屋頂雨水水質(zhì)分析及回收利用技術(shù)研究

王博 張娟

摘要：水為人類賴以生存的重要自然資源，受地形環(huán)境及氣候影響，我國不同地區(qū)水資源分布差異較大，西北部地區(qū)水資源較為匱乏，為減緩城市水資源需求壓力，通過對雨水的收集和利用，將有效提高水資源的利用效果。以陜西咸陽市南海家緣小區(qū)為雨水采集點，通過雨水采集并進行化驗分析，表明了成陽市市區(qū)雨水總體污染較小，屋頂收集到的雨水通過簡單處理后各項水質(zhì)指標(biāo)能滿足灌溉及地表水水質(zhì)要求。通過對城市內(nèi)建筑施工現(xiàn)場及居民居住小區(qū)屋頂雨水收集利用模式進行了探討，提出了相應(yīng)的雨水收集及利用的方式，對于城市雨水的收集利用具有行之有效的推廣意義。

關(guān)鍵詞：屋頂雨水;水質(zhì)分析;回收利用;水處理

中圖分類號：TU991.11+4

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0129-05

Water Quality Analysis and Recycling Technologyof Roof Rainwater

WANG Bo，ZHANG Juan

（Xianyang Vocational Technical College，Xianyang Shaanxi 712000.China）

Abstract ： Water is an important natural resource for human survivaI.Affected by the terrain，environment and cli-mate. the distrihution of water resources in different regions of China is quite different.and the water resources inthe northwest are relatively scarce.In order to reduce the pressure of urban water demand.the collection and utiliza-tion of pre rainwater will effectively improve the utilization effect of water resources.Taking Nanhai Jiayuan commu -nity of Xianyang City，Shaanxi Province as the rainwater collection point，through rainwater collection and analysis，it shows that the owerall pollution of rainwater in Xianyang city is relatively small，and the rainwater collected fromthe roof can meet the requirements of irrigation and surface water quality after simple treatment.Through the discus-sion of the rainwater collection and utilization mode of the construction site and the roof of the residential quarterin the city，the corresponding rainwater collection and utilization mode is put forward， which has the effective promo-tion significance for the urhan rainwater collection and utilization.

Key words ： roof rainwater;water quality analysis;recycling;water treatment

目前淡水資源面臨著短缺，水污染形勢嚴(yán)峻，受地理環(huán)境影響水資源分布不均，西部及北部地區(qū)淡水資源較為匱乏。對淡水資源的合理利用及節(jié)約水資源成為了目前重要的社會問題，尋求一種有效的方法提高淡水自然利用率，能有效緩解淡水資源不足的問題[1]。作為重要的地表淡水補充資源，雨水對人類賴以生存的環(huán)境有著重要的影響。對雨水資源的回收利用，不僅能有效緩解暴雨時期城市排水系統(tǒng)的壓力，還能補充地表水資源，降低城市水資源供應(yīng)不足的問題。雨水資料的利用方式很多，目前常見的為直接通過雨水收集設(shè)備收集好后，根據(jù)雨水水質(zhì)的好壞，用于道路沖洗、噴灑地面防塵、洗車、消防等方面，同時對收集到的雨水進行處理后補充到地表水資源中，改善城市生活環(huán)境[2-4]。

對于雨水的收集目前主要集中于對屋頂及路面，但由于屋頂及路面受到的污染程度不同，造成收集到的雨水水質(zhì)差異較大，相比而言路面收集到的雨水污染較為嚴(yán)重，含有的雜質(zhì)及污染物較多。許潤等（2019）分析了屋面材料及空氣質(zhì)量對收集到的雨水水質(zhì)的影響，并探究了在儲水箱中的雨水微生物及沉降作用，通過超濾處理后水質(zhì)達到了生活用水標(biāo)準(zhǔn)[5];何超等（2018）通過對比了傳統(tǒng)車庫頂板排水系統(tǒng)及PDS雨水收集系統(tǒng)，提高了地下車庫頂在雨水利用中的實際工程意義[6];王兆庚等（2019）以天津大學(xué)為實例通過收集屋頂雨水，采用水泵加壓回補地下水，論證了該方法退地下水補回的有效作用[7];蘇楊等（2019）通過雨水收集系統(tǒng)對海島上的雨水進行回收利用，為駐島人員淡水資源提供了良好的補充[8];張麗宏等（2018）以城市公園雨水收集及重復(fù)利用為目的，開展了雨水收集利用方面建設(shè)合理性分析、管理及后期維護方面的研究工作，促進了雨水在城市公園中的利用發(fā)展[9]。

