浅析高速铁路动车段给排水节水节能.pdf

2 0 1 4年 4月 第 5卷 第 2期 高速铁路 S PEED RAI LWAY 技术 TECHNOLOGY No ． 5， Vo 1 ． 2 Apr ． 201 4 文章编号 ：1 6 7 4 —8 2 4 7 ( 2 0 1 4) 0 2 —0 0 4 6 —0 4 浅析高速铁路动车段给排水节水节能 林宏 ( 中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要： 当前水资源匮乏、 能源紧张， 节水节能关系到我国经济和社会的发展， 是一项长远的战略方针， 也是 当前一项极为紧迫的任务。文章结合高速铁路动车段的特点， 从生产废水回用系统、 雨水回用系统、 下凹式 绿地这 3个方面着手分析， 提出了动车段给排水及消防节能节水的设计思路 ， 并对各项节水节能措施进行了 经济技术 比较 。同时， 生产废水回用系统在考虑中水回用系统的前提下给出了给水管道系统的优化方案； 雨 水利用虽说在现今动车段内的使用条件还并不成熟， 但仍然有广阔的发展前景； 下凹式绿地作为一种新型的 雨水渗透技术， 在动车段内能起到良好的排洪防涝、 节能减排的作用 ， 经过理论结合实际的分析， 认为下凹式 绿地在高速铁路行业具有一定的推广价值。 关键词： 给排水 ； 动车段；能耗； 节能 ； 节水； 下凹式绿地 中图分类号 ： T U 9 9 0 ． 0 文献标志码 ： A An a l y s i s o n W a t e r a nd En e r g y Co n s e r v a t i o n i n Hi g h S p e e d Ra i l wa y M U De p o t ． LI N Ho ng ( C h i n a R a i l w a y E r y u a n E n g i n e e r i n g G r o u p C o ． ， L t d ． ， C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： As t he c ur r e n t s c a r c e s u p p l y o f wa t e r h a s t h r e a t e n e d t h e s o c i o e c o n o mi c d e v e l o pme n t i n o ur c o u n t r y， wa t e r a n d e n e r g y c o ns e r v a t i o n h a s be c o me a l o n g - r a n g e s t r a t a g e a n d a n u r g e n t t a s k．Co mbi ne d wi t h t h e f e a t u r e s o f h i g h s p e e d r a i l — wa y MU d e p o t s ， t h i s p a p e r p r e s e n t s a ne w d e s i g n o f wa t e r a n d e ne r gy c o ns e rva t i o n f o r wa t e r s u p p l y a n d dr a i n a g e a nd fir e c o n t r o l i n MU d e p o t s b a s e d o n a n a l y s i s o f r e u s e o f wa s t e r wa t e r ， r e c y c l i n g o f r a i n wa t e r a n d c u l t i v a t i o n o f l o w l e v e a t i o n g r e e n b e l t s， a n d e c o n o mi c a n d t e c h n i c a l c o mp a r i s i o n h a s be e n c a rri e d o u t for e a c h wa t e r a n d e n e r g y c o n s e r v a t i o n me a s — u r e s ． Me a n whi l e， a p r o p o s a l for o p t i mi z i n g wa t e r s u p p l y p i p e s y s t e m i s pr o v i d e d whe n r e u s e o f r e c y c l e d wa t e r i s t a ke n i n— t o c o n s i d e r a t i o n ． Ra i n wa t e r u t i l i z a t i o n i s n o t r e a l i s t i c a t p r e s e n t ， y e t i t ha s a v a s t p o t e n t i a l for f u t u r e d e v e l o p me n t ． L o w l e v e a t i o n g r e e n b e l t ， a n u p d a t e d me a t h o d for r a i n i nfi l t r a t i o n， p r o v i d e s a s o u nd d r a i n a g e o f f l o o d wa t e r i n t h e a r e a o f MU d e p o t ．I n t e g r a t i n g t h e o r y wi t h p r a c t i c e， t h e a u t h o r h a s c o n c l ud e d t ha t l o w e l e v a t i o n g r e e n b e l t i s wo r t h t o be i n t r o d u c e d i n a h i g h s p e e d r a i l wa y MU d e p o t ． K e y wo r ds： M U d e p o t ；e n e r g y c o n s ump t i o n；e n e r gy c o n s e rva t i o n；wa t e r c o ns e rva t i o n；l o w e l e v a t i o n g r e e n b e l t 1 概述 随着高速铁路 的发展 ， 动车段应运而生。动车段 担负着动车组检修运用 的任务 ， 是保证高速铁路高效 运输的重要基础设施之一 。动车段具有 占地大 、 功能 全 、 作业繁多 、 用水量 大等特点 ， 在能源利用上存在能 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 1 1 - 2 5 作者简介 ： 林宏 ( 1 9 6 8 一 ) ， 女 ， 高级工程师 。 耗较高 ， 节能效果不明显及节能措施单一等问题。 我国是一个水资源匮乏的国家， 人均水资源占有 量仅为世界平均水平 的 1 ／ 4 。水源不足 、 水体 污染 和 生态环境恶化已成为社会发展的主要制约因素。对污 水进行处理回用正是解决 缺水问题 的有效途径 ， 也有 利于贯彻 国家相关政策 ， 符合污水资源化发展的方 向。 本文分析的数据 以某动车段为例 ， 从生产废水 回 用系统 、 雨水 回用系统 、 下凹式绿地这 3个方面来具体 分析探讨动车段给排水的节水节能设计。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2期 林宏 ： 浅析高速铁路动车段给排水节水节能 2 0 1 4年4月 2 生产废水回用系统 高速铁路动车段内污水处理厂的处理工艺 由周边 的受纳水体来确定 。若周边有污水管道 ， 只需一级处 理后就近排人城市污水管道 ； 若为三类水体 ， 则需三级 处理后达到一级排放标准排放。 目前动车段周边一般都有城市污水管道 ， 但考虑 到水资源的再生利用， 经济技术比较后， 建议采用中水 回用系统。 2 ． 1 中水水源 动车段 内污水采用分流制 。生产废水从水质 、 水 量 、 感观、 处理难易程度 、 成本等方面都优于生活污水。 中水水源采用生产废水。 2 ． 2中水用水量 中水用水量计算如表 1 所示。 