Cal Poly Humboldt Dominicana 2011 夏季计划与多米尼加共和国的 La Yuca 社区合作。在多米尼加共和国，自来水不能饮用，因此家庭必须想方设法获得饮用水。在这个项目中，我们努力与社区成员一起设计和构建这个问题的解决方案，以便共同学习并与社区建立联系。多米尼加共和国成为雨水收集的最佳地点的原因之一是该国每年收到的降雨量。如下图所示，每个月至少会下少量雨水。例如，即使在降雨量最少的 3 月，2.1 英寸的降雨量也会在中等大小的屋顶上迅速积聚到几加仑。
该项目于 2012 年在La Yuca 雨水集水区 2012 年更新。
Contents
团队
我们的团队由社区成员、UNIBE 成员、Cal Poly Humboldt 成员和Colectivo RevARK成员组成。Lauren Adabie 是 Cal Poly Humboldt 的二年级学生，攻读环境工程和化学学位。Omar Abi-Chahine 是 Cal Poly Humboldt 环境科学专业的学生。Freddy Mendoza 在伊比利亚美洲大学学习建筑。Ana Elisa Mejia Boo 是伊比利亚美洲大学的一名建筑系学生。我们还得到了建筑团队 Colectivo Revark 的帮助。
圣多明各的降雨量
| 月 | 平均总降雨量（英寸） |
|---|---|
| 一月 | 2.5 |
| 二月 | 2.2 |
| 行进 | 2.1 |
| 四月 | 2.8 |
| 可能 | 7.4 |
| 六月 | 5.5 |
| 七月 | 5.7 |
| 八月 | 7.0 |
| 九月 | 7.1 |
| 十月 | 7.4 |
| 十一月 | 3.9 |
| 十二月 | 3.3 |
资料来源：天气频道[1]
问题
该项目的目标是通过建立可扩展和可复制的雨水收集系统，为其他接收饮用水的方法提供可持续的替代方案。
标准和约束
标准和约束是最终设计的必要组成部分。如果没有标准的形成，问题往往会过于模糊，并用不符合社区或客户需求的装置来回答。下面的标准和约束是根据与社区的讨论以及构建和完成一个成功项目的必要性而制定的。
| 标准 | 重量 | 约束条件 |
|---|---|---|
| 安全 | 8.5 | 周围的儿童和其他人必须安全 |
| 成本 | 8.5 | 回购时间在 2 年内且成本低廉 |
| 被复制的能力 | 7.5 | 材料需要本地化并与社区共同构建 |
| 教育价值 | 7 | 向社区传授雨水集水区 |
| 适饮性 | 10 | 必须符合用水标准 |
| 耐用性 | 8个 | 必须持续很长时间并经受住飓风和其他自然灾害 |
| 重力进给 | 7.5 | 应该不需要泵。重力应使水通过过滤器。 |
地点
怀着服务社区的愿望，雨水集水区选址在社区学校。这允许将所有三个社区项目集中在一个位置。社区学校经常被使用，主要作为运动和儿童的游乐区，但也用于社区会议。
文献综述
为了设计和构建最能满足社区需求和标准的系统，收集了有关以前系统的信息以及多米尼加共和国的相关信息。
屋顶油漆
在多米尼加共和国，屋顶涂料通常用于防止泄漏和日晒损坏。这些油漆通常有毒，会将毒素渗入雨水中。根据美国国家科学基金会 (NSF) 编制的可用于饮用雨水集水系统的批准屋顶涂料清单，如下所示。这些油漆可能很贵并且需要时间才能收到，因此如果需要在屋顶上使用油漆，请及时计划订购和交付以及油漆和干燥时间。
批准的屋顶涂料：[2]
- Adurel 国际公司
- MS1900
- MS2000B
- MS2000T
- MS2100
- MS2200系列
- MS2300
- 英菲尼迪油漆
- 100% 丙烯酸弹性体 Clean-Kote
- 斯科特涂料公司
- 2001 Super-Flex 100% 丙烯酸弹性体屋顶涂料
- 3000 丙烯酸阻隔涂料
- TK2001 弹性饰面
过滤器类型
以下过滤器可用于处理水以创建饮用水系统，但并非所有过滤器都需要创建饮用水系统。
活性炭：经过处理的木炭形成多孔碳，可吸收水杂质
- 优点：去除氯、污染物、有机污染物、使用寿命长、成本低
- 缺点：
反渗透：将水推过只允许水分子通过的半透膜
- 优点：去除所有污染物，维护成本低，去除硝酸盐
- 缺点：非常昂贵，10% 效率
慢沙过滤：流水通过沙子。
- 优点：去除比沙子大的微粒，去除重金属，去除许多细菌，使用当地材料，低维护
- 缺点：必须经常清洁，会滋生藻类或细菌
蒸馏：在一个单独的未受污染的容器中沸腾和冷凝水分子
- 优点：去除细菌和病毒，可重复使用
- 缺点：需要额外的能量，需要额外的时间，一些污染物转移
离子交换：使用离子交换树脂珠，它会与污染物发生反应并与污染物结合
- 优点：去除硝酸盐和磷酸盐，去除溶解的无机化合物
- 缺点：不去除病原体，不去除细菌，价格昂贵
紫外线：利用紫外线杀死病原体
- 优点：杀死细菌和病毒，氧化有机化合物
- 缺点：寿命短，价格昂贵