對于屋頂雨水收集方面目前通常采用儲水后滲入地下的方式，補充地表水資源;以及在屋頂建設(shè)空中花園，種植各類植被，種植植被的底層具有排水管道系統(tǒng)，過多的雨水將會排出，一般情況下土層厚度200mm左右，種植適應(yīng)生長的植被。近年來國內(nèi)許多專家在雨水回收利用方面做了大量的研究工作，特別是在雨水收集及處理系統(tǒng)設(shè)計方面。對于雨水水質(zhì)分析及利用實踐工作方面，仍然是目前研究的重要內(nèi)容。本文以陜西省咸陽市屋頂雨水收集利用為例，分析了該區(qū)域屋頂收集雨水水質(zhì)特征，并在回收利用方面開展了相關(guān)論述，為關(guān)中平原屋頂雨水利用提供借鑒。

1屋頂雨水水質(zhì)分析

1.1實驗區(qū)域概況

實驗區(qū)域位于陜西關(guān)中盆地咸陽市，位于渭河流域中部流域，屬于溫帶半濕潤大陸季風(fēng)性氣候，一年四季分明，春秋時間較短，夏冬時間較長，氣候較為干燥，雨水較少，以東北風(fēng)為主，年降水量為500-800mm，每年7-9月為降雨量高峰期。實驗所屬小區(qū)為南海家緣小區(qū)，降雨量分布受氣候影響較大，夏季由于熱帶高壓及熱低壓影響，造成陰雨天氣較多，冬季受北方冷空氣高壓影響，形成寒冷干燥少雨雪氣候。降雨以鋒面、對流型為主，雨季降雨時間持續(xù)較長。

從自然環(huán)境方面分析關(guān)中平原水資源較為豐富，南部接壤秦嶺山脈，形成良好的蓄水條件。城市建筑較為密集，屋頂雨水占比中雨水量較大，形成了良好的雨水收集條件。盡管具有一定的年降雨量，但降雨時間具有集中的特征，隨著季節(jié)及地理位置的變化而差異較大。近年來隨著咸陽市城市建設(shè)的速度加快，城市市區(qū)范圍逐漸擴大，建筑物屋頂面積增多，給屋頂雨水收集提供了極大的優(yōu)勢。

1.2實驗設(shè)備及材料

雨水COD、TP、ss、pH和TN檢測采用UV-754紫外可見分光光度計，北京海天友誠科技有限公司制造，波長范圍：190-1100nm，波長準(zhǔn)確度：+0.5nm，波長重復(fù)性：0.2nm，透射比準(zhǔn)確度：≤0.3%t，透射比重復(fù)性：0.1%t，透射比范圍：0-200%t如圖1所示。

pH測定儀為美國優(yōu)特pH620便攜式pH計，青島明博環(huán)?？萍加邢薰敬?，量程：-10-110℃;臺式電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，河北潤創(chuàng)科技開發(fā)有限公司;西特精密天平BL-2000F電子天平，珠海天創(chuàng)儀器有限公司。

1.3實驗方法

實驗季節(jié)為6-9月份，此時段為年度雨水充沛時期，因此實驗結(jié)果具有代表性。為分析屋頂雨水各項指標(biāo)，進行了對照實驗，即收集了未落地的雨水作為對照。設(shè)置采樣點位于咸陽市區(qū)南海家緣小區(qū)居民住宅樓頂（平頂水泥隔熱、隔水層），按照樓頂面積大小均勻散布雨水收集點，采集未落地雨水及屋面雨水。

