城市雨水收集和處理技術(shù)
城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市人口的急劇增加和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致需水量不斷增加，同時(shí)產(chǎn)生大量污水，造成了水體污染，加劇了水資源的短缺。污水回用，還是淡化和雨水利用均成為城市解決水資源短缺的重要途徑。其中雨水是繼中水、海水之后、作為“第三水源”加以開發(fā)利用的。自上世紀(jì)70年代起，世界各國(guó)開始注重城市雨水利用技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。并建成了不同規(guī)模的示范工程。總的來(lái)說(shuō)雨水利用發(fā)展可分為解決生活用水的初級(jí)階段，解決生產(chǎn)用水的中級(jí)階段和解決生態(tài)用水的高級(jí)階段。三個(gè)階段中雨水的收集、蓄存以及處理技術(shù)一直是雨水利用研究的重點(diǎn)。
摘要：通過(guò)比較國(guó)內(nèi)外雨水收集的現(xiàn)狀，指出我國(guó)雨水收集方面存在利用率低、缺乏系統(tǒng)性等問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，論述了適合我國(guó)實(shí)際情況的雨水收集方式如城市路面雨水的收集、城市屋頂雨水收集、城市綠地雨水收集的探討和分析。并對(duì)促進(jìn)城市雨水資源化提出了建議。
1、國(guó)外雨水利用情況
雨水利用已成為國(guó)際上普遍重視的課題。國(guó)外城市雨水利用較早，且已形成一定規(guī)模 , 雨水利用發(fā)展比較快的有日本、德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞和瑞典等國(guó)家。德國(guó)是歐洲開展雨水利用工程最好的國(guó)家之一，德國(guó)部分地區(qū)利用雨水可節(jié)約飲用水量的50 %。目前，德國(guó)在新建小區(qū)均要設(shè)計(jì)雨水利用設(shè)施，否則政府將征收雨洪排放設(shè)施費(fèi)和雨水排放費(fèi)。20世紀(jì)60年代 , 日本開始收集利用路面雨水，70 年代修筑集流面收集雨水，80年代開展了對(duì)城市雨水利用與管理的研究，提出“雨水抑制型下水道”并納入國(guó)家下水道推進(jìn)計(jì)劃 , 制定相應(yīng)的政策，已有大量的工程實(shí)施。如日本福岡體育場(chǎng)和國(guó)技館，雨水收集面積為 25900m2,設(shè)計(jì)雨水蓄水池總?cè)莘e 2900m3,通過(guò)雨水利用每年可節(jié)約12萬(wàn)美元的費(fèi)用。英國(guó)典型的雨水利用工程為世紀(jì)穹頂, 該穹頂安裝了大型的中水回用裝置，以穹頂收集的雨水作為建筑內(nèi)的廁所沖洗用水，提供100m3Πd的回用水。該處理系統(tǒng)利用自然的方式有效的預(yù)處理了雨水，同時(shí)很好地融入到穹頂?shù)木坝^中。以色列由于干旱，雨水資源的利用率高達(dá) 98 %。此外，美國(guó)、加拿大、阿富汗等國(guó)家的雨水利用也卓有成效。
2、雨水利用存在的問(wèn)題
我國(guó)在城市雨水資源化及其應(yīng)用方面的研究尚處于起步階段，缺乏較為系統(tǒng)的綜合利用理論與實(shí)例研究。盡管一些城市，如上海、杭州及一些北方城市已開始實(shí)施雨水資源的水量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)及污染控制工作。但總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)對(duì)城市雨水的利用還停留在“控制”這一初級(jí)階段，主要通過(guò)城市排水工程收集排放。我國(guó)雨水利用技術(shù)還較落后，缺乏系統(tǒng)性，利用率比較低。在許多城市，一方面城市生產(chǎn)、生活及生態(tài)環(huán)境建設(shè)缺水現(xiàn)象日益突出，因缺水導(dǎo)致城市自然生態(tài)系統(tǒng)狀況惡化，被迫通過(guò)跨區(qū)域調(diào)水緩解，比如南水北調(diào)工程，帶來(lái)一系列的生態(tài)問(wèn)題，另一方面洪澇災(zāi)害頻發(fā)，大量雨水資源流失，比如2007年濟(jì)南的7. 18洪水事件。如何協(xié)調(diào)二者的關(guān)系，化害為利，對(duì)促進(jìn)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
