淺談雨水收集與再利用

靳現(xiàn)國++周政

摘 要：隨著我國城市化的飛速發(fā)展，人們對生產(chǎn)及生活用水的需求空前驟增，政府通過引灤入京、南水北調(diào)等工程有效緩解了用水緊張問題，但是如何增加水資源的利用率成為了擺在我們面前的一道難題。結(jié)合空客A330項(xiàng)目實(shí)例進(jìn)行討論研究。

關(guān)鍵詞：雨水收集；收集系統(tǒng)；回用流程；水質(zhì)保持

中圖分類號：TU986 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.088

1 雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則為：①在經(jīng)濟(jì)可行的前提下，充分挖掘利用雨水。②雨水收集系統(tǒng)設(shè)置要充分利用室外地下空間，不占用建筑容積率面積。雨水收集過程主要部件有管道系統(tǒng)、功能單元（棄流控制系統(tǒng)單元、沉淀過濾系統(tǒng)單元和檢查井等）和埋地式雨水收集箱。部件必須應(yīng)盡量選用抗腐較強(qiáng)并能循環(huán)使用的環(huán)保非金屬材料，例如PE或PP材質(zhì)。為保障系統(tǒng)長期運(yùn)行的安全無泄漏，采用的熱熔、電熔連接的管道、功能單元和埋地式雨水收集箱應(yīng)選用同一廠家生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)成品，盡量避免不同廠家產(chǎn)品混用。產(chǎn)品應(yīng)取得國內(nèi)或國際相關(guān)權(quán)威機(jī)機(jī)構(gòu)認(rèn)證。③在雨水收集整個過程中，盡可能減少設(shè)置用電設(shè)備或者閥門等裝置，只靠雨水自身重力流來完成雨水棄流、過濾、沉淀分離等功能過程，運(yùn)行無能耗，以達(dá)到節(jié)能的目的。④雨水系統(tǒng)日常的維修和維護(hù)應(yīng)簡單、方便、安全，在長期運(yùn)行過程中必須經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。⑤雨水收集與利用系統(tǒng)必須設(shè)置通氣系統(tǒng)，以保證內(nèi)外壓力平衡?？刹捎没赜每?、排污口兼做通氣作用，通氣管道直徑不小于100 mm。⑥雨水管理系統(tǒng)力求投資低，運(yùn)行費(fèi)用低，充分結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，通過對雨水的利用，起到節(jié)水、水資源保護(hù)、減輕城市雨洪負(fù)荷、改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。⑦考慮利用中水系統(tǒng)的聯(lián)動性，優(yōu)先利用雨水，降低運(yùn)行成本。

2 雨水管理方案

項(xiàng)目雨水管理方案符合國家對節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水的要求。項(xiàng)目設(shè)置地埋式內(nèi)支撐式PP模塊雨水蓄水池若干座，地埋系統(tǒng)不占空間，符合國家節(jié)地的要求。收集池位于該項(xiàng)目室外埋地，雨水經(jīng)棄流、緩流、截污、沉淀、過濾等物理工藝，去除物理雜質(zhì)后收集于埋地PP模塊水池組中。收集過程采用重力流完成，符合節(jié)能的基本要求。收集于PP模塊內(nèi)支撐式水池中的雨水經(jīng)精密過濾、消毒后主要用于綠化澆灌等。

3 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)措施》（GB 50400—2006），雨水收集利用工程的降雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期一般按1～2年計(jì)。

雨水徑流總量的計(jì)算公式如下：

W=10ΨchyF. （1）

式（1）中：W為雨水設(shè)計(jì)徑流總量，m3；Ψc為雨量徑流系數(shù)；hy為設(shè)計(jì)降雨厚度，mm；F為匯水面積，hm2。

通過計(jì)算，空客A330項(xiàng)目雨水收集量滿足5 d用水，該項(xiàng)目設(shè)置3座蓄水池，容積分別為720 m3、337 m3、648 m3，主要用于綠化灌溉、道路廣場沖洗等。