屋面雨水收集技術(shù)流程依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》，在中到大雨期間進行采集，未落地雨水利用雨水收集器進行收集，屋面雨水在屋面低洼處進行收集。取樣過程每30min取樣一次，每次取樣500mL，并對取樣樣品進行編號記錄。各水質(zhì)指標(biāo)檢測參考方法見表1所示。

1.4實驗結(jié)果及討論

1.4.1實驗結(jié)果

對收集到的雨水進行測定結(jié)果見表2所示。通過實驗數(shù)據(jù)表明了收集的未落地雨水水質(zhì)情況與生活污水、工業(yè)用水相比較而言污染較輕，但仍然還未達到景觀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

屋面收集雨水COD含量整體較高，原因為屋頂屋面在長期處于空氣中，隨著刮風(fēng)等自然情況影響，在屋頂面沉積有大量顆粒等，降雨與這些微小顆粒物混合后，并隨著雨水流淌，造成了較高的COD含量，SS測定結(jié)果同樣如此。隨著降雨的持續(xù)，屋面雨水各項指標(biāo)具有一定的降低，到2h后水質(zhì)各項指標(biāo)基本穩(wěn)定，屋面雨水的COD穩(wěn)定在68mg/L，ss穩(wěn)定在53mg/L，TN穩(wěn)定在1.79mg/L，NH3-N穩(wěn)定在1.9mg/L，TP穩(wěn)定在1.2mg/L如圖2所示。通過屋面收集雨水整體水質(zhì)指標(biāo)反應(yīng)出各項標(biāo)準(zhǔn)都超過了景觀及地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，不能用于直接澆灌花草及綠地等。

未落地雨水實驗分析數(shù)表明了在降雨初期各項指標(biāo)較為不穩(wěn)定，實驗結(jié)果具有一定的波動，總體未達到景觀及地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。降雨后期水質(zhì)指標(biāo)趨于穩(wěn)定，其中COD和SS測試結(jié)果降低，通過沉淀等簡單處理措施后，可用于澆灌之用如圖3所示。

1.4.2實驗結(jié)果探討

雨水的收集利用是緩解城市用水壓力的良好途徑，通過雨水收集系統(tǒng)與水處理系統(tǒng)結(jié)合起來，離體城市管網(wǎng)對回收的雨水進行運送，將有效提供雨水的利用效果。通過實驗分析表明：①降雨初期未落地雨水及屋面聚集雨水水質(zhì)較差，具有一定的污染，COD、SS、TN、TP指標(biāo)均較高，未達到澆灌景觀及地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，原因為降雨初期懸浮顆粒物附著在降雨中，以及屋面長期積累的顆粒及粉塵物;②未落地雨水在降雨中后期污染相對較為輕微，可以進行回收利用并進行存儲，用于景觀、綠化帶澆灌;③屋面雨水中TN、TP含量較高，直接排放于地表水環(huán)境中后容易引起水質(zhì)富養(yǎng)化，因此，需要通過收集后初步處理后進行回收利用;④按照國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，屋頂收集雨水無法進行直接利用，需要通過回收處理，首先對收集到的屋頂雨水進行存儲，在蓄水池內(nèi)進行過濾、沉淀和消毒，然后用于綠化灌溉、洗車、沖洗道路以及公共廁所沖洗、消防用水和景觀用水如圖4所示。