表 1 中水用水量计算表 用水名称 用水量／( m ／ d ) 绿化及浇洒道路用水 1 2 0 车辆外部洗刷 8 0 机车洗刷 1 0 公厕 冲厕 3 0 小计 2 4 0 原水量 2 7 0 室外 消防用水 1 4 4( m ／ 次) 注： 规模为 3 0 m ／ h 。 2 ． 3 水量平衡图 水量平衡如图 1所示 。 注：括号外为平时用水，括号内为消防时用水( m3 ／ d ) 。 图 1 水量平衡图 2 ． 4中水处理工艺 生产废水经处理 ， 水质达到 G B ／ T 1 8 9 2 0 (( 城市污 水再生利用城市杂用水水质》 中的规定， 就可用于车 辆冲洗 、 城市绿化 、 道路清扫及消防用水等。动车段 的 生产废水原水水质指标如表 2所示。 生产废水的水质主要是以 s s和含油量超标为主 ， 采用以下处理工艺流程 ， 处理后能达到 G B 8 9 7 8—9 6 《 污水综合排放标准》 中一级标准， 经消毒后可作为中 水系统用水 ， 处理工艺如图 2所示。 表 2 生产 废水原水水质表 序号 名称 原水水质指标 1 p H 6 ～9 2 悬浮物( S S ) ／ ( mg ／ L ) 4 0～ 3 5 0 3 C O D e r ／ ( IT I g ／ L ) 1 5 O一 4 2 0 4 阴离子表面活性剂 L A S ／ ( m g ／ L ) 2 0— 3 O 5 石油类／ ( m g ／ L ) 2～ 3 O 注： 表中数据摘自T B 1 0 0 7 9 — 2 0 1 3 (( 铁路污水处理2 1 2 程设计规范》 第 4 ． 1 ． 2条 表 4 ． 1 ． 2 。 混凝剂 消毒剂 生 产 废 水 — 压 亘 卜 + 睡 蒌 垂 垂 耍 -J E 亚 至 卜 中 水 系 统 图 2处理 2 12 艺 2 ． 5管道系统比较 目前动车段多采用生产生活与消防合用的管道系 统。针对动车段 内中水 与消 防系统的特点， 在 中水系 统方案设置 中结合不 同站段的规模及用水特性进一步 研究该系统满足消防的技术要求是有必要 的， 给水 管 道系统的经济技术 比较如表 3所示 。 表 3 给水管道 系统 比较表 方案一 方案二 名称 生产生活和消防 中水和消防合用管道系统 合用管道系统 1 ． 中水 消防 合用 干 管 经 1 ． 生产生 活消防管道经计 计算采用 D NI 5 0的管径 算 选 用 D N 2 0 0及 D N 1 5 0 管径 2 ． 生产 、 生 活用水管干 管 的管径 选用 D N1 5 0管径 2 ． 中水选用 D N1 0 0管径 管 长／ k m 1 3 1 7 造价( 万元 ) 2 8 0 3 5 0 1 ． 生产生 活水质好 1 ． 生产生活水质较差 特点 2 ． 管道及泵 的投 资省 2 ． 管道及泵的投资高 3 ． 能耗约为方案二的2 ／ 3 3 ． 节能效果差 从表 3分析可 以看出， 管道系统有优化 的空间和 必要性 ， 建议推荐中水和消防合用管道系统作为 中水 系统的管道供水方案 。 2 ． 6 成本分析 动车段一般设置在市郊 ， 附近有既有或规划的市 政污水管网， 段 内的废水只处 理到调节沉淀隔油即可 排放。对上 中水系统后所带来 的节水效益及增加二 、 三级废水处理设施及运营成本作了比较 ， 如表 4所示 。 表 4 经济比较表 估算 费用名称 备注 ／ 万 元 深度 生产废水处理 系统 2 5 增加 的二 、 三级污水处理设备 中水加压部分 5 指泵部分 中水调节水池 l 单独设置 的增加部分 中水管道部分 4 0 指多增加 的干管差部分 以上小计 7 1 指折 旧、 用 电、 药剂 运营成本 费( 1 年 ) 6 及运营管理等费用 节约的排污 费( 1年 ) 7 按 0 ． 8元／ m 计 节约的水 费( 1年 ) 2 4 ． 5 按 2 ． 8 m 计 注 ： 动 车段洗车废水局部 回用系统投资约为 4 0万元。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 林宏 ： 浅析高速铁路动车段给排水节水节能 2 0 1 4年4月 从一次性投资来看 ， 增加投资 7 1万元左右 ( 比传 统的动车段局部 回用于洗车系统只增加 3 1万元) 。 从投资估算分析 ， 增加 中水系统每年的节水效益 非常可观 ， 且大约 2～3年就能 回收成本 ， 而每年还可 节约 2 0多万元 的水费。 