重慶市典型屋面雨水特點及回用處理研究

胡龍輝 童 愚 張 勤 熊力劍

(1.重慶大學城市建設與環境工程學院，重慶 400045；2.中機中聯工程有限公司，重慶 400000； 3.中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610000)

?

·水·暖·電·

重慶市典型屋面雨水特點及回用處理研究

胡龍輝1童 愚2張 勤1熊力劍3

(1.重慶大學城市建設與環境工程學院，重慶 400045；2.中機中聯工程有限公司，重慶 400000； 3.中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610000)

通過分析重慶地區屋面雨水的水質，介紹了兩種雨水處理工藝，探討了不同工藝的雨水處理效果，并從藥劑、濾料、電耗等方面，對比了兩種處理工藝的運行成本，最后確定了一種比較合理的處理工藝。

雨水，水質，雨水處理工藝，運行成本

海綿城市，是一種較新的城市雨洪管理措施，在應對城市面臨雨水帶來的自然災害以及協調環境變化等方面具有良好的“彈性”。下雨時吸水、滲水、凈水、蓄水，需水時將蓄存的雨水放出并利用[1]。在大力倡導建設“海綿城市”的今天，作為城市優質水源之一的雨水，越來越受到人們的關注。在降雨初期，徑流雨水水質較差，隨著降雨的持續進行，徑流雨水水質逐漸改善，雨水中各污染物濃度在到達某一時刻后會呈現出穩定趨勢[2]。本文主要通過對重慶地區典型屋面雨水的水質以及回用雨水處理工藝進行分析，確定一種合理的雨水處理工藝。

1 重慶地區屋面雨水水質分析

1.1 重慶市屋面雨水特點

以重慶地區瀝青屋面、種植屋面、PC板雨棚三種典型屋面雨水為研究對象，試驗中通過將三種屋面雨水徑流按1∶1∶1混合對屋面雨水水質參數進行了測定，其中雨水采集過程中的取樣間隔為1 mm。圖1～圖6分別是7 mm/h,16 mm/h,25 mm/h三種不同降雨強度下雨水中COD，SS，TP，TN，pH，濁度水質參數隨著降雨深度的變化曲線。分析可知：初期雨水徑流污染最嚴重，各指標含量較高，隨著降雨時間以及降雨深度的增加污染物的濃度逐漸降低。

結果顯示:降雨強度不同會導致初始濃度、曲線形狀也有所不同，但各指標的變化規律基本一致，都隨降雨量的增加雨水中各指標的含量逐漸升高達到了峰值，隨著降雨深度的增加，屋面上積累的污染物質逐漸被沖刷干凈，徑流雨水水質狀況逐漸改善趨向一個穩定值。降雨量為8 mm時SS達到穩定，降雨量為7 mm時COD達到穩定，降雨量為6 mm時濁度達到穩定。

1.2 初期雨水棄流量的確定

初期雨水棄流量的合理確定關系到雨水收集利用系統的經濟性和安全性。鑒于屋面初期徑流污染物濃度很高，而這部分水量所占比例小，雨水的收集利用應考慮舍棄這部分臟水，以減小對后續處理設施的影響。根據屋面雨水水質變化特點可知,初期棄流量可以由降雨曲線和水質變化曲線來確定,即觀測徑流雨水中各水質指標濃度達到相對穩定時所對應的降雨量。

雨水水質指標中SS、濁度、COD濃度達到穩定時降雨深度分別為8 mm，6 mm，7 mm，故各指標的棄流量分別為8 mm，6 mm，7 mm。由于COD為本實驗研究的主控項目，且考慮到節水的重要性，SS的棄流量雖然為8 mm，但可采用物化工藝對COD去除的同時也可以去除SS，能保證出水水質達標。因此采用COD棄流量7 mm作為初期屋面雨水棄流量，考慮到屋面雨水匯集到雨落管出水口需一定時間,觀測COD達到穩定時所對應的降雨量因滯后而略為偏大[2],故采用6 mm降雨量作為重慶市屋面雨水初期棄流量。

2 雨水處理工藝的研究

2.1 雨水處理工藝的選擇

棄流后雨水中懸浮固體、有機物及氮磷含量值很低，且可生化性差(BOD5/COD≤0.2)，不適合采用生化處理方式，宜采用物化的方式進行處理[3]。根據綜合分析，最后確定了兩種雨水處理方案，即“混凝→沉淀→砂濾→活性炭吸附”(后文簡稱工藝一)與“預沉淀→砂濾→活性炭吸附”(后文簡稱工藝二)[4-6]，兩種工藝的處理流程圖如圖7，圖8所示。

2.2 不同工藝下雨水處理效果分析

實驗中分別采用工藝一、工藝二對棄流后雨水進行物化處理，處理前后雨水水質指標變化情況參考表1，表2。

表1 運行各階段污染物濃度的變化(工藝一)

表2 運行各階段污染物濃度的變化(工藝二)

實驗結果顯示，初期棄流后雨水通過工藝一或工藝二處理后，pH、濁度、總氮、總磷、氨氮、陰離子表面活性劑、溶解氧指標均能夠達到GB/T 18920—2002城市污水再生利用 城市雜用水水質和GB/T 18921—2002城市污水再生利用 景觀用水水質的要求。兩種工藝中不同處理單元對SS，COD去除效果如下:

