曹秀芹 孟光輝 汪宏玲
（北京建筑工程學(xué)院） （北京市城市節(jié)水辦公室）

1　雨水作為第二水源開發(fā)利用，勢(shì)在必行

1.1概論
　　我國(guó)人均占有水資源量約為世界人均占有量的1/4，總量少，而且存在嚴(yán)重的時(shí)空分布不均，其中81%集中分布在長(zhǎng)江及其以南地區(qū)，且該地區(qū)耕地面積僅占全國(guó)的36%，致使我國(guó)北部地區(qū)水資源缺少情況更加嚴(yán)重。尤其我國(guó)目前正在進(jìn)行西部大開發(fā)，隨著西部社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口的增加，水資源的供需矛盾尤為突出。在目前這種水資源十分緊缺的情況下，一方面，城區(qū)需水量仍在上升，且污染問題也日趨嚴(yán)重；另一方面，每年又有相當(dāng)量的雨水資源白白地從境內(nèi)流出，并且隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，城區(qū)的建筑、道路、綠地的占地面積的不斷變化，降雨產(chǎn)生的徑流量也在不斷變化。而且隨著城區(qū)不透水面積的不斷增加，雨水的流失量隨之增加，這樣地下水的補(bǔ)給就會(huì)減少，城市的洪澇災(zāi)害威脅就會(huì)增加，并且大量初期雨水對(duì)河流水體也構(gòu)成了嚴(yán)重污染，整個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境會(huì)日趨惡化。因此將雨水作為一種優(yōu)質(zhì)的水源進(jìn)行開發(fā)利用勢(shì)在必行。
1.2雨水利用的主要方法
　　作為水資源利用的最早形式------雨水利用，已有近千年的歷史。尤其在過去的二十多年里，隨著資源匱乏、人口增長(zhǎng)等問題的出現(xiàn)，這一技術(shù)又迅速在世界各地開始復(fù)興和發(fā)展。目前雨水利用有關(guān)的理論研究和現(xiàn)代的雨水利用技術(shù)并不完善，尚需進(jìn)一步的探索和發(fā)展。但近二十年來，許多工業(yè)化國(guó)家如日本、澳大利亞、美國(guó)和德國(guó)等都很關(guān)注雨水的利用，如日本結(jié)合已有的中水道工程，在城市屋頂修建用雨水澆灌的"空中花園"，在樓房中設(shè)置雨水收集儲(chǔ)藏裝置與中水道工程共同發(fā)揮作用；德國(guó)在八十年代末就把雨水的管理與利用列為九十年代水污染控制的三大課題之一，修建了大量的雨水池來截流、處理及利用雨水，并盡可能利用天然地形地貌及人工設(shè)施來截流、滲透雨水，削減雨水的地面徑流，降低處理廠的負(fù)荷，減輕城市洪澇。我國(guó)早期雨水利用主要集中在特別干旱地區(qū)，現(xiàn)在一些城市也進(jìn)行了雨水利用的嘗試。如北京正在一些新建住宅小區(qū)建雨水利用的示范工程，這必將推動(dòng)北京的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的改善。雨水利用主要有以下兩種形式。
1.2.1滲透回灌以補(bǔ)充地下水
　　一些國(guó)家的雨水設(shè)計(jì)體系已把滲透和回灌列入雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮因素，即雨水滲透和排放系統(tǒng)。日本80年代以來，作了大量研究和應(yīng)用，并將其納入國(guó)家下水道推進(jìn)計(jì)劃。但目前我國(guó)城鎮(zhèn)雨水的設(shè)計(jì)體系仍是"直接排放"的模式，無法獲得削減徑流量、減輕污染負(fù)荷、補(bǔ)充水源、改善生態(tài)環(huán)境等綜合效益。
1.2.2作中水補(bǔ)充水源
　　將雨水作為中水的補(bǔ)充水源，用于城市的綠地澆灌、路面噴灑、維持城市的水體景觀等，可有效地緩解城市供水壓力。目前國(guó)內(nèi)外雖然已做了一定的雨水利用研究工作，但主要側(cè)重在雨水的滲透回灌，而考慮雨水回用及其與中水系統(tǒng)銜接的研究相對(duì)較少。本文主要就這一方面進(jìn)行可行性分析。