3、雨水收集利用模式
目前城市雨水利用收集技術(shù)主要有三種：屋頂雨水收集、城市路面雨水利用和城市綠地、花壇和園林雨水集蓄。
屋頂雨水收集利用工程模式
將屋頂雨水收集并儲(chǔ)存于地下或地面的蓄水池，經(jīng)簡(jiǎn)單處理后直接用于澆花、沖洗廁所或者洗車等用途。該設(shè)備安裝和使用都很方便，已在德國(guó)等國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用，屋頂雨水的收集利用要比城市道路雨水收集利用復(fù)雜的多，主要包括雨水收集系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)貯存系統(tǒng)、回用系統(tǒng)等。圖1為典型的屋頂雨水利用工程模式。
雨水經(jīng)屋頂匯集，通過(guò)落水管流入沙礫石層，過(guò)濾后沿輸水管道進(jìn)入蓄水池，蓄水池可分為兩層，上部蓄水池直接接納輸水管道的雨水，再由分隔層大孔隙混凝土層再次過(guò)濾后流入下部蓄水池。當(dāng)然，對(duì)該類設(shè)施雨水的處理也比較嚴(yán)格，通常的方法包括濕地生態(tài)處理、膜處理、砂濾、紫外線消毒等，以確保雨水使用的安全性。
城市道路路面雨水利用工程模式
城市道路路面、廣場(chǎng)和停車場(chǎng)等都是良好的雨水收集面。降雨后自然產(chǎn)生徑流，只要修建一些簡(jiǎn)單的雨水收集和蓄存工程，就可將雨水資源化，用于城市清潔、綠地灌溉、維持城市水景等。城市道路的雨水收集可以采取分路段于綠地下修建蓄水池的工程模式見(jiàn)圖2。
由于人行便道面積小，分散性強(qiáng)，可以采用在人行便道上鋪設(shè)可滲透路面磚的工程模式，雨水直接滲入地下，回補(bǔ)地下水。可滲透路面磚的強(qiáng)度應(yīng)大于30MPa , 滲水能力保證在 1mmΠs的降雨情況下隨降隨滲。
城市綠地、花壇和園林雨水集蓄
在綠地、花壇等地收集雨水，應(yīng)采用下凹式綠地，即在建造綠地時(shí)，應(yīng)調(diào)查好綠地周邊高程、綠地高程和集蓄水池高程的關(guān)系，使周邊高程高于綠地高程，雨水口設(shè)在綠地上，集蓄水池高程略高于綠地高程而低于周邊高程。這樣降雨后雨水徑流進(jìn)入綠地，經(jīng)綠地蓄滲、補(bǔ)充消耗的土壤水分后，多余的雨水流入集蓄水池。集蓄水池集蓄的雨水既可用來(lái)灌溉綠地，也可作為城市清潔用水。
雨水處理技術(shù)
雨水回用水質(zhì)要求及標(biāo)準(zhǔn)
由于城市雨水在降落過(guò)程中，攜帶了一定濃度的溶解性氣體、懸浮物及溶解性固體等，并且在形成徑流過(guò)程中受到屋面材料、道路路面等因素的影響致使水質(zhì)變差。如果雨水利用作為生活雜用水，則在使用前必須進(jìn)行處理。雨水回用一般用做沖廁、洗車、空調(diào)、灌溉和景觀用水等方面?？傮w來(lái)說(shuō)，沖廁、洗車、灌溉等市政與生活雜用應(yīng)符合城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?；赜糜诰坝^用水水質(zhì)應(yīng)符合景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。食用作物、蔬菜澆灌用水還應(yīng)符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。雨水用于空調(diào)系統(tǒng)冷卻水、采暖系統(tǒng)補(bǔ)水等其他用途時(shí)，其水質(zhì)應(yīng)達(dá)到空調(diào)用水及冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。回用水水質(zhì)的要求直接影響著雨水處理工藝的選擇。
