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淺談雨水收集回收利用技術

2017-06-24 10:50:56 點擊:2803

淺談雨水收集回收利用技術

 

 

隨著城市規模的不斷擴大 、城市人口的急劇增加和經濟的迅速發展 , 導致需水量不斷增加。大量汙水的產生造成了水體汙染, 加劇了水資源的短缺。 汙水回用、海水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 、海水之後 , 作為“ 第三水源”加以開發利用的 。自上世紀 70 年代起 , 世界各國開始注重城市雨水利用技術的開發和應用 , 並建成了不同規模的示範工程 。 總的來說 , 雨水利用發展可分為解決生活用水的初級階段 , 解決生產用水的 中級階段和解決生態用 水的高級階段 。三個階段中雨水的收集、蓄存以及處理技術一直是雨水利用研究的重點 。

 

1  雨水收集利用在國內外有何不同?

 

1.1 雨水收集在國內的利用狀況
(1)雨水利用情況我國對雨水資源的利用大多用於農業方麵,  主要集中於幹旱半幹旱地區的人畜飲水和集雨水灌溉問題上。如 1995 年在甘肅省東部幹旱地區實施了“ 121 雨水集流工程” , 在內蒙古則實行了“ 112 集雨節水灌溉工程”。 同年 6 月在北京舉辦了第七屆國 際雨水集流係統大會。2001年水利部頒布了《雨水 集蓄利用工程技術規範》, 標誌著這項技術的初步成熟。中德合作研究項目“ 北京市水資源可持續利用—城區雨洪控製及利用”已開始實施 , 並在北京水利水電學校 、雙紫小區 、豐台體育場等地建立了雨水利 用的示範基地。甘肅省西海固地區、山東省長島、西沙南沙群島等地的雨水收集利用工程也獲得良好的效益。
(2)雨水利用存在的問題我國在城市雨水資源化及其應用方麵的研究尚處於起步階段 , 缺乏較為係統的綜合利用理論與實例研究。盡管一些城市, 如上海、杭州及一些北方城市已開始實施雨水資源的水量、水質監測及汙染控製工作[ 3]。但總體來說, 我國對城市雨水的利用還停留在“ 控製”這一初級階段 , 主要通過城市排水工程收集排放。我國雨水利用技術還較落後, 缺乏係統性 , 利用率比較低。在許多城市, 一方麵城市生產、生活及生態環境建設缺水現象日益突出, 因缺水導致城市自然生態係統狀況惡化, 被迫通過跨區域調水緩解,比如南水北調工程,帶來一係列的生態問題;另一方麵洪澇災害頻發,大量雨水資源流失, 比如2007 年濟南的7 .18 洪水事件。如何協調二者的關係, 化害為利, 對促進城市複合生態係統的持續發展具有重要意義。

 

1.2 雨水收集利用在國外的利用情況
雨水收集利用已成為國際上普遍重視的課題。國外城市雨水收集利用較早,且已形成一定規模, 雨水收集利用發展比較快的有日本、德國、美國、英國、澳大利亞和瑞典等國家。德國是歐洲開展雨水收集利用工程最好的國家之一, 德國部分地區利用雨水可節約飲用水量的50 %。目前, 德國在新建小區均要設計雨水利用設施, 否則政府將征收雨洪排放設施費和雨水排放費。20世紀60年代, 日本開始收集利用路麵雨水, 70年代修築集流麵收集雨水, 8年代開展了對城市雨水收集利用與管理的研究, 提出“ 雨水抑製型下水道”並納入國家下水道推進計劃, 製定相應的政策, 已有大量的工程實施。如日本福岡體育場和國技館, 雨水收集利用麵積為 25900m2, 設計雨水蓄水池總容積2900m3, 通過雨水利用每年可節約12萬美元的費用[ 1] 。 英國典型的雨水收集利用工程為世紀穹頂[ 2],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築內的廁所衝洗用水, 提供 100m³的回用水。該處理係統利用自然的方式有效的預處理了雨水, 同時很好地融入到穹頂的景觀中。以色列由於幹旱, 雨水資源的利用率高98%。另外,美國、加拿大、阿富汗等國家的雨水利用也卓有成效。

 

2  雨水收集利用的模式

目前城市雨水利用收集技術主要有三種:屋頂雨水收集、城市路麵雨水利用和城市綠地、花壇和園林雨水集蓄。

 

2.1 屋頂雨水收集利用工程模式
將屋頂雨水收集並儲存於地下或地麵的蓄水池, 經簡單處理後直接用於澆花、衝洗廁所或者洗車等用途。該設備安裝和使用都很方 , 已在德國等國家得到了廣泛的應用, 屋頂雨水的收集利用要比城市道路雨水收集利用複雜的多, 主要包括雨水收集係統、過濾係統、貯存係統、回用係統等[ 4]。圖1為典型的屋頂雨水利用工程模式。

 

圖1 典型屋頂雨收集水利用工程模式圖
雨水經屋頂匯集,通過落水管流入沙礫石層, 過濾後沿輸水管道進入蓄水池, 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濾 後流入下部蓄水池。 當然, 對該類設施雨水的處理也比較嚴格, 通常的方法包括濕地生態處理、膜處理、砂濾、紫外線消毒等, 以確保雨水使用的安全性[5] 。

 

2.2 城市道路路麵雨水收集利用工程模式
城市道路路麵、廣場和停車場等都是良好的雨水收集麵。降雨後自然產生徑流, 隻要修建一些簡單的雨水收集利用和蓄存工程, 就可將雨水資源化, 用於城市清潔、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於綠地下修建蓄水池的工程模式見圖2 。