3 雨水 利用 目前 ， 在世界六大洲都有收集雨水解决生活用水 的例子 ， 包括德国、 日本 、 澳大利亚 、 美国等发达国家和 泰国、 印度 、 墨西哥等发展 中国家。德国是国际上城市 雨水利用技术最发达的国家之一 ， 雨水主要用于冲洗 厕所 、 浇灌草坪、 修建绿色屋顶 、 多功 能调 蓄池 ( 渗透 设施 、 生态水池等) 、 消防和灾 害时作为应 急用水 。国 外的雨水集 流技术在农业生产 上也得到 了广泛 的应 用。雨水是一种宝贵的水资源 ， 在雨水利用 的同时也 减少了雨洪危害， 具有 良好的环境效益。 3 ． 1 屋面雨水回用系统 动车段 内设有动车检查库 ， 检查库屋 面雨水经管 道收集后将初期径流雨水弃去 ， 再经雨水贮存利用设 备处理后用于检修库附近冲洗厕所 、 道路 冲洗及绿化 浇灌。 _ 糙 如 计 算 表 内容 用水量 备注 冲洗厕 所用水量( i n ／ d ) 4 0 绿化及浇洒道路用水／ ( m ／ d ) 8 0 检修库雨水量／ ( L ／ s ) 3 4 6 一半屋 面雨水 ( 2 ) 屋面雨水利用系统。 若采用屋面雨水利用系统 ， 将增加的工程 内容如 表 6所示 。 表 6 增加工程 内容表 投资估算 工程内容 备注 ， 万元 指增加 的管道差 价 ， 为减 小处 理 装置的标 高， 达到 节能效 果采 用 雨水 管道收集系统 8 的虹吸 雨水 斗 的 压 力雨 水 管 道 系统 储存处理设备 3 调节池 初径流雨水处理系统 1 5 一体化处理装置 加压系统 3 小计 2 9 ( 3 ) 从表 5 、 表 6可 以看 出， 屋面雨水系统这套设 施的一次性投入相对较 大， 动车段在考虑 了中水 回用 系统 的前提下 ， 雨水利用并不经济 。 3 ． 2屋面雨水作为 中水水源 《 建筑中水设计规范》 中第 3 ． 1 ． 8条规定 ， 建筑屋 面雨水可作为中水水源或其补充 。此条主要考虑到雨 水具有较强的季节性 ， 将 雨水作 为中水水源在 收集储 存等方面有一定 的难度 ， 我 国还缺少这方 面成熟 的经 验。雨水 的可利用性 ， 也 应注意到雨水量 的冲击负荷 问题 ， 解决好雨水 的分流和溢流问题。动车段 中水 回 用系统的原水如果采用屋 面雨水 ， 虽然可 以减少一次 性的储水及水处理成本 ， 但段 内的雨水直接排入河体 ( 不需交纳排污费) ， 将原考虑的生产废水直接排放人 污水管道是要缴纳市政排污费。其经济比较大致如表 7所 示 表 7 经济对 比表 投资估算 工程 内容 备注 ／ 万 元 雨水管道 指增加 的管道差价 ， 为减 小处 理装 置 收集 系统 5 的标高 ， 达 到节能 效果采 用 的虹吸 雨 水 斗的压力雨水 管道 系统 污水处理 一1 5 指不需增 加三级处理设 施 增加生产废水 +7 0 ．8元／ 吨计 排污费( 一 年 ) 从表 7所示看 出， 生产废水每年的排污费用相对 较大 ， 采用雨水 回用系统虽节能同时也节约资源 ， 但并 不节约经济成本。而采用生产废水为中水水源带来的 经济效益却是可观的。 在 目前情况下不建议动车段采用雨水利用。但雨 水利用还是具有广 阔的发展空问 ， 随着水 的管理体制 和水价的市场化 、 城市化和对城市生态环境要求的提 高 ， 我 国雨水利用技术也将 实现标 准化 和产业化 。可 以相信随着国民经济 的发展 ， 雨水再利用也将是大势 所趋 。 4下 凹式绿地 动车段采用下凹式绿地是一种既不增加建设投入 又可收到较好效果 的雨洪利用措施 。它具有节能 、 蓄 渗雨水 、 消减洪峰流量 、 过滤水质 、 美化环境 、 防止水土 流失等特点 。 4 ． 1 具体做法 设计时应调整好路面高程 、 绿地高程 、 雨水 口高程 的关系， 使路面高程高于绿地高程 ， 使雨水 口设在绿地 内， 雨水 口高程高于绿地高程而低于路面高程 ， 这样就 形成了下凹式绿地 ， 降雨后汇入 的雨水径流都进入绿 地 ， 经绿地蓄渗后 ， 多余的雨水径流才能从雨水 口经管 道收集流走。 4 ． 2 特点 ( 1 ) 降低城市 的洪涝灾 害， 增加土壤水 人渗量和 地下水的资源， 也节约 了绿地浇灌 的用水量。