雨水收集再利用系统研究设计与工程中的实际应用

【摘要】本文就节约水资源，利用回收雨水，将其用在景观补水、绿地喷灌及道路浇洒等工程项目上，雨水回收的可行性、处理量、处理工艺流程进行阐述，并对设计中的设备造型、工艺特点进行了介绍。

【关键词】雨水收集、再利用、研究设计，应用。

中图分类号：TU991.11+4文献标识码： A 文章编号：

1引言

水是人类赖以生存不可缺少的条件，水资源的贫乏，给全世界敲响了警钟，人类为寻找水源、节约用水苦苦的在思索、在行动，在利用好天源水资源的同时，怎样回收雨水，循环利用，这也是我们科技人员研究的课题和职责所在。

缺水基本上是世界普遍存在的问题，我国也是一个缺水大国，据专家指出——2010年后，我国将进入严重缺水时期；到2030年，我国缺水400亿立方米至500亿立方米，将会出现缺水高峰。水资源短缺将会导致生态环境的恶化，导致影响民生和经济发展，因此寻找节约用水、实行雨水的综合治理与利用已经成为一个重要的新兴课题，全国各级政府都很重视这方面的工作，雨水的收集再利用也受到越来越多的关注。同时也出现采取不同的办法，将雨水收集再利用的实例。

2 系统概述

雨水回用技术系指收集区块的屋面、地面及绿地的雨水，进行相应处理，回用于绿地喷灌、道路冲洗及景观水体补水等用途，以达到节水目的。其处理流程图如下：

水收集处理工艺流程图

本项目为长沙某工程的雨水收集再利用系统，此项目总占地面积17.2万平米，雨水收集屋面面积约为5.32万平米，绿地收集面积约为7.66万平米。雨水收集处理后用作景观水体补水、绿化浇灌、道路冲洗及洗车用水。

3 设计原则

（1）针对项目情况做原水水质预测，并根据预测水质状况选用适当的处理工艺，确定水处理流程；采用先进、高效、安全的处理工艺及设备，整个工艺流程简洁，占地面积尽可能小。

（2）系统进行最优化设计，使方案经济可行，运行稳定，水处理设施应方便安装及运营管理；系统运行费用低、后期维护费用低；水处理设备在运行上有较大灵活性和可调性，以适应水质水量的变化。

4 雨水收集情况分析

根据长沙市的降雨统计资料显示，长沙地区降雨量年际、年内间分布不均。地区多年平均（1953年-2010年）降雨量为1543.5mm，两年一遇日降雨量为81.9mm，一年一遇日降雨量为78.5mm。年内降雨量主要集中在3-8月，期间降雨量约占全年的80%。

按降雨量集中期3-8月间的降雨量占全年的80%计算，期间多年平均降雨量为1234.8mm，3-8月间的平均降雨次数为12场/月，则每场雨平均降雨量为17.2mm。

4.1 年可收集雨水量分析

屋面总汇水面积约53200平米，屋面雨水因受污染比较小水质良好，做简单处理后可回用于绿化浇灌。长沙地区多年平均降雨量为1543.5mm，屋面多年平均可收集水量计算如下：

W=ΨHA

式中

W—年平均可收集雨水量

Ψ—径流系数(考虑3mm初期弃流，屋面径流系数取0.85)

