工業(yè)廠房屋面雨水收集利用技術(shù)研究與應(yīng)用

劉華平，吳衛(wèi)平

（1.鑫緣繭絲綢集團(tuán)股份有限公司 江蘇海安2266002.海安市水務(wù)局 江蘇海安226600）

1 前言

隨著城市及工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，造成建筑、路面、廣場(chǎng)、停車場(chǎng)等地面硬化面積不斷增加，產(chǎn)生了一系列負(fù)面影響。這一種人為干預(yù)而產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)就是雨水大量流失、城市道路經(jīng)常積水影響交通、雨水峰值突變?cè)黾优潘到y(tǒng)難度、地表及地下水位下降等現(xiàn)象加劇。目前我國(guó)有66%的城市缺水，以至國(guó)家拆巨資搞城市調(diào)水工程。

我國(guó)水資源的短缺已成為現(xiàn)實(shí)，以往的水資源利用模式已不能滿足當(dāng)前城市發(fā)展不斷增加的水資源需求時(shí)，回收雨水就成為了一種新的水資源合理利用方式，即把從建筑、路面、廣場(chǎng)收集的雨水通過集中和儲(chǔ)存利用，使人類從大自然水文循環(huán)中獲取了寶貴的水資源，緩解了當(dāng)前和今后人類發(fā)展所需的水資源短缺現(xiàn)象。

城市雨水回收是水資源綜合利用中的一種新模式，體現(xiàn)了很好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。目前，我國(guó)水資源短缺日益嚴(yán)重，針對(duì)存在問題，我國(guó)正在大力推廣海綿城市，因此，工業(yè)廠房屋面雨水回收利用技術(shù)研究與應(yīng)用適應(yīng)了社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)狀與需求。

應(yīng)海安縣水務(wù)局聘請(qǐng)，作者參與了海安市江蘇鷹球集團(tuán)有限公司占地面積相對(duì)較大且較為集中的生產(chǎn)廠房屋面雨水收集利用工程，現(xiàn)將該工程技術(shù)的研究與應(yīng)用情況分析如下，供絲綢生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施雨水回收利用工程時(shí)參考。

2 國(guó)內(nèi)外屋面雨水收集利用現(xiàn)狀

2.1 屋面雨水的收集

目前，國(guó)內(nèi)外廠區(qū)屋面的雨水收集是將雨水集中引入綠地、透水路面，或經(jīng)過簡(jiǎn)單的過濾處理引入儲(chǔ)水設(shè)施蓄存，用于廠區(qū)觀賞水景、澆灌廠區(qū)綠地、沖洗廠房?jī)?nèi)設(shè)備或地面，或供企業(yè)職工洗車和沖洗廁所。

2.2 屋面雨水的處理

目前，國(guó)內(nèi)外廠區(qū)屋面雨水收集后的處理與常規(guī)的水處理方法相同，唯一區(qū)別的是回收的雨水水質(zhì)要比一般企業(yè)回收的中水水質(zhì)好，通過實(shí)施項(xiàng)目收集的雨水化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，雨水的pH值平均約在5.6左右，只要將初期收集的雨水所帶入的污染物（如樹葉、泥砂等）經(jīng)由濾網(wǎng)篩除、沉淀及過濾的處理過程就可以去除。

2.3 雨水的供應(yīng)

目前，國(guó)內(nèi)外廠區(qū)屋面雨水收集后由于未經(jīng)過相應(yīng)的處理（如消毒等），所收集的雨水，經(jīng)簡(jiǎn)單預(yù)處理與儲(chǔ)存后，用水泵將雨水提升至水塔，用于替代不與人體接觸的方面，如沖洗設(shè)備和廠房地面、沖洗廁所、澆灌花木等為主。

3 項(xiàng)目實(shí)施企業(yè)現(xiàn)狀

江蘇鷹球集團(tuán)有限公司目前擁有專業(yè)熱處理爐40多臺(tái)，這些設(shè)備的工作溫度在攝氏900℃～1300℃，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中需用自來水逐步降溫，每臺(tái)設(shè)備每小時(shí)的耗用冷卻水量約3噸，40多臺(tái)設(shè)備每小時(shí)耗水量約1200噸。