微孔基本过滤：使用具有一定直径孔的过滤器来防止污染物通过。
- 优点：去除所有大于过滤器直径的颗粒，需要最少的维护
- 缺点：不去除有机物或化学物质
超滤：类似于微孔过滤，但孔径较小
- 优点：去除超过额定尺寸的颗粒，成本低
- 缺点：不去除溶解的有机物
最终设计
我们的最终设计为我们认为最符合标准和社区需求的社区创建了一个可饮用的雨水收集系统。通过这个，我们设计了一个系统，既可以用于饮用水，也可以用来填充水箱。由于这两个必需品，我们的最终设计包括过滤器，起飞可以绕过这些过滤器来填充水箱。
屋顶
屋顶材料可以在很大程度上影响能够捕获和使用的水量的效率。此外，各种类型的屋顶材料和屋顶涂料很容易将毒素渗入雨水中，从而污染饮用水系统。通过使用学校，我们能够使用La Yuca ecoladrillo 教室团队为建造的房间搭建的锌金属屋顶。这种屋顶材料保持了很高的径流效率，可以在 Excel 表格中计算出来。另外，屋顶不含毒素，还没有粉刷过。
初筛
初步筛选可防止大碎片进入系统。虽然学校周围没有很多树叶，但我们仍然放置了一个初级过滤器，以防止任何垃圾堵塞系统。由于需要将大碎片和蚊子挡在系统之外，因此屏幕材料使用了直径较大的硬布和直径较小的金属丝网。为了创建初级筛选，切割了一个 5 加仑的水壶，为屏幕创建一个开放区域。如下图所示，这个 5 加仑的水壶首先用笔在要切割的地方做了标记。选择 60 度角以使屏幕自清洁，几乎不需要维护。然后，使用锯切开 5 加仑的水壶，并在切口边缘附近钻孔以放置扎带。切割金属丝网和硬件布以适合孔，然后用扎带固定。如下图所示，硬件布被放置在底部以提供更小的金属丝网结构。
- 制作主屏幕
在 5 加仑的水壶上画线。
威尔弗雷多用锯子切割 5 加仑的水壶。
成品主画面
第一次冲洗
对于第一次冲洗，我们使用 PVC 管进行容积式第一次冲洗。在计算出第一次冲洗所需的捕获量后，完成了获得第一次冲洗所需加仑所需的 PVC 管数量的计算。使用与HSU Chiapas 雨水集水区相同的设计，我们切割并建造了第一个带 3" PVC 管的冲洗装置，如左图所示。
蒂纳科
在第一次冲洗充满后，水进入 tinaco。tinaco 是多米尼加共和国因缺水和停电而使用的储水罐。当房屋内停电时，房屋没有市政供水，因此，许多房屋的屋顶上都有 tinacos 以提供压力水。经过大量搜索，我们在圣多明各的一个区域 Villa Consuelo 内找到了便宜的 tinaco。
过滤器
由于社区希望雨水可以饮用，因此需要过滤器。经过研究和考虑，我们选择使用慢砂过滤器和带银过滤器的活性炭。我们通过考虑对水的要求以及过滤器的成本和过滤器中使用的当地材料来选择过滤器。然后我们的慢砂过滤器被放置在一个 5 英尺的金属支架上并固定在墙上以防止盗窃和飓风问题。在慢砂过滤器下方，我们的最终过滤器（活性炭和银过滤器）连接并固定在墙上。这个过滤器就在水龙头之前，社区可以在那里取水。
慢沙
我们的团队选择了慢砂过滤器，因为它能够去除细菌、重金属和小颗粒。为了构建慢砂过滤器，我们购买了一个 55 加仑的圆桶、沙子和砾石。首先，我们在食品级 55 加仑塑料桶上钻了三个孔，两个在桶底部，一个在桶顶部。然后使用三个公母压缩配件，我们创建了一个进水口和一个出水口，以及一个用于反冲洗慢砂过滤器的阀门。由于慢砂过滤器内细菌和藻类的生长，反冲洗是必要的。固定公母压缩配件后，我们先用砾石填充鼓，然后用沙子填充。过滤器包含的砾石与沙子的比例要小得多。在我们开始用沙子填充鼓之后。由于需要将过滤器提升 4 英尺到支撑系统上，起初我们只倒了少量的沙子。然后我们在适当的地方抬起过滤器，然后用必要的沙子填充它。
含银活性炭
我们还使用了带有银过滤器的活性炭。这是我们在多米尼加共和国发现的最便宜的过滤器之一，并且很容易在系统中更换。在讨论了在我们的系统中什么最适合以及不同过滤系统的优缺点后，选择了该过滤器。然后将过滤器与 PVC 适配器配件连接，并将过滤器连接到墙上以防止盗窃和天气安全问题。
成本
While our actual cost was much higher than the one shown within the excel sheet, this was due to last minute changes of building sites, and a restructure of required materials. Due to this and the desire for the system to be replicated, the cost was calculated for only items used within the system at the community school.
| Material | Qty | Cost (Dominican Pesos) | Total (Dominican Pesos) |
|---|---|---|---|