屋頂雨水處理技術(shù)
屋頂雨水集蓄利用系統(tǒng)主要回用于家庭、公共場(chǎng)所和企事業(yè)單位的非飲用水，如澆灌、沖廁、洗衣洗車、冷卻循環(huán)等中水系統(tǒng)。根據(jù)屋頂雨水徑流自然沉淀和混凝沉淀試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)自然沉淀時(shí)間超過(guò)90min時(shí)，COD 去除率達(dá)到30 %以上。混凝沉淀對(duì)COD及SS的去除率高于自然沉淀，但混凝沉淀工藝增加了投藥設(shè)備，成本較高，如果有足夠的停留時(shí)間，自然沉淀是一種簡(jiǎn)單而有效的處理方法。一般情況下，屋面雨水采用投加混凝劑后直接過(guò)濾，消毒。工藝流程見(jiàn)圖3。
綠地滲透雨水處理技術(shù)
綠地對(duì)徑流雨水有滯蓄入滲作用，在城市綠化時(shí)建立下凹式綠地，使地面略高于綠地，在綠地內(nèi)設(shè)雨水滯留設(shè)施。在建造綠地時(shí)，周邊高程要高于綠地高程，雨水口設(shè)在綠地上，集蓄水池高程略高于綠地高程而低于周邊高程。通過(guò)城市內(nèi)公共綠地、居住區(qū)綠地、道路綠地等綠化帶，使城市綠地、草坪多消納雨水，減少洪峰流量。例如居住小區(qū)，利用綠地可以滲透屋頂、小區(qū)內(nèi)不透水路面的徑流。草地莖棵密布，草葉繁茂 , 一般在地表有2cm 深水層里，水不易流失。所以雨水可利用綠地直接滲透，以補(bǔ)充地下水。
雨水綜合處理技術(shù)
屋面雨水、道路雨水和市政雨水的水質(zhì)不同，處理技術(shù)也不盡相同。如果將屋面雨水、道路雨水和市政雨水相結(jié)合，設(shè)計(jì)出綜合利用流程將會(huì)更具有實(shí)用性。道路雨水和屋面雨水的初期徑流經(jīng)棄流管進(jìn)入市政管網(wǎng)的檢查井，市政雨水直接進(jìn)入市政管網(wǎng)的檢查井，經(jīng)城市排水管網(wǎng)排至污水廠。初期徑流后的道路和屋面的雨水進(jìn)入貯存池，經(jīng)混凝、過(guò)濾、消毒后便可作為生活雜用水以使用，雨水綜合工藝流程見(jiàn)圖4。
雨水深度處理工藝
城市公共建筑中的雨水深度處理技術(shù)是指常規(guī)處理之后，再經(jīng)過(guò)吸附、膜分離等處理工藝 , 取得良好的水質(zhì)。雨水深度處理工藝流程如圖5所示。雨水深度處理技術(shù)是雨水回用于水質(zhì)要求較高的情況時(shí)必須采取的處理措施。該技術(shù)處理效果好，可極大提高雨水水質(zhì)。避免雨水簡(jiǎn)單回用所帶來(lái)的衛(wèi)生隱患。英國(guó)的Safeway大型超市就采用了雨水深度處理的回用系統(tǒng)。
結(jié)語(yǔ)
我國(guó)雨水利用還處于初級(jí)階段，沒(méi)有形成大的規(guī)模。但雨水利用作為節(jié)水措施之一，已被逐漸重視。雨水資源就地吸納利用，可減輕城市排水管網(wǎng)負(fù)荷，減少大型污水處理廠、收集污水管線和擴(kuò)建排洪設(shè)施的政府資金投入。雨水利用的社會(huì)效益顯著，但由于目前我國(guó)的水價(jià)偏低，單從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看往往不可行，所以應(yīng)該盡快出臺(tái)我國(guó)城市雨水利用的相關(guān)政策、法規(guī)，尋求并實(shí)施減少城市雨水徑流污染要求的最佳管理模式和技術(shù)措施，制訂符合我國(guó)國(guó)情與當(dāng)?shù)貤l件及城鎮(zhèn)生態(tài)建設(shè)要求的遠(yuǎn)、近期規(guī)劃，使雨水利用能被廣泛推廣。對(duì)于雨水資源的利用，已經(jīng)進(jìn)行了許多創(chuàng)造性的理論探索和技術(shù)研究，但這些技術(shù)不但缺乏系統(tǒng)性，同時(shí)也存在著集蓄和利用脫節(jié)、資源利用率低等問(wèn)題。如何有效地利用有限的雨水資源，仍是一個(gè)重大課題，隨著課題的深入研究，將會(huì)提高我國(guó)雨水利用的技術(shù)和方法，以充分利用雨水資源。