2屋頂雨水收集利用模式

2.1居民住宅建設(shè)過程雨水收集利用

目前城市居住小區(qū)高層建筑建設(shè)周期較長，一般為2-3年，建筑施工過程需要消耗大量水資源，除建筑工地生活用水之外，其余建筑施工過程中對水質(zhì)要求不高，更容易滿足對水資源的提供條件。由于施工現(xiàn)場道路、建筑材料等占地面積較多，且路面多為泥沙鋪設(shè)，落地雨水污染較為嚴(yán)重，幾乎無法對路面的雨水進行收集利用，因此，建筑現(xiàn)場屋頂雨水成為了最佳收集地?；趯τ晁占淮涡蚤_發(fā)設(shè)計理念，可以在居民小區(qū)建設(shè)過程就開始實施雨水收集回收。在建筑施工過程收集的雨水可以用于施工現(xiàn)場混凝土攪拌、混凝土養(yǎng)護、設(shè)備沖洗、建筑物淋水降溫、路面除塵和消防儲水等，對收集雨水資源進行處理后，還能用于一般生活用水。

2.1.1雨水收集設(shè)備

建筑施工現(xiàn)場一般都有大面積輕質(zhì)活動板房結(jié)構(gòu)的辦公用房及職工房屋，屋面平整，容易實現(xiàn)雨水的收集。通過屋頂雨水匯聚、雨水引流管線、集水管線到蓄水池。同時高層建筑施工時，需要進行地基降水工程，直接可以將降排水引入蓄水池中。

2.1.2雨水存儲

需要對整個收集系統(tǒng)及引流管線、集水管線進行鋪設(shè)，最后導(dǎo)流到蓄水池中，為防止蓄水池內(nèi)水質(zhì)的二次污染，以及從安全性考慮，需要在蓄水池周圍建立警戒護欄，避免雜物及人員掉入，同時將蓄水池建設(shè)成半封閉式。當(dāng)降雨量過大，使得蓄水池滿后，半封閉的結(jié)構(gòu)能更好的將過得的雨水排放入市政排污管道內(nèi)。

2.1.3雨水利用

施工過程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需要利用大量的水來進行淋澆養(yǎng)護，通過水泵將蓄水池內(nèi)的水直接泵入需要用水的樓層，這一操作將會極大的節(jié)約水資源，降低施工成本。由于施工工地路面泥砂鋪設(shè)，車輛通過后將造成較大的塵土，同時刮風(fēng)時將使得塵土吹入高空，對城市的環(huán)境造成較大影響，為實現(xiàn)文明施工，利用蓄水池內(nèi)的水對道路等容易揚塵的地方進行噴灑，并對來往車輛進行沖洗，避免塵土帶入城市中影響城市環(huán)境。施工工地辦公及生活區(qū)域衛(wèi)生間沖洗等都可以采用收集到的雨水，同時對于收集到的雨水進行簡單的過濾處理后，還能用于勞保衣物的洗滌。

在城市內(nèi)建筑施工現(xiàn)場實施雨水收集利用具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，施工現(xiàn)場用水水質(zhì)要求較低，利用收集到的雨水直接就能滿足日常用水需求。在設(shè)計過程中只需要合理的規(guī)劃布局，建設(shè)好相應(yīng)的管線及蓄水池，并做好安全防護措施，即可很快投入使用。

2.2居民區(qū)屋頂雨水收集利用

城市居民小區(qū)是城市重要組成部分，咸陽市南海家緣小區(qū)居民單體樓較多，形成天然良好的屋頂雨水收集條件，該小區(qū)面積較大，如果小區(qū)路面、屋頂綠地等區(qū)域雨水直接排放入市政排污管道內(nèi)，將會在短時間內(nèi)給排污管道造成較大的排水壓力。根據(jù)該小區(qū)屋頂雨水水質(zhì)分析，所在區(qū)域屋頂雨水水質(zhì)良好，通過簡單的處理后即可應(yīng)用于景觀灌溉、道路噴灑等。

2.2.1雨水利用設(shè)計原則

蓄水池規(guī)模的設(shè)計根據(jù)雨水收集屋頂面積及年降雨量進行核算，蓄水池體積與核算出的降雨量總體保持一致，避免蓄水池過大造成資源利用率不高，也要避免蓄水池過小造成雨水收集不完全，造成過多的雨水排放入市政排污管道。