4 埋地式雨水收集箱體技術(shù)要求

埋地式雨水收集箱體技術(shù)要求有：①埋地式收集箱埋地構(gòu)成雨水收集池，設(shè)計(jì)時，一般要進(jìn)行抗浮力校核。本項(xiàng)目中水池有效深度均為2.17 m，根據(jù)重力平衡法測算覆土深度不小于1.7 m，抗浮力驗(yàn)算需符合設(shè)計(jì)和使用要求。②埋地式雨水箱外面包裹一層雨水管理專用HDPE復(fù)合防滲膜，通過它將整個收集箱與外界土壤隔離開，防止收集箱內(nèi)的水滲透出來及土壤中的污染物質(zhì)滲入集水箱內(nèi)造成污染，同時保證整個系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。HDPE防滲膜的外面還有一層起保護(hù)作用的土工布，進(jìn)一步保護(hù)防滲膜，確保整個系統(tǒng)底部和側(cè)面不會發(fā)生外滲和內(nèi)滲。③為避免施工過程中施工器具或意外情況對雨水箱保護(hù)膜造成傷害，在包裹結(jié)束后的雨水收集箱體的周邊和上表面圍蓋一層保護(hù)板。

5 材質(zhì)的要求

5.1 雨水貯存模塊

雨水貯存模塊是由PP塑料注塑而成的，無毒無污染，耐酸耐堿，長期在水中不會析出任何有害物質(zhì)污染雨水，其特點(diǎn)是：①擁有95%以上的貯水空隙率；②無需工具快速組裝，能大幅降低施工機(jī)械的使用頻率和施工強(qiáng)度；③降低超過30%的開挖、運(yùn)輸及60%的回填量；④標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)，可根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成各種不規(guī)則形狀；⑤埋設(shè)于地下，節(jié)約大量地面空間，可按需設(shè)置于道路、廣場、停車場、運(yùn)動場地下；⑥無限制設(shè)計(jì)存儲容積，從根本上改變常規(guī)水池的沉降、開裂、滲漏等諸多問題；⑦產(chǎn)品采用100%純原料制造，安全無污染，有利于改善存貯水質(zhì)；⑧受專利權(quán)保護(hù)產(chǎn)品，著作權(quán)保護(hù)產(chǎn)品

5.2 組合窨井

組合窨井的特點(diǎn)是：①使用HDPE＼PP高分子材料為原料，取代傳統(tǒng)的紅磚、水泥為原料的筑砌方法，降低能源和耕地消耗，節(jié)省寶貴的資源。②內(nèi)壁光滑，粗糙系數(shù)低，通水性強(qiáng)，水通過效率是傳統(tǒng)磚砌井的兩三倍。③工廠模塊化生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝，運(yùn)輸便捷，施工方便；全天候施工，受氣候影響因數(shù)小，施工周期僅為傳統(tǒng)檢查井的1/10.④可任意調(diào)節(jié)井筒高度和支管接入位置，能滿足工程安裝及各方來水收集等要求，有較強(qiáng)的適應(yīng)性。⑤與排水管之間采用承插熱塑性連接方式，柔性接口，不僅牢固可靠，而且有較強(qiáng)的抗沉降適應(yīng)性和熱脹冷縮性，達(dá)到零滲漏。⑥耐酸、堿、鹽等多種化學(xué)介質(zhì)，理論耐腐蝕壽命在50年以上。⑦工程造價約為傳統(tǒng)檢查井的1/2，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)。⑧組合井外表表面有環(huán)向和豎向兩個方向交錯的肋，增加了組合井與回填土的接觸面積，從而增大了檢查井和回填土的咬合力。這種結(jié)構(gòu)有比較明顯的抗浮和抗壓功能。⑨在地下水位特別高的情況下，為增加組合井的抗浮和抗壓能力，還可通過增加組合井底板面積等措施增大壓重抗浮。

6 雨水回用流程

根據(jù)雨水用途的不同，采用不同的雨水處理方式。空客A330項(xiàng)目的雨水主要用于綠化澆灌、道路廣場沖洗等?？紤]到雨水的水質(zhì)以及對用水水質(zhì)的要求，收集的雨水經(jīng)雨水處理系統(tǒng)后，可滿足不同用水水質(zhì)要求。具體工藝流程如圖1所示。

