屋面雨水收集處理與回用探索研究

彭俊峰　朱麗華

摘 要：雨水在自然界水循環(huán)系統(tǒng)中起著十分重要的作用，雨水的利用是解決城市水資源短缺、減少城市洪災(zāi)的有效途徑之一。屋面雨水相對(duì)潔凈，具有可生化性。通過(guò)雨水收集系統(tǒng)，將屋面雨水匯集于雨水收集池，再經(jīng)過(guò)曝氣生物濾池處理后，可用于綠地灌溉和景觀補(bǔ)水等，既高效利用并節(jié)約了有限的水資源，合理解決用水短缺與季節(jié)性雨水泛濫的矛盾，又減輕了排水設(shè)施的負(fù)荷。

關(guān)鍵詞：屋面雨水；曝氣生物濾池；消毒；灌溉

中圖分類號(hào)：TV213.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.077

由于城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市區(qū)域不透水面積逐年增加，導(dǎo)致雨水流失量增加，水循環(huán)系統(tǒng)的平衡遭到破壞，并引發(fā)一系列環(huán)境與生態(tài)問(wèn)題。雨水作為一種低污染的水資源，其回收與利用日益成為城市開(kāi)源節(jié)水的有效途徑之一。雨水利用就是直接對(duì)天然降水進(jìn)行收集、儲(chǔ)存并加以利用，對(duì)屋面雨水進(jìn)行收集、截污、生化處理、儲(chǔ)存，而后用于綠地灌溉、沖廁及人工濕地或生態(tài)景觀水系統(tǒng)補(bǔ)水等，可降低大量新鮮水的耗用。

雨水收集利用系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①減緩洪澇災(zāi)害。通過(guò)建立完整的雨水利用系統(tǒng)，可以有效調(diào)節(jié)雨水徑流的高峰流量，待最大流量下降后，再將雨水慢慢排出，保障土地免受洪澇災(zāi)害。②減少污染物排放。雨水沖刷屋頂、路面等硬質(zhì)鋪裝后，其污染比較嚴(yán)重，通過(guò)坑塘、濕地等沉淀和凈化，再排到雨水管網(wǎng)或河流，會(huì)起到攔截雨水徑流和沉淀懸浮物的作用。③實(shí)現(xiàn)雨水資源化。一方面通過(guò)保護(hù)河流水系的自然形態(tài)、增加坑塘濕地等下滲系統(tǒng)，保障地表水和地下水的健康循環(huán)和交換，可以間接地補(bǔ)充城市水資源；另一方面，通過(guò)凈化之后的雨水，可以直接補(bǔ)充水資源，用于非飲用水。

雨水收集回用具有減輕排水和處理系統(tǒng)的負(fù)荷，減少污染物排放和改善生態(tài)環(huán)境等多種效益。在建筑物較多的單位，屋頂有很大的集水面積，是雨水收集較好的場(chǎng)所。雨水收集和使用系統(tǒng)通常包括雨水匯集系統(tǒng)、生化凈化裝置、雨水儲(chǔ)存裝置、輸水管系及配水裝置等。

1 雨水量供需平衡分析

以下以某學(xué)校為例，分析雨水收集回用的效果。淄博市某學(xué)校位于淄博市中心城區(qū)，總占地面積115 700 m2，其中，屋面面積20 500 m2，綠地面積20 800 m2。學(xué)校擬建校園雨水收集系統(tǒng)，進(jìn)行雨水的綜合利用。對(duì)可收集雨水量與綠化需水量綜合測(cè)算如下。

1.1 屋面雨水設(shè)計(jì)流量

屋面雨水設(shè)計(jì)流量的表達(dá)式為：

取設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為P=1年，設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)t=5 min，代入式（2），得i=1.77（mm/min）。那么，校區(qū)屋面雨水平均設(shè)計(jì)流量為Q=167?iA=167×0.9×1.77×2.05=545.36 L/s。

間歇降雨頻次按18次/年計(jì)，則全年屋面雨水可收集流量約為1 7670 m3。

1.2 綠化需水量

校園綠地面積為20 800 m2，參考《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50013—2006），以綠地用水2.0 L/（m2·d），年灌溉天數(shù)200 d來(lái)計(jì)，可得綠化年需水量為8 320 m3。目前，該校主要采用自備水井地下水作為綠化用水，占全校年總用水量的1/5.擬建的校園屋面雨水系統(tǒng)所收集的雨水主要用于灌溉草坪、綠地，完全可以滿足校園綠化灌溉的用水需求。收集的雨水除少量蒸發(fā)、滲漏損耗外，剩余水量可用于校園景觀水系統(tǒng)補(bǔ)水和沖廁用水，可節(jié)約大量新水取用量。

2 雨水水質(zhì)與處理回用工藝

采用COD、BOD5、NH3-N、TP和pH等主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)表征雨水水質(zhì)。以該地8月份某日的降水為例，雨水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

從表1中數(shù)據(jù)可以得知，與路面雨水相比，屋面雨水水質(zhì)較好，B/C大于30%，具有可生化性。因此，屋面雨水處理方法可選擇以曝氣生物陶粒濾池為主體的處理工藝，經(jīng)調(diào)節(jié)—生物濾池—消毒綜合處理后，達(dá)到城市雜用水水質(zhì)要求，可回用于綠化、景觀、沖廁、降塵、地面清潔等。圖1為校園屋面雨水收集處理與回用系統(tǒng)。

經(jīng)由屋面雨水系統(tǒng)收集的雨水先經(jīng)過(guò)格柵去除漂浮物，進(jìn)入雨水收集調(diào)節(jié)池，通過(guò)泵提升，入陶粒生物濾池，安裝于池底部的射流曝氣器通過(guò)混流剪切作用，由負(fù)壓吸入的空氣被剪切成大量微小氣泡，給生物膜提供足夠的溶解氧，滿足微生物的生化需求。濾后水再經(jīng)紫外消毒，達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18920—2002）的要求后，可回用于綠地灌溉、景觀補(bǔ)水、道路降塵、沖廁等。

3 結(jié)論

開(kāi)展節(jié)水型城市建設(shè)，采用低碳節(jié)水技術(shù)系統(tǒng)是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。將雨水變?yōu)榭衫玫馁Y源，使雨水得到再生和充分利用，是合理開(kāi)發(fā)和利用水資源的有效途徑之一。收集與利用面積較大屋面的雨水，既能開(kāi)源節(jié)流，緩解目前水資源的緊缺現(xiàn)狀，又能減輕城市排水設(shè)施的負(fù)荷，改善生態(tài)環(huán)境。結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因地制宜地提出建設(shè)屋面雨水收集與利用系統(tǒng)，采用調(diào)節(jié)—生物濾池—消毒聯(lián)合工藝處理收集的屋面雨水，使之達(dá)到雜用水水質(zhì)要求，可回用于綠化、景觀、沖廁、降塵、地面清潔等用途，提高節(jié)水率和非傳統(tǒng)水源利用率，創(chuàng)造較為顯著的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介：彭俊峰（1976—），男，山東淄博人，淄博市大武水源管理處業(yè)務(wù)科科長(zhǎng)。朱麗華（1962—），女，山東萊州人，經(jīng)濟(jì)員，淄博市大武水源管理處業(yè)務(wù)科副科長(zhǎng)。

〔編輯：劉曉芳〕