| PVC 3" (19ft) | 1 | 375 | 375 |
| PVC 1" (19ft) | 1 | 155 | 530 |
| 5 Gallon Jug | 1 | 250 | 780 |
| 90 Degree- 3" PVC | 1 | 69 | 849 |
| Y Branch- 3" PVC | 2 | 180 | 1029 |
| T Branch- 3" PVC | 1 | 90 | 1119 |
| 90 Degree- 1" PVC | 2 | 70 | 1189 |
| 45 Degree- 1" PVC | 3 | 105 | 1294 |
| 55 Gallon Drum | 1 | 850 | 2144 |
| Sand (meter squared) | 0.5 | 400 | 2544 |
| Gravel (meter squared) | 0.3 | 60 | 2604 |
| Activated Carbon Filter | 1 | 2500 | 5104 |
| Metal Form | 1 | 2000 | 7104 |
| Spigot | 1 | 235 | 7339 |
| Tinaco | 1 | 3300 | 10639 |
Buy Back
Buy Back time is the amount of time required before the system has paid for it self, and the buyer begins making money on the system or item installed. In order to calculate the buy back time, we assumed an average of 25 pesos to refill a 5 gallon jug. Knowing this, the total cost of the system was divided by the average cost per gallon to refill the 5 gallon jugs. This led to the amount in gallons necessary to buy back the system. From there the gallons needed to buy back the system was divided by the amount used per month, creating the months needed to buy back the system. For this system, a buy back time of just under 8 months was calculated with a demand of 275 gallons/month.
Excel
Excel played an integral part within the construction of our rainwater catchment system. After much hard work, an excel book was created that can be adapted for other rainwater catchment projects. The Excel workbook was based off the Basic rainwater collection calculations, taking the included excel and adding several sheets for cost, filter types, pipe sizing, first flush, and buy back time.
Next Steps
In order for the water to be safe to drink, test must be performed on the water from time to time. Furthermore, maintenance will have to be performed from time to time as well. This maintenance will include cleaning the slow sand filter every 2 months by scraping off the top layer of algae, replacing the activated carbon filter after 3500 gallons, and checking the gutters once a year for cleaning or after major storms.