H—年平均降雨深度，m

A—汇水面积 m2

带入相关数据得出

W=ΨHA

=0.85×1.5435×53200

=69798m3

绿地雨水收集量

W=ΨHA

=0.15×1.5435×76600

=17735m3

此小区年收集雨水总量为87533m3, 收集处理后全部回用。

4.2 雨水收集池容积计算

雨水收集池的容积按以下公式计算

V=Ψ×H×F×10

式中

V—雨水收集池容积

Ψ—径流系数（径流系数取0.85）

H—一场雨的设计降雨量，mm

F—汇水面积，hm2

10—单位换算系数

带入相关数据得出

V屋面=Ψ×H×F×10

=0.85×5.32×17.2×10

=777.8m3

V绿地=Ψ×H×F×10

=0.15×7.66×17.2×10

=197.6m3

根据数据得出，此项目降一次雨可收集的雨量约为975.4 m3，在本项目中我们将雨水收集池的容积定为800m3，平立面尺寸为20m×20m×2.5m（深），蓄水池最高有效水深约2.0m。当降雨量小于等于10.6mm时该雨水收集池全部容纳，而大于10.6mm时，部分容纳，多余雨水通过室外雨水管网排放。清水池的容积暂定为160m3（每天的用水量为160m3），平立面尺寸为10m×8m×2.5m（深）。

景观水池面积为3500平方，根据长沙地区的气候气象特征，景观水蒸发量为1-3mm，水体蒸发主要集中在夏秋两季，夏季水体蒸发量取3mm每天，夏季每天蒸发水体为：3500×0.003=10.5m3，则蓄水池储存800立方水可供补水10个星期。秋季水体蒸发量取2mm每天，秋季蒸发水体为：3500×0.002=7m3。则蓄水池储存800立方水可供补水14个星期。（蓄水池储存800 m3水体）

4.3 雨水水质分析

本项目收集雨水主要为屋面、地面的雨水，影响水质的主要原因是当地的空气质量、干旱时间和。屋面的雨水影响其水质的还有屋面材料。

(1) 空气质量的影响

我们很容易理解空气质量对屋面雨水水质的影响。例如在北京测得的初期雨水中的COD浓度高达1000-2000mg/L，那是由于北京的空气质量较差，特别是在沙尘暴后，很多屋面上会积累很多沙土，收集屋面的雨水水质很差。而实际上长沙的空气质量明显好于北京，而且长沙的雨季集中，特别是在3-8月间，一般每隔几天都会有降雨，屋面上不会积累太多的尘土，屋面雨水水质要明显好于北京。因此该项目的屋面雨水水质经过弃流后的水质比较好。

地面和绿化带的雨水水质经过弃流后的水质比较好。

(2) 干旱时间的影响

美国EPA暴雨管理标准和《建筑与小区雨水利用工程技术规范》GB50400-2006，均明确要求屋面雨水的干旱时间为72小时（3天），即当不下雨时间达到了72小时，就需要对屋面、地面及绿化带的雨水进行弃流后收集。

(3) 屋面材料的影响

屋面材料通常有水泥砖保护层屋面、卵石保护层屋面、瓦屋面、石油沥青油毡屋面等。研究表明，屋面材料对径流水质有很大影响。对典型的坡顶瓦屋面和平定沥青油毡屋面雨水径流的比较，后者的污染明显严重。坡顶瓦屋面由于易于冲刷，初期径流的SS浓度可能较高，取决于降雨条件和降雨的间隔时间，但色度和COD浓度一般明显小于油毡屋面。由于沥青为石油副产品，其成分较为复杂，许多污染物质可能溶入雨水中，而瓦屋面不含溶解型化学成分。

而本项目的屋面用的水泥砖保护层屋面，初期弃流后的水质较好。

(4) 雨水处理前后水质指标

由于没有雨水水质的实测资料，本项目的雨水水质分析，我们将综合参考相关资料和经验数值为依照，做针对性的处理。

表4.3-1，雨水水质的主要指标参考值（mg/L）

表4.3-2，处理后雨水水质的主要指标（mg/L）

注：表中“-”表示该标准中没有此项标准要求。

5 雨水处理设备选型

根据收集的雨水量及每天的用水量，雨水清水池的有效容积为160m3，雨水处理系统每天工作按4小时计算，每小时处理水量为40立方米。选用一套雨水专用水处理机作为主设备，进行雨水处理，处理量为40-56m3/h，扩大处理水量的变化范围，处理后的水回用于绿化灌溉、道路冲洗、景观补水等用水。设备的尺寸为1.7m×1.7m，高度为3.8m。