企業(yè)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中排放回收處理的中水和雨水收集處理回收利用工程方面做了大量研究與工程實(shí)踐。近年來，企業(yè)投入資金，改造企業(yè)熱處理設(shè)備原有冷卻水供給系統(tǒng)，將原有熱處理設(shè)備冷卻采用的自來水改用收集的雨水來代替，進(jìn)行回收雨水替代自來水冷卻熱處理設(shè)備并循環(huán)利用的試驗(yàn)研究和應(yīng)用，經(jīng)不斷總結(jié)提高，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)雨水替代自來水目標(biāo)，大幅度減少了自來水的耗用量和污水排放量，有效降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

4 項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容

4.1 存在問題分析

雨水作為企業(yè)生產(chǎn)補(bǔ)充水源并納入原有用水系統(tǒng)與其聯(lián)合運(yùn)行從技術(shù)上是可行的，但實(shí)際應(yīng)用中需要解決以下問題。

（1）加劇原用水系統(tǒng)的水量波動(dòng)。實(shí)際使用中水量平衡計(jì)算不合理是用水設(shè)施設(shè)計(jì)與運(yùn)行存在的主要問題之一，而由于用水系統(tǒng)的使用對(duì)象主要是企業(yè)熱處理等大型設(shè)備，用水的來源隨著用水設(shè)備排放的水量和時(shí)間的分布呈現(xiàn)差異，常出現(xiàn)時(shí)多時(shí)少的情況，控制水量平衡的難度增加。如對(duì)雨水進(jìn)行回收利用其季節(jié)波動(dòng)和隨機(jī)性較大，如將雨水與企業(yè)原生產(chǎn)用水系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，將會(huì)加劇用水系統(tǒng)的水量波動(dòng)。

（2）要將原有用水系統(tǒng)與雨水回收利用系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，并使系統(tǒng)運(yùn)行正常必須增加調(diào)蓄設(shè)施以容納雨水，但由于收集的雨水總量少且相對(duì)集中，所以增容后的用水系統(tǒng)在缺雨季節(jié)通常不能滿負(fù)荷運(yùn)行，在降雨季節(jié)，儲(chǔ)水系統(tǒng)又難于將屋面所有的雨水收集并處理，雨水進(jìn)入用水系統(tǒng)往往還會(huì)造成原有用水的溢流，造成雨水代替原水，并未有效增加水資源用量。

（3）對(duì)企業(yè)辦公樓和職工宿舍而言，由于可利用的屋頂面積有限，可收集的屋面雨水量與原有用水水量相比也有限，這些雨水進(jìn)入用水系統(tǒng)使其復(fù)雜性和投入相對(duì)增加，因此可用性不大。

4.2 應(yīng)用研究及分析

4.2.1 所在地降雨及資料分析

（1）全縣多年平均降水量1041mm，年均降雨次數(shù)為114.3次，其中4mm以上的降雨降雨量占總降雨的的比例為92.5%。

（2）設(shè)計(jì)重現(xiàn)期1年一遇日降雨量為79mm。水池容積計(jì)算取33.1mm，相當(dāng)于重現(xiàn)期0.15年的降雨強(qiáng)度，此時(shí)雨水控制率（季節(jié)折減系數(shù)）為84.5%。

4.2.2 雨水收集利用的總體規(guī)劃及計(jì)算數(shù)據(jù)

（1）每年平均可利用雨水量的計(jì)算

式中W—屋面年均可利用雨水資源量(m3);H—多年平均降雨量(m);A—建造屋面總匯水面積(㎡)；ψ—綜合徑流系數(shù)(取0.45)；α—季節(jié)折減系數(shù)；該企業(yè)建造屋面總匯水面積為129650㎡。