7 棄流、沉淀、過濾系統(tǒng)單元

7.1 初期雨水分流井

雨水初期棄流采用溢流堰式初期雨水分流井。棄流雨水流入下游雨水管道或市政雨水口，中后期潔凈雨水進(jìn)入PP模塊水池，余量雨水溢流至下游管段。初雨分流井為現(xiàn)澆混凝土井。

7.2 沉淀過濾系統(tǒng)

沉淀過濾采用整體注塑和注塑組合件構(gòu)成，所有材質(zhì)均為PE或PP，不會對收集雨水構(gòu)成二次污染，并且不易結(jié)垢、易清理。

多層緩流沉淀系統(tǒng)采用高進(jìn)低出的方式，雨水精密過濾系統(tǒng)采用低進(jìn)高出的方式。其中，多層緩流沉淀系統(tǒng)進(jìn)水管與過濾器出水管（PP模塊組進(jìn)水管）存在高差H，保證了收集過程中依靠雨水重力流完成，不需要額外能耗。多層緩流沉淀系統(tǒng)采用高進(jìn)低出的方式，根據(jù)重力原理首先保證雨水中的漂浮物等低比重物質(zhì)漂浮在多層緩流沉淀系統(tǒng)上方，不會通過沉淀池下方的出水口流向下一級的過濾器，同時在多層緩流沉淀系統(tǒng)的出水口下方有一個沉淀池，大比重物質(zhì)可以在此進(jìn)行首次沉淀。

過濾器分為上下兩室，水由過濾器下室流入，上室流出，中間用隔板隔開，上下兩室通過中間過濾筒連接在一起。采用低進(jìn)高出的方式，同樣根據(jù)重力原理保證大比重物質(zhì)沉淀在過濾的下室，對雨水有一個再沉淀的過程，水通過過濾筒流入過濾器上室，雨水通過兩次經(jīng)過濾筒的過濾進(jìn)一步濾去雨水中的懸浮物。過濾筒為中空結(jié)構(gòu)，可以通過更換濾筒中的過濾物達(dá)到不同的過濾效果，一般雨水過濾可直接利用濾筒的空洞過濾，或在濾筒中填充粗砂等過濾物達(dá)到過濾的目的。濾筒為活動結(jié)構(gòu)，可方便通過雨水精密過濾系統(tǒng)井口拆裝，拆卸后可根據(jù)需要清理或更換過濾材料，清洗過濾筒，維護(hù)簡便。

立式濾筒不易堵塞，清理方便，有利于根據(jù)比重差實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的沉淀過濾，提高雨水的通過率。經(jīng)過沉淀和過濾的雨水在流入PP模塊組蓄水池前還要經(jīng)過鋪設(shè)在模塊組上方的粗砂層和無紡?fù)凉た椢锏倪^濾，沉淀和過濾盡可能做到在雨水進(jìn)入雨水收集模塊前完成，最大限度地保證收集到的雨水是潔凈的。另外，立式濾筒在沉淀過濾系統(tǒng)沖洗、清理并排污時，被過濾污物能方便地回流到多層緩流沉淀系統(tǒng)中。

8 電氣設(shè)備要求

電氣設(shè)備要求包括：①回用井內(nèi)安裝潛水回用泵，自動控制中低液位停泵。一般建議設(shè)置潛水供水泵2臺，互鎖聯(lián)動運(yùn)行，如果考慮節(jié)約成本，小型系統(tǒng)可設(shè)潛水供水泵1臺。②排污井內(nèi)安裝排污泵1臺，排污井設(shè)在收集箱進(jìn)水口附近，用于清除可能經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入收集箱的泥污。排污泵控制方法為手動啟泵、手動停泵，手動啟泵、低液位停泵，手動啟泵、30 min自動停泵。④電控柜實(shí)時顯示雨水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括雨量強(qiáng)度、閥門工作狀態(tài)、水泵運(yùn)行、停止、過載、缺相、面板漏電、電機(jī)進(jìn)水、電流、電壓等，并對泵進(jìn)行全自動保護(hù) （過載、缺相、短路、滲漏）。⑤電氣控制柜具體放置位置可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境確定，并可以配備遙控設(shè)施方便操控，還實(shí)現(xiàn)與中控室的聯(lián)動控制。⑥雨水收集利用中小型系統(tǒng)，符合綠色低碳的要求。

