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垃圾处理和雨水资源利用是城市建设必须面对的两个问题,在建筑区绿地进行储渗层建设不但可以解决建筑垃圾的堆放难题,节省处置费用,减少环境污染,而且可利用绿地滞蓄雨水就地入渗,减小暴雨径流峰值和雨水外排,增加对地下水的回补。储渗层建设技术上可行,经济上合理,环保效果突出,推广应用前景广阔。介绍了利用建筑垃圾建设储渗层的技术措施。
垃圾处理和雨水资源利用是城市建设必须面对的两个问题。
目前,我国城市建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%~40%,随着城市化进程的加快,大量工程建设会使建筑垃圾总量不断增加。如何排放和处理城市建筑垃圾已经成为建筑施工企业和环境保护部门面临的一个重要课题。
城市中的另一重要课题是市政和水利部门面临的缺水问题,特别是京津晋冀地区,缺水不仅造成城市生活用水紧张,也使气候更加干燥、环境恶化、地面下沉等等,而在雨季又将大量的雨水直接排泄出去。雨水是一种宝贵的资源,寻求有效的雨水处置或利用方法已成为必然趋势。
在京津晋冀缺水地区的城市建设中,将建筑垃圾处理与雨水利用相结合,既可改善环境又可保护水资源,不仅具有良好的经济、社会和环境效益,而且也易被相关部门所接受,技术上也是可行的。
1建筑垃圾
1.1建筑垃圾的组成和特点
建筑垃圾一般是在建设过程中或旧建筑物维修、拆除过程中产生的,大多为固体废弃物。包括泥土、石块、混凝土块、碎砖、废木材、废金属、废管道及电器废料等,其中:无污染的可直接利用的无机物占90%以上;金属、竹木材、各种包装材料、装饰装修废料等可能具有污染性的废弃物分拣后可作为再生资源利用。建筑垃圾在城市垃圾中属最清洁的垃圾,只要合理应用就不会产生二次污染。目前,由于建筑工地没有将建筑垃圾分类,甚至生活垃圾也掺杂其中,增大了建筑垃圾的污染性。
建筑垃圾的产生和组成与施工过程有着密切的联系,施工的不同阶段产生垃圾的数量、粒径大小及污染性不同。基础施工中产生的垃圾主要是土、渣土及旧建筑拆除的砖和混凝土块,主体结构施工中产生的主要是砖石和混凝土碎块、丢弃的砂浆及金属等,这两阶段产生的垃圾粒径较大一般无污染性,可直接利用。装修工程(包括门窗、防水工程)施工中产生的垃圾最复杂:基层抹灰丢弃的砂浆属可直接使用垃圾;丢弃的装饰材料、防水材料、木材、涂料及包装材料等可能带有污染性的垃圾占比重较小,建筑垃圾中的污染物几乎都是这部分产生的。随着环保建材的广泛使用,建筑垃圾的污染性将会越来越小。
1.2建筑垃圾的处理现状
目前,我国对建筑垃圾的处置有两种方式:一是绝大部分建筑垃圾未经任何处理直接运往郊外或乡村进行露天堆放或填埋,这不仅要耗用大量的土地,而且需支付土地占用费和垃圾清运费等,同时,清运和堆放过程又会污染环境。二是将建筑垃圾经过预处理后,运往“再资源化处理中心’,进行再利用,但建处理厂需要投入较多的建设费、运营管理费且要消耗能源。如河北富华环保有限公司建成的建筑和生活垃圾处理厂(以建筑垃圾为主料,可生产普通砖和小型空心砌块),共投资1.3亿多元。
2雨水
2.1降水的特点
降水统计资料表明,京津晋冀缺水地区年内降水分布极不均匀,多集中在6-9月(如北京地区4个月降雨468.8mm,占全年降水量571.8mm的82%;石家庄市4个月降雨333.5mm,占全年降水量456.9mm的73%),且多数降雨过程时间短、强度大,易产生地表径流,但两次降雨间隔时间相对较长。
2.2雨水利用状况
我国虽然对雨水利用提出了具体要求,如《中国生态住宅技术评估手册》中要求屋面、地表雨水收集、处理后进行回用,但真正建成实施的不多,达到要求的更少。主要原因是在雨水集中收集、贮存和处理后利用中若考虑丰水期的雨量则需建造巨大的调蓄池调节容量,投资较大,而在京津晋冀降水分布不均匀地区,用于雨水调蓄及处理的构筑物在一年之中的大部分时间处于闲置状态,利用率低、经济性差,影响了投资的积极性。采用渗井、渗沟、透水地面、绿化等多种措施强化雨水就地入渗,使更多雨水留在城市境内并渗入地下以补充地下水,是较简便的处理方式,但目前的做法普遍存在着渗水量小和需增加投资问题。
2.3适合京津晋冀地区雨水利用的方式
根据京津晋冀地区缺水和雨量集中的特点,在城市居住区开发建设中,通过对绿地的改造,充分开发利用绿地入渗的潜力,利用绿地滞蓄雨水就地入渗,减小暴雨径流峰值和雨水外排,增加对地下水的回补是一项开发利用降雨资源的有效途径。
理论与实验表明,雨水入渗率受土壤性能和入渗深度影响,入渗率随雨水到达深度的增加而下降。在绿地表层土下,用建筑垃圾建空隙较大的储渗层(储渗层是快速接收和滞留雨水的空间,以存贮未能及时渗透的雨水),利用绿地表土层植物根系发达,土壤相对较疏松,雨水入渗率高的性能,使地表雨水迅速入渗并暂存于储渗层内,雨后再慢慢地渗入地下,相当于增大了雨水的入渗时间,达到减少地表径流和集水利用的目的。