W=0.845×0.45×1.041×129650＝51321m3

（2）雨水收集水池容積計(jì)算

雨水經(jīng)過收集過濾后從而達(dá)到它的回用水質(zhì)要求。本地24小時(shí)降雨量為33.1mm（0.15年重現(xiàn)期）。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，屋面雨水初期棄流可采用1～3mm徑流厚度，本設(shè)計(jì)綜合取2mm，水池計(jì)算容積已去除棄流雨水量，即實(shí)際可收集雨水量為31.1mm。

一次降雨可直接收集下墊面雨水：Qy＝129650×0.45×0.0311＝1814.5m3

該工程設(shè)計(jì)用水周期取為3天，則每天的雨水回用量為：Qd=1200m3/d

絲綢生產(chǎn)企業(yè)可結(jié)合各自的實(shí)際用水量及水池的實(shí)際占地情況，建造雨水收集池，余量雨水以溢流形勢(shì)排放至市政雨水管網(wǎng)。各企業(yè)應(yīng)根據(jù)所在地的實(shí)際情況來考慮雨水的保質(zhì)周期及本地區(qū)兩場(chǎng)降雨間隔時(shí)間。

圖2 雨水收集利用系統(tǒng)布置示意圖

（3）處理雨水及使用

根據(jù)不同用途采用不同的處理方式，該項(xiàng)目的雨水主要用于企業(yè)熱處理設(shè)備的冷卻水?？紤]雨水的水質(zhì)，以及對(duì)用水水質(zhì)的要求，本項(xiàng)目所收集的雨水經(jīng)雨水過濾裝置過濾后，可滿足以上用水水質(zhì)要求。

雨水在經(jīng)過初期棄流后的水質(zhì)為：CODcr60～100mg/L；SS20～40mg/L。所以雨水在經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理后即可達(dá)到使用要求。

4.3 雨水綜合利用系統(tǒng)的設(shè)置及用途

4.3.1 雨水收集利用流程

圖1 雨水收集利用系統(tǒng)流程示意圖

在上圖流程中，屋面雨水經(jīng)雨落管進(jìn)入初期棄流裝置：經(jīng)初期棄流后的雨水通過貯水池收集后循環(huán)利用。

4.3.2 雨水收集利用系統(tǒng)布置

雨水利用系統(tǒng)布置在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的位置和空間內(nèi)，且全部構(gòu)筑單元均在地面以下，雨水收集利用系統(tǒng)布置如下圖所示：

4.3.3 初期雨水的棄流

在屋面雨水收集過程中，初期收集的水質(zhì)較差，應(yīng)該將其棄除，收集那些中后期水質(zhì)教潔凈所降雨水。能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能的設(shè)備稱之為雨水初期棄流裝置。屋面雨水的棄流需采用內(nèi)置式初期雨水高效率棄流裝置。排除后的雨水進(jìn)入廠區(qū)雨水排放管道，中、后期的潔凈雨水進(jìn)入屋面雨水收集管道后流向雨水儲(chǔ)水池。

5 結(jié)論

（1）通過有效的截留和控制屋面雨水，可大幅減少廠區(qū)雨水排水管網(wǎng)的規(guī)模（約20%左右）。

（2）與中水回用項(xiàng)目相比，雨水收集利用系統(tǒng)可適合在廠區(qū)發(fā)揮作用。雨水收集系統(tǒng)建設(shè)較簡(jiǎn)單，在廠區(qū)房屋基建時(shí)，在屋頂增設(shè)排放雨水的管道，地下建一個(gè)蓄水池就行了，其后期的運(yùn)行管理也不復(fù)雜，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)（雨水回用設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約為0.16-0.19元/立方米）。

（3）有效降低水中所含鈣鎂離子含量，大幅度降低水處理成本，可有效降用水設(shè)備的結(jié)垢和延長(zhǎng)其使用壽命。

（4）雨水可以循環(huán)利用于設(shè)備冷卻，也可用于觀賞水景、澆灌廠區(qū)內(nèi)綠地、沖洗設(shè)備、沖刷廠房地面或廠區(qū)路面，或供職工洗車和沖洗廁所。