蓄水池配套增压泵采用潜水泵，型号为80WQ50-8.0-2.2,参数为：Q=50m3/h，H=8.0m，N=2.2KW，一用一备。

配套混凝剂投加泵一台，功率0.045kw，水处理设备自带PH调整剂投加系统、消毒剂投加系统各一套，无需耗电。

6雨水处理设备特点

本项目雨水处理系统选用一套综合净化的一体化设备。该设备将曝气溶氧装置、渗井精滤装置、生化处理（生物膜）、消毒装置等一系列技术集成为一体，利用仿生学原理把几种工艺的特长充分发挥：曝气溶氧（模拟肺的呼吸）和渗井精滤（模拟肾的排泄）可以有效去除藻类和Ｎ、Ｐ以及固体悬浮物，生化则可以去除有机物，消毒装置（免疫力）可以杀菌灭藻，从而达到抑制细菌和藻类及藻类孢子的繁殖，同时，系统利用虹吸原理和水力自动化原理自动将处理过后的杂质通过排污管排放出去，并实现自动反冲洗。

在此过程中，雨水在一次处理过程中都经过2次曝气，使水中溶解氧达到饱和状态（≥8mg/L），有效去除了污染水质的藻类、N、P、有机物和固体颗粒及悬浮物，出水浊度≤1 NTU，处理后的水质澄清透明，鲜化、活化。系统处理后的出水通过水泵提升或自流进入雨水回用水箱。

7雨水弃流装置

屋面雨水经过雨水管进入弃流井后，初期雨水进入弃流系统（初期雨水弃流量按3mm算），弃流雨水弃流后的洁净雨水进入收集系统排往雨水蓄水池，弃流基本流程如下图所示。

弃流过程示意图

8运行成本分析

本项目的运行费用及成本分析如下所示(按一个小时50吨计算)。

9 设计工艺的特点

(1)采用高效安全的处理工艺及设备，整个工艺流程简洁，占地面积尽可能小。处理间环境卫生条件好，处理过程无异味产生。

(2)水处理设备在运行上有较大灵活性和可调性，以适应水质水量的变化。

(3)水处理设施应方便安装及运营管理。

(4)整体设计考虑操作管理及设备维修便利等因素，并注意设备减振，降噪等方面的问题。

(5)电器控制元件安装可靠，设备自动化程度高，并设有报警装置及漏电、短路保护装置。

(6)处理间采用地下式，对周边环境影响小，方便操作。设施安全、可靠，经济。

10 结语

近年来雨水作为一种既经济又实用的水资源开发方式，把雨水作为重要水资源加以收集利用，可以节省生活用水，减少水费和排污费，避免内涝，改善所在区域生态环境。它既是解决城市水资源危机的重要途径，也是协调城市水资源与水环境的根本出路。雨水的处理回用，既能减小对地下水的开采，又能给我们带来一定的经济效益。

参考文献

1 《地表水环境质量标准》GB3838-2002

2 《建筑与小区雨水利用工程技术规范》GB50400-2006

3 《城市污水再生利用 城市杂用水水质》GB/T18920－2002

4 《室外排水设计规范》GB50014-2006

5 《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009）

6 《水处理设备技术条件》JB/T2932-1999

7 《城市污水再生利用 景观环境用水水质》GB/T18921-2002

作者简介：

李书沛，男，1980年10月生人，大学本科学历，给排水工程师，于2002年参加工作，从事给排水专业设计工作近十年。作为给排水专业项目负责人，参与并主持了大型高层住宅小区、大型体育中心、甲等医院、集酒店、公寓、办公、商业于一体的大型综合楼、中东风俗文化村、香港高层综合楼、超高层综合楼、室外给排水管网的规划施工等国内外各种给排水专业的设计项目。公司部门负责人，湖南省硅酸盐学会理事。