9 系統(tǒng)安裝及后期維護(hù)

9.1 PP模塊組收集池反沖洗系統(tǒng)

雨水在進(jìn)入收集箱前已充分對收集的雨水進(jìn)行了沉淀和過濾，但為了保證PP模塊雨水收集池的清潔和后期維護(hù)方便，雨水收集系統(tǒng)還設(shè)置了反沖洗系統(tǒng)、排污系統(tǒng)。反沖洗系統(tǒng)直接利用收集池本身收集的雨水即可實(shí)現(xiàn)，反沖洗系統(tǒng)與回用系統(tǒng)和排污系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)。

回用和沖洗通過設(shè)置在管路上的電磁閥自動進(jìn)行切換。PP模塊組為獨(dú)特的拼裝蜂窩結(jié)構(gòu)，反沖洗管可以方便地根據(jù)需要穿插安裝在PP模塊組收集池的各個部位。

沖洗后的污水通過排污泵抽排至市政管網(wǎng)，排污泵設(shè)置位置為整個收集池的最低點(diǎn)，并位于系統(tǒng)進(jìn)水管附近，盡可能保證排污的干凈、徹底。回用、沖洗、排污控制由雨水控制系統(tǒng)集中、遠(yuǎn)程自動控制，操控簡便。沖洗用水直接取自雨水回用管路電磁閥（沖洗閥），沒有使用外來水源，符合節(jié)能和低碳環(huán)保的要求。

9.2 水質(zhì)保持措施

水質(zhì)保持措施主要包括：①PP模塊組收集池采用專用復(fù)合雨水膜包裹埋設(shè)于地下，與周邊土壤環(huán)境溫度（低溫）保持一致，有效隔絕了水池中的水與空氣和陽光接觸，水僅與PP和PE材料接觸，最大限度地抑制了藻類和微生物的生長（模擬地下水的長期存儲環(huán)境）。②考慮到水本身特性毛細(xì)現(xiàn)象，本PP模塊組采用獨(dú)特的拼裝蜂窩結(jié)構(gòu)，水在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體中進(jìn)行毛細(xì)微循環(huán)。③將收集水池中的雨水與整個工程項(xiàng)目中的生態(tài)用水和景觀用水（例如噴泉等）融為一體構(gòu)筑成一個大的循環(huán)系統(tǒng)，同時本收集系統(tǒng)的反沖洗系統(tǒng)的定期開啟循環(huán)構(gòu)成池內(nèi)小循環(huán)。流水不腐，正是本系統(tǒng)應(yīng)用的效果。④采用全自動精密過濾裝置，主要用于去除水體懸浮物、顆粒物，降低濁度，凈化水質(zhì)，減少系統(tǒng)污垢、菌藻、銹蝕等。⑤雨水消毒采用紫外線消毒，不需要加入任何化學(xué)藥劑，不會對水體和周圍環(huán)境造成二次污染。紫外線消毒可與沖洗系統(tǒng)循環(huán)聯(lián)動，程序控制自動化定時運(yùn)行，有益于水質(zhì)的長期保持。

10 經(jīng)濟(jì)效益分析

空客A330項(xiàng)目雨水收集面積約為1.95×105 m2。根據(jù)天津地區(qū)一年一遇日降雨量為45.7 mm的現(xiàn)狀，初期棄流取3 mm，一次可收集雨水1 705 t。天津自來水價格為7.85元/t，廠區(qū)綠化日用水量為341 t，雨水收集池中的雨水可連續(xù)使用5 d，相當(dāng)于每天使用收集的雨水進(jìn)行綠化澆灌少支出2 676.85元水費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益比極高。

11 結(jié)束語

我國當(dāng)前對于初期雨水的處理技術(shù)還不是很成熟，但是隨著城市雨水利用技術(shù)的不斷推廣，越來越多的人開始重視城市雨水收集利用技術(shù)。在城市初期雨水收集利用系統(tǒng)的建設(shè)過程中，應(yīng)該根據(jù)工程項(xiàng)目環(huán)境，對系統(tǒng)方案進(jìn)行合理選擇，保證系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕

文章編號：2095-6835（2016）23-0090-01