2　現(xiàn)行中水系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

　　中水工程作為一種污水回用技術(shù)，六十年代產(chǎn)生于日本。隨著工業(yè)發(fā)展、人口膨脹、淡水資源日益緊缺、水量不足和水質(zhì)惡化已成為當(dāng)今世界上許多城市普遍存在的問題。為解決這一問題，世界上許多國(guó)家相繼開展了污水資源化的研究工作。中水工程的建設(shè)作為污水資源化的一種手段，是解決水資源緊缺，提高污水利用率的有力措施。
　　現(xiàn)有中水系統(tǒng)采用的處理流程分別以生化、物化兩種方法為主，其中又以生化處理工藝居多。根據(jù)已有的調(diào)查研究表明，中水設(shè)施的建設(shè)與運(yùn)行仍存在著許多問題，已影響到中水回用技術(shù)的推廣。這些問題包括：
　?。?）水量平衡計(jì)算不合理，從而使設(shè)計(jì)與實(shí)際處理規(guī)模相差較大，運(yùn)行成本高。
　?。?）調(diào)節(jié)池容積偏小，在運(yùn)行中必須交替進(jìn)行中水溢流和自來水補(bǔ)充。
　　（3）水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，所選工藝流程的處理能力有限，使出水不理想。
　　其中水量平衡是目前中水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的一個(gè)主要問題。

3　雨水用作中水補(bǔ)充水源的可行性分析

3.1可利用的雨水量
　　城區(qū)可利用雨量在實(shí)際利用時(shí)要受到許多因素的制約，如氣候條件、降雨季節(jié)的分配、雨水水質(zhì)情況和地質(zhì)地貌等自然因素的制約以及特定地區(qū)建筑的布局和結(jié)構(gòu)等其它因素的影響。因此所謂雨水利用，主要是根據(jù)利用的目的，通過合理的規(guī)劃，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行的條件下使降雨量盡可能多地轉(zhuǎn)化為可利用雨量。如北京地區(qū)年內(nèi)降雨分配極不均勻，根據(jù)氣象局多年統(tǒng)計(jì)資料，北京市降雨主要集中在汛期（6-9月），因此雨水的利用應(yīng)根據(jù)具體的情況加以分析。對(duì)于城區(qū)雨水主要有屋面、道路、綠地三種匯流介質(zhì)。在這三種匯流介質(zhì)中比較而言，地面徑流雨水水質(zhì)太差；綠地徑流雨水基本以滲透為主，可收集雨量有限；比較而言屋面雨水便于收集利用，其利用價(jià)值最高。當(dāng)然屋面雨水根據(jù)已有的研究表明，初期徑流水質(zhì)也較差，這主要是屋面材料分解和大氣污染的原因，所以屋面徑流進(jìn)行利用時(shí)也需考慮初期棄流，以減輕處理構(gòu)筑物的負(fù)擔(dān)，節(jié)約投資和運(yùn)行費(fèi)用。本文也主要針對(duì)屋面雨水加以討論。
3.2雨水用作中水補(bǔ)充水源的可行性分析
　　雨水用作中水補(bǔ)充水源應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐挠晁克|(zhì)、中水系統(tǒng)設(shè)置與運(yùn)行情況，尤其要確切地估計(jì)中水的適用范圍、水量及水質(zhì)要求等。當(dāng)然將雨水納入中水系統(tǒng)，用于綠化、噴灑路面、衛(wèi)生沖洗等方面，技術(shù)上是可行的。但如前文所述，在中水設(shè)施設(shè)計(jì)與運(yùn)行中存在水量平衡計(jì)算不合理、調(diào)節(jié)池容積偏小、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題。而且由于目前中水工程的使用對(duì)象主要是賓館、飯店等大型建筑，中水的原水量隨著客流量和時(shí)間的分布而明顯不同，常有集中來水和完全斷流的情況。這就使水量平衡的難度增加，難以合理地確定調(diào)節(jié)池的容積。而雨水恰好也有這個(gè)特點(diǎn)，降雨量的季節(jié)波動(dòng)性和隨機(jī)性很大。如將雨水與建筑中水系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，將會(huì)加劇中水系統(tǒng)的波動(dòng)。在這種情況下，要使系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須增大調(diào)蓄設(shè)施。同時(shí)大部分缺水地區(qū)的雨量少且相對(duì)集中，所以擴(kuò)容后的系統(tǒng)通常不能滿負(fù)荷運(yùn)行，而當(dāng)降雨后，系統(tǒng)又很難把所有的雨水收集處理，即使可以把雨水全部收集處理，但在這期間也會(huì)阻止原有中水進(jìn)入系統(tǒng)，造成雨水代替中水，并未真正增加水資源量，中水的溢流和自來水的補(bǔ)充難以避免。另外，許多高檔賓館或飯店，占地有限，主體建筑多為高層塔樓，中水系統(tǒng)常建在擁擠的地下設(shè)備層，采用龐大的調(diào)蓄和處理設(shè)備通常是不可行的。而且其有效的建筑屋頂面積非常有限，因此可收集的雨水量也是有限的，與建筑中水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理能力相比，所占的比例較小。對(duì)于非賓館或飯店類的建筑，如占地面積相對(duì)較大尤其是建筑屋面較為集中的住宅小區(qū)或?qū)W校，較為潔凈的屋面雨量較多，但仍然存在上述提及的水量平衡、沖擊中水設(shè)施運(yùn)行等問題。因此雨水利用系統(tǒng)和中水系統(tǒng)相互獨(dú)立為好。