1)SS去除效果。由表1計算可知，初期棄流后雨水經過工藝一中各階段處理后SS去除率分別為72.17%，83.48%，95.65%，94.78%，96.52%；由表2計算可知，初期棄流后雨水經過工藝二中各階段處理后SS去除率分別為31.30%，53.91%，62.61%，71.30%，78.26%，83.48%。對于SS處理效果來講，混凝沉淀階段效果最佳，針對于SS總去除率來講工藝一優于工藝二。

2)COD去除效果。由表1計算可知，初期棄流后雨水經過工藝一中各階段處理后COD去除率分別為43.00%，53.61%，65.87%，75.58%，86.45%；由表2計算可知，初期棄流后雨水經過工藝二中各階段處理后COD去除率分別為26.37%，45.08%，55.97%，65.81%，73.78%，82.27%，87.18%。對于COD處理效果來講，混凝沉淀、活性炭吸附階段去除率較高，針對COD總去除率來講，工藝一與工藝二去除效果相當。

3 兩工藝運行成本分析

3.1 藥劑及濾料成本分析

工藝一中選用市場上最為通用的混凝劑——聚合氯化鋁(PAC)，實際處理前根據燒杯攪拌實驗得出了棄流雨水處理的最佳投藥量為0.1 g/L，折算為噸水藥劑費用為0.16元。兩種工藝中所用濾料成本及更換周期如表3所示。

表3 不同工藝中所用濾料運行成本及更換周期

3.2 電耗及費用分析

兩工藝運行時電耗及費用如表4所示。

表4 不同工藝的電耗及費用

在不考慮人工費及裝置折舊費用前提下，裝置運行年總費用為藥劑費用、濾料費用、活性炭費用及電費之和，裝置年處理雨水為Q噸，兩工藝運行時年總費用如表5所示。

表5 工藝一、工藝二年運行費用比較

由表5可知，當年雨水處理量介于0 t～467 t之間時，工藝一的年運行費用低于工藝二，采用工藝一比較劃算；當年雨水處理大于467 t時，工藝二的年運行費用低于工藝一，采用工藝二比較劃算；當年處理水量為467 t時，運行成本為1.4 元/t。

4 結語

1)重慶市屋面初期雨水污染相對較為嚴重，主要污染物為SS、濁度、COD，其總氮、總磷、BOD5含量較低。為減少后續處理設置的負擔，建議重慶市屋面雨水的合理棄流量為6 mm，SS去除率為40%～60%，濁度去除率為20%～50%，COD去除率為30%～60%。2)工藝運行結果顯示：“混凝→沉淀→過濾→活性炭吸附工藝”處理效果優于“預沉淀→過濾→活性炭吸附工藝”。“混凝→沉淀→過濾→活性炭吸附工藝”對SS去除率為95%～99%，濁度去除率為95%～99%，COD去除率為85%～90%，BOD5去除率為65%～70%。“預沉淀→過濾→活性炭吸附工藝”對SS去除率為80%～85%，濁度去除率為85%～90%，COD去除率為80%～85%，BOD5去除率為70%～75%。3)從經濟效益考慮，當年雨水處理量介于0 t～467 t之間時，建議使用“混凝→沉淀→過濾→活性炭吸附工藝”；當年雨水處理不小于467 t時，建議使用“預沉淀→過濾→活性炭吸附工藝”。

[1] 住房和城鄉建設部.海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建[Z].2015.

[2] 車 武,劉 紅,汪慧貞,等.北京市屋面雨水污染及利用研究[J].中國給水排水,2001,17(6):57-61.

[3] 李圭白.水質工程學[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[4] Huybrechts,D.Verachtert,E.Vander Aa,S,et al.Polluted rainwater runoff from waste recovery and recycling companies:Determination of emission levels associated with the best available

techniques[J].WASTE MANAGEMENT,AUG,2016(54):74-82.

[5] 楊 凱.屋面雨水凈化與直接利用技術研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學,2010.

[6] 車 伍,李俊奇,劉 紅,等.現代城市雨水利用技術體系[J].北京水利,2003(3):136-137.

Study on typical rainwater features and recycling treatment of Chongqing city

Hu Longhui1Tong Yu2Zhang Qin1Xiong Lijian3

(1.CollegeofCityConstruction&EnvironmentEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China; 2.CMCUEngineeringCo.,Ltd,Chongqing400000,China; 3.ChinaMunicipalEngineeringSouthwestDesignAcademyCo.,Ltd,Chengdu610000,China)

Through analyzing roof rainwater quality of Chongqing region, the paper introduces two kinds of rainwater processing technologies, explores rainwater processing effect of different technologies, and compares two kinds of processing technology operation cost from aspects of agentia, filter material and power consumption, and finally determines a kind of comparatively rational processing technology.

rainwater, water quality, rainwater processing technology, operation cost

1009-6825(2017)10-0122-03

2017-01-20

胡龍輝(1990- ),男，在讀碩士； 童 愚(1968- )，男，高級工程師； 張 勤(1957- )，男，教授； 熊力劍(1991- )，男，工程師

TU991.114

A