蓄水池的雨水存儲的重要部分，根據(jù)設(shè)計要求需要具有雨水的儲存、水質(zhì)凈化和調(diào)節(jié)作用，盡可能的將收集的水質(zhì)過濾、凈化設(shè)備能融入其中，能實現(xiàn)對收集的雨水進行初步的處理。

屋頂雨水收集設(shè)備需要合理的設(shè)計，避免對建筑屋頂造成影響，對于屋頂防水層需要進行保養(yǎng)和維護，避免屋頂漏雨及滲水給居民屋內(nèi)造成影響。

2.2.2蓄水池供給系統(tǒng)

在儲水池內(nèi)通過簡單的處理后的雨水，根據(jù)用水條件的不同，進行直接供水和采用加壓方式進行供水。蓄水池內(nèi)的雨水接入市政供水管網(wǎng)后，可用于景觀綠地的澆灌以及消防、道路噴灑等。供水系統(tǒng)需要進行優(yōu)化，根據(jù)用水需求設(shè)計加壓泵，并接入供水管網(wǎng)，形成完整的收集、接引、存儲、加壓、供給系統(tǒng)如圖5所示。

3結(jié)語

1）降雨后可收集的雨水一般為未落地雨水、屋頂和路面，其中未落地雨水收集采集較為困難，占地量大且需要大量收集設(shè)備，造成投資較高，而路面雨水污染較為嚴(yán)重，收集后需要進行處理，造成了二次水處理的成本。因此，屋頂?shù)挠晁占?，簡單可行，成為了雨水利用的重要方式?/p>

2）通過調(diào)研分析了近年來雨水收集及利用系統(tǒng)的實施情況，并結(jié)合關(guān)中盆地內(nèi)咸陽市氣候環(huán)境，認(rèn)為城市居住區(qū)屋頂雨水收集利用系統(tǒng)完全可行。通過雨水采集并進行實驗分析，雨水水質(zhì)經(jīng)過簡單處理后能達到景觀及地表水水質(zhì)條件，雨水的利用對緩解城市用水壓力具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]韓春妮，王博，仝玉琴.海綿城市路面集雨技術(shù)分析[J].粘接，2019，40（9）：41-46.

[2]陳俊宇，李偉英，周文穎，等.淺議兩種屋面雨水收集利用系統(tǒng)[J].凈水技術(shù)，2019，38（2）：114-120.

[3]張玲玲，劉璇，王春和，等.海綿型院落式民居雨水利用調(diào)研分析[J].建筑節(jié)能，2019，47（4）：125-129.

[4]金聲.上海市雨水利用現(xiàn)狀及綜合管理對策淺析[J].凈水技術(shù)，2019，38（z1）：371-373.

[5]許潤，高泉祀，康建雄，等.屋面雨水水質(zhì)及其收集回用技術(shù)分析[J].凈水技術(shù)，2019，38（8）：124-129.

[6]何超，呂偉婭，孫程貴，等.地下車庫頂板PDS雨水利用效益分析[J].凈水技術(shù)，2018，37（10）：124-128.

[7]王兆庚，郭祺忠，練繼建，等.建筑屋面雨水有壓回補地下水理念與潛力評估[J].水利學(xué)報，2019，50（8）：999-1009.

[8]蘇楊.海島生活污水及雨水收集利用系統(tǒng)——以上海市大金山島為例[J].凈水技術(shù)，2019，38（z1）：374-377.

[9]張麗宏，劉艷紅，王思瑤.城市公園雨水利用技術(shù)研究進展[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報，2018，8（4）：46-55.

收稿日期：2019-12-14

作者簡介：王博（1980-），男，陜西咸陽人，碩士，講師，研究方向：園林技術(shù)與教學(xué)科研。E-mail：29586235@qq.com。

基金項目：陜西省教育廳基金項目“秦巴山區(qū)野生草莓資源的調(diào)查及資源圃的建設(shè)”（項目編號：18JK1209）咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院基金項目“地表水收集與利用在成陽城市居住區(qū)營建中的實踐研究”（項目編號：2017KYB03）