 


圖2 道路路麵雨水收集利用工程模式圖
由於人行便道麵積小, 分散性強, 可以采用在人行便道上鋪設可滲透路麵磚的工程模式, 雨水直接滲入地下, 回補地下水。 可滲透路麵磚的強度應大於30MPa , 滲水能力保證在1mm s 的降雨情況下隨降隨滲。

 

2.3 城市綠地、花壇和園林雨水集蓄
在綠地、花壇等地收集雨水, 應采用下凹式綠地, 即在建造綠地時, 應調查好綠地周邊高程、綠地高程和集蓄水池高程的關係, 使周邊高程高於綠地高程, 雨水口設在綠地上, 集蓄水池高程略高於綠地高程而低於周邊高程。這樣降雨後雨水徑流進入綠地, 經綠地蓄滲、補充消耗的土壤水分後, 多餘的雨水流入集蓄水池。集蓄水池集蓄的雨水既可用來灌溉綠地, 也可作為城市清潔用水。

 

3  雨水收集處理技術

 

3.1 雨水收集回用水質要求及標準
由於城市雨水在降落過程中, 攜帶了一定濃度的溶解性氣體、懸浮物及溶解性固體等, 並且在形成徑流過程中受到屋麵材料、道路路麵等因素的影響, 致使水質變差。 如果雨水收集利用作為生活雜用水, 則在使用前必須進行處理。雨水回用一般用做衝廁、洗車、空調、灌溉和景觀用水等方麵。總體來說, 衝 廁、洗車、灌溉等市政與生活雜用應符合城市雜用水水質標準。回用於景觀用水水質應符合景觀環境用水水質標準。食用作物、蔬菜澆灌用水還應符合農田灌溉水質標準要求。雨水用於空調係統冷卻水、采暖係統補水等其他用途時 , 其水質應達到空調用水及冷卻水水質標準。回用水水質的要求直接影響著雨水處理工藝的選擇。

 

3.2 雨水收集處理技術
(1)屋頂雨水處理技術屋頂雨水集蓄利用係統主要回用於家庭、公共場所和企事業單位的非飲用水, 如澆灌 、衝廁 、洗衣 洗車、冷卻循環等中水係統。根據屋頂雨水徑流自然沉澱和混凝沉澱試驗結果, 當自然沉澱時間超過 90min 時, COD去除率達到30 %以上。混凝沉澱對COD及SS的去除率高於自然沉澱, 但混凝沉澱工藝增加了投藥設備, 成本較高, 如果有足夠的停留時間, 自然沉澱是一種簡單而有效的處理方法[ 6] 。一般情況下, 屋麵雨水收集采用投加混凝劑後直接過濾,消毒。工藝流程見圖3。

 

圖3 屋麵雨水收集處理工藝流程圖
(2)綠地滲透雨水處理技術綠地對徑流雨水有滯蓄入滲作用, 在城市綠化時建立下凹式綠地,使地麵略高於綠地,在綠地內設雨水滯留設施。在建造綠地時,周邊高程要高於綠地高,雨水口設在綠地上,集蓄水池高程略高於綠地高程而低於周邊高程。通過城市內公共綠地、居住區綠地、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, 利用綠地可以滲透屋頂、小區內不透水路麵的徑流。草地莖棵密布, 草葉繁茂, 一般在地表有2cm深水層裏, 水不易流失。所以雨水收集可利用綠地直接滲透, 以補充地下水。
(3)雨水綜合處理技術屋麵雨水、道路雨水和市政雨水的水質不同, 處理技術也不盡相同。如果將屋麵雨水 、道路雨水和市政雨水相結合,設計出綜合利用流程將會更具有實用性。道路雨水和屋麵雨水的初期徑流經棄流管進入市政管網的檢查井, 市政雨水直接進入市政管網的檢查井, 經城市排水管網排至汙水廠。初期徑流後的道路和屋麵的雨水進入貯存池, 經混凝、過濾、消毒後便可作為生活雜用水以使用,雨水綜合工藝流程見圖4。

圖4 雨水收集綜合收集利用處理工藝流程圖
(4)雨水深度處理工藝城市公共建築中的雨水深度處理技術是指常規處理之後, 再經過吸附、膜分離等處理工藝, 取得良好的水質。雨水深度處理工藝流程如圖5所示。雨水深度處理技術是雨水回用於水質要求較高的情況時必須采取的處理措施。該技術處理效果好, 可極大提高雨水水質。避免雨水簡單回用所帶來的衛生隱患。英國的Safeway大型超市就采用了雨水深度處理的回用係統。

圖5 雨水收集深度處理工藝流程圖

 

4  結語
  我國雨水收集利用還處於初級階段, 沒有形成大的規模。但雨水收集利用作為節水措施之一, 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負荷, 減少大型汙水處理廠、收集汙水管線和擴建排洪設施的政府資金投入。雨水收集利用的社會效益顯著, 製訂符合我國國情與當地條件及城鎮生態建設要求的遠近期規劃劃,使雨水利用能被廣泛推廣。對於雨水資源的利用, 已經進行了許多創造性的理論探索和技術研究, 但這些技術不但缺乏係統性,同時也存在著集蓄和利用脫節、資源利用率低等問題。如何有效地利用有限的雨水資源, 仍是一個重大課題,隨著課題的深入研究,將會提高我國雨水收集利用的技術和方法,以充分利用雨水資源。

 

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