4　獨(dú)立于中水系統(tǒng)的雨水收集利用系統(tǒng)

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，屋面雨水水質(zhì)的可生化性較差，一般BOD5/COD的值在0.1～0.15，見下表。

屋面雨水可生化性分析 COD（mg/L） BOD5（mg/L） BOD5/COD 1723 230 0.13 410 28 0.1 104 12 0.12

　　由此可見，屋面雨水不宜采用生化處理，宜采用物化處理。而大部分中水系統(tǒng)均采用生化處理工藝，這也是雨水利用宜采用獨(dú)立系統(tǒng)的原因之一。
　　根據(jù)屋面雨水經(jīng)初期棄流后的水質(zhì)情況：COD：80～120mg/L，SS：20～40mg/L, 色度為10～40，并通過實(shí)驗(yàn)表明采用以下處理流程，其出水水質(zhì)即能滿足《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。
　　屋面雨水收集利用系統(tǒng)流程如下：

　　在該方案中，屋面雨水經(jīng)雨落管進(jìn)入初期棄流裝置，研究表明初期棄流量約為2mm，初期棄流水就近排入小區(qū)污水管道，并進(jìn)入城市污水處理廠處理排放，既防止初期雨水中大量的污染物如COD、重金屬、揮發(fā)酚等對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)為其進(jìn)一步處理利用創(chuàng)造條件。經(jīng)初期棄流后的雨水通過儲(chǔ)藏池收集，儲(chǔ)藏池容積大小根據(jù)當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度公式，繪出不同歷時(shí)的雨量曲線來確定，然后經(jīng)泵提升至壓力濾池，在進(jìn)入壓力濾池之前即泵的出水管道上通過混凝加藥裝置加入混凝劑（根據(jù)研究采用聚合氯化鋁作為混凝劑，出水較好）。由于初期棄流后的雨水水質(zhì)較為穩(wěn)定，懸浮固體含量較低，所以混凝形成絮體后進(jìn)入壓力濾池進(jìn)行直接過濾。然后經(jīng)過消毒進(jìn)入中水池，用于小區(qū)各種生活雜用水，如綠化、噴灑路面等。當(dāng)然小區(qū)雨水利用應(yīng)包括雨水的收集、雨水的處理和雨水的利用三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的時(shí)段。考慮到雨水的季節(jié)波動(dòng)性很大，且往往無法預(yù)測(cè)，為了充分地利用雨水，應(yīng)盡可能收集和儲(chǔ)藏一切可收集的雨水。

4　小結(jié)

　　在缺水地區(qū)，雨水作為優(yōu)質(zhì)水源加以開發(fā)利用，勢(shì)在必行。在不同介質(zhì)匯流的雨水中以屋面雨水利用價(jià)值最高。考慮到雨水水質(zhì)以及中水系統(tǒng)的特點(diǎn)，雨水作為中水補(bǔ)充水源其處理利用系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立設(shè)置為宜。當(dāng)然關(guān)于屋面雨水收集利用的形式及方法還有很多種，仍有待于進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

　　1北京市節(jié)約用水辦公室，《中水設(shè)施運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查及研究資料》，1995年
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　　3北京建筑工程學(xué)院，《北京市城區(qū)雨水利用技術(shù)研究及雨水滲透擴(kuò)大試驗(yàn)》（研究報(bào)告），2001年。