由于下 凹式绿地把大量的地表径流蓄渗 于绿地 内， 其形成 的 洪峰、 洪 量 都 将 大大 减 小 ， 雨 水 管道 的管 径 也 同 时 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 林宏 ： 浅析高速铁路动车段给排水节水节能 2 0 1 4年4月 减 小 。 ( 2 ) 一般植物的耐淹时间为 1～ 3 d ， 汇入 的雨水 不会对植物的生长产生影响。相反 ， 由于土壤的渗滤 作用 ， 截流了一部分营养物质 ， 增加了绿地土壤肥力和 水分 ， 使得植物的长势更好。 ( 3 ) 减少 了河湖的水质污染 ， 减少 了河湖 的淤积 量。下凹式绿地类似一个沉砂池和污水 的土地处理系 统 ， 固体污染物绝大部分沉积在绿地内， 有机污染物在 绿地 内得到净化。 ( 4 ) 雨水 口设在绿地 内， 不会发生雨水 口篦子被 盗和伤人事故 。 4 ． 3蓄渗效果 对于下 凹式 绿地 ( 下 凹 5 0—1 0 0 mm) 每年仅 有 2—3 次暴雨产生溢流。多年平均条件下 ， 在二倍汇水 面积 比条 件 下 ， 绿 地 无 下 凹、 下 凹 5 0 m m、 下 凹 1 0 0 mm、 下凹1 5 0 m m时， 多年的平均拦 蓄率分别达到 7 l ％ 、 8 6 ％ 、 9 3 ％和 9 8 ％ ， 在多倍汇水面积 比条件下也 有较好 的拦蓄效果。 4 ． 4节水分析 ( 1 ) 一般土壤 的稳 渗滤在 0 ． 3～2 ． 3 m m ／ mi n ， 若 下凹式绿地深为 1 5 0 m m， 稳定下渗滤按 0 ． 3 m m／ m i n 计 ， 1 5 0 mm的水深只要 8 h 左右就可以渗完。从上 面 的蓄渗效果分析 ： 下凹式绿地 ( 下 凹 5 0—1 5 0 m m) 绝 大部分雨水径流多被蓄渗在绿地 中， 每年将节约的绿 化用水约为6 0 0 0 m 。 ( 2 ) 传统的路 面排水要求的雨水管道和河渠排泄 能力非常巨大 ， 径流成倍甚至几倍地增加 ， 汇流速度加 快 ， 洪峰流量几倍甚至十几倍地增加。据初步估算 ， 下 凹式绿地后场内雨水管道管径将至少减小一级 ， 全段 内的雨水管道将节约近 3 0 ％投资， 如表 8所示。 表 8 动车段管道造价比较表 管径／ m m 传统地 面排水／ m 下 凹式绿地排水／ m DN3 0 o 3 2 o o 6 O o o DN 4 0 0 2 o o 0 1 6 o o DN5 0 o 2 o 【 Ⅺ 8 o 0 D N 6 0 0 l o o O 无 估算／ 万元 4 0 o 3 o o 从表 8可以看出 ， 动车段应用 了下 凹式绿地后 可 节约投资约 1 0 0万元 。同时 ， 局部抽升泵站 的泵的能 力( 因流量减少 了 ) 也 大大降低 ， 每年 可节约 用 电约 3 5 0 0 k Wh ， 节约泵的初期投资约 l 5万元。 下凹式绿地技术的应用能取得一定的节能节水效 果 ， 同时也取得了一定 的经济效益 。 目前下凹式绿地 技术已在 国内缺水地 区进行推广使用 ， 相信其 在高速 铁路行业也应有广 阔的发展前景。 5 结束语 动车段 内的节能节水方式是多方面的， 从 方案的 确定 、 管材的选用到运营管理都涉及到节水节能 ， 精心 设计可 以融会贯通每个节水节能细节。本文仅从生产 废水回用系统、 雨水回用系统 、 下凹式绿地这 3个新技 术人手进行 了探讨。从以上的分析及小节结论可 以看 出， 设计 中注重节水节能环节 ， 不但符合 国家可持续发 展战略方向， 也能推广新技术新材料新设备 。但节水 节能不一定节约， 选择的设计方案应符合当前国民经 济 的发展方 向， 满足各城市的相关节水节能政策 ， 并切 实做到节水节能措施 的经济合理性 。 参考文献 ： [ 1 ] 北京市城市节约用水办公室． 节水新技 术与示范 工程实 例[ M] ． 北 京 ：中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ,2 0 0 5 ．● 蛋 B e ij i n g U r b a n Wa t e r C o n s e r v a t i o n O f fi c e ．N e w T e c h n o l o g y o f Wa 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