3用建筑垃圾建雨水储渗层的技术措施
(1)规划设计上,要对区内绿地进行合理布局,充分利用空地,组织好屋顶和地面等不透水部分的雨水走向,使其就近进入绿地。
(2)施工过程中,根据施工进度将建筑垃圾分阶段处理,将建筑物拆除、场地平整、基础和主体施工中无污染的碎砖石、混凝土块等破碎成50~100mm粒径的粗粒,并将丢弃的砂浆、剔凿下的碎砖和混凝土块等10~30mm粒径的中粗粒和小于10mm的细粒(不含土)分别堆放。
(3)根据储渗层的设置厚度在规划绿地内挖垃圾填埋坑,并将挖出的土和基础施工产生的土与适量炉渣、腐植土和粪肥等混拌作为种植土。
(4)在开挖的坑内,自下而上依次铺粗粒层和中粗粒层,压平后再铺土工布,布上铺细料后回填种植土。储渗层各层厚度根据降雨量、汇水面积和建筑垃圾情况试验计算确定。种植土厚度依园林植物特性确定。
(5)为了保障道路和屋面上的雨水能从绿地入渗,应使绿地低于路面;也可在绿地与建筑、道路交界处设渗沟,使路面及屋顶的雨水通过渗沟进入储渗层。
4技术经济可行性分析
4.1入渗量的可行性
通过对400mm厚的储渗层(250mm厚粗料层、100mm厚中粗料层、50mm厚细料层)的实验测算,孔隙率可达32.5%~43.6%,密度约1.4t/m3。
石家庄某小区规划总用地面积320000m2,绿化面积120000m2,绿化率37.5%,总建筑面积440000m2,容积率1.375。考虑乔木及建筑小品的影响,若将绿化面积的80%做成400mm厚储渗层式绿地,孔隙率取38%,则共可储雨水14592m3,折合降雨量45.6mm(14592m3/320000m2=0.0456m),基本可蓄纳大雨和暴雨。
4.2建筑垃圾不外排的可行性
据有关资料[1],按每1万m2建筑的施工过程中会产生500~600t建筑垃圾计算,4.1所列小区可产生建筑垃圾22000~26400t(不包括旧建筑拆除),而储渗层消耗建筑垃圾53760t(120000m2×80%×0.4m×1.4t/m3),远大于新产垃圾量。也就是说,除新建筑施工过程中产生的垃圾可全部得到利用外,尚有处理旧建筑拆除垃圾27360t的能力。
4.3卫生环保的可行性
雨水就地入渗要避免造成地下水的污染。污染物主要来源于建筑垃圾和雨水本身,建筑垃圾的污染物可通过其产生过程的管理和分拣得到控制;雨水中的污染物则通过植物的吸收、土层渗透得到净化。车武等的《屋面雨水土壤层渗透净化研究》[2]表明,渗透净化效果与渗透深度密切相关,地表1~1.5m厚土壤层可去除大部分有机污染物,随深度的增加,净化作用将进一步提高。京津晋冀缺水地区地下水较深,从石家庄市水利部门了解到,截至2002年底,河北省地下水平均埋深14.62m,石家庄市浅层地下水的平均埋深达28.00m,厚厚的土层有足够的净化能力,甚至有时雨水进入不了地下水层。因此,通过植物对污染物的过滤、吸附作用及土壤较强的净化与再生能力,雨水通过绿地储渗层到达地下水位时可达到较好的水质。
4.4经济的可行性
对建设单位而言可节省垃圾处置费和雨水管道投资费(直接经济利益)。如建筑垃圾处理费一般为5元/t,运输费要视运距确定,假定两项费用为8元/t,上例中单新产垃圾处置一项费用就可节省17.6万~21.2万元,同时垃圾分拣出的可再生资源也是一项收入。
从城市总体而言可减少政府对污水处理、污水管线和排洪设施的资金投入并降低运行费用,还有节省城市引水、净水的边际费用等(间接经济利益)。
4.5环境和社会效益的可行性
利用建筑垃圾进行绿地储蓄层建设可以涵养地下水,缓解地面沉降,有利于自然界的水循环;将地面雨水就近入渗地下,可减少雨季污水溢流及其对河流水体环境的污染,改善水体环境;削减雨季峰流量,减轻雨水管系及合流管系负荷,防洪防涝,减少水土流失;增加土壤含水量,供给植物蒸腾和土壤水分蒸发,调节气候而遏制城市热岛效应。
5结论
利用建筑垃圾储渗雨水技术是一种投资少、见效快、能发挥综合效益的雨水利用措施。储渗设施的构造、设计参数、施工管理应根据当地具体条件(如建筑垃圾的组成、降雨特点、地质条件、地下水位等)试验确定,并考虑大气、地面污染对雨水水质的影响。此项措施也可应用于其他建筑区中,如市政中心、校园、大学城等。我国正处于城市快速发展时期,居住区仍在不断开发建设,垃圾和雨水利用技术有广阔的应用前景,应引起各有关部门的高度重视。
[参考文献]
[1]陆凯安.我国建筑垃圾的现状与综合利用[J].建筑技术,1999,(5):44-45.
[2]车武,欧岚,刘宏,等.屋面雨水土壤层渗透净化研究[J].给水排水,2001,27(9):38-41.