积聚、上游水质下降引起水环境容量不断减小，使得昆山在合理分配水资源、提高水资源回收利用能力方面面临较大压力。
3.2 气候及降雨特征
江苏省气象局资料显示，昆山属北亚热带南部季风气候区，气候温和湿润，四季分明，光照充足，雨量充沛。年平均降水量1133.3mm，年际差异较大，最多年降水量达1522.4mm（1991年），最少年降水量为826.1mm（1992年），一日最大降水量为204.9mm（1985年8月1日）。统计全年暴雨日数（日降水量≥50mm）平均为2.9天，以6至8月出现次数最多。统计全年总降水日数，历年平均为124天，最高年份1980年达144天，最少1995年仅99天。月降水日数最多的为6月份，1月为最少。
4 昆山某综合体工程居住建筑微生态滤床雨水回收净化系统施工及应用
4.1 必要性
现代居住建筑的建设周期一般为1至3年，在这段时间里，施工现场需要耗费大量的建筑用水和生活用水。除现场施工人员的生活用水外，建筑用水如混凝土养护等对水质的要求并不高，因此可在整个施工过程中对雨水进行回收利用。回收的雨水不仅可用于施工现场的混凝土养护、除尘降霾、进出车辆冲洗，还可用作消防用水等。建筑施工现场对雨水进行回收利用可充分满足“四节一环保”的要求，为现场施工创造良好的环境和经济效益。居住建筑投入使用后，回收利用的雨水还可进行绿化灌溉、冲洗道路、小区公共厕所冲水等，大大节约物业管理支出。
4.2 工程概况
该工程总建筑面积为28045.8m2，由双拼别墅、会所、门卫楼、机房楼等组成，其中地下室面积8047.3m2，地下室一层。该工程采用剪力墙、框架结构体系，为丙类建筑，设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅲ类。
4.3 系统组成
微生态滤床雨水回收净化系统由滤床基础、微生态滤床、雨水池、动力设备、水管等组成，处理量为27吨（雨水）/天。微生态滤床面积为45m2，垂直深度为1.0m。雨水池由蓄水池和清水池组成，其中蓄水池有效容积为81m3，清水池有效容积为27m3。动力设备主要由蓄水池潜水泵、河水提升泵、变频供水系统组成，各为2台，2台中其中1台为备用。经处理后的雨水可达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）的要求。
4.4 工艺流程
微生态滤床雨水回收净化系统工艺流程如图1所示。
图1 微生态滤床雨水回收净化系统工艺流程图
整套雨水回收净化系统在自动控制下运行。微生态滤床系统中的两台潜水泵装机容量为1.5千瓦，潜水泵间歇性运行，每天运行约4小时，每天能耗为3.0千瓦时。
4.5 施工要点
施工过程中，须严格按照设计图纸要求，将系统包含的土建工程、管道工程等按顺序完成。首先，虽然该系统对地基承载力要求不高，但对基础的不均匀沉降较为敏感，因此优先进行局部软弱地基处理。其次，为防止混凝土产生裂缝引起渗漏，应选择水化热较低的水泥，并掺加磨细的粉煤灰，同时控制好混凝土出机温度，并做好保温保湿养护。施工过程如图2所示。
图2 施工过程照片
5 结论
微生态滤床雨水回收净化系统，从开始进入环境系统作为水体净化处理系统的重要组组成部分，最终成为和谐环境的一个基础构建存在，对环境负荷变化的冲击具有较强的调节作用。该系统还可与小区景观设计较好地贴合，在施工阶段和居住建筑的使用阶段均可发挥巨大的节水节能作用，值得水资源匮乏地区学习和借鉴。
参考文献
[1]中国可持续发展水资源战略研究综合报告[R]. 中国工程院“21世纪中国可持续发展水资源战略研究‖项目组”，2000.
[2]李政禹. 国外生物流化床技术的发展现状和动向[J]. 环境工程学报，1983（9）：3-9.
论文作者:宋文智1,李猛1,刘建民2
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/30
标签：雨水论文; 水资源论文; 生态论文; 昆山论文; 元素论文; 净化系统论文; 建筑论文; 《建筑学研究前沿》2017年第10期论文;