雨水的利用分間接和直接兩種。間接利用是采用多種雨水滲透設(shè)施，將雨水回灌地下，以補(bǔ)充地下水資源：直接利用是將雨水進(jìn)行收集、貯存和凈化后，水質(zhì)達(dá)到《污水再生利用城鎮(zhèn)雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB／T18920—2002)》，然后直接用于沖洗路面、綠化、洗車、沖廁等。

城市雨水利用在國外已有幾十年的歷史，特別是近20年來在歐洲、美國、Et本、澳大利亞等許多地區(qū)和國家，對城市雨水的利用與資源化非常普遍。目前國內(nèi)對城市雨水，特別是屋面雨水的利用還處于起步階段，只是對城市的單個(gè)大型建筑物和居民小區(qū)進(jìn)行了一些工程性試驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)。而對于企業(yè)內(nèi)住宅區(qū)的雨水收集利用，因其具體情況的不同，應(yīng)分別加以研究。下面以山西某大型焦化一熱電廠生活區(qū)為例．就屋面雨水的收集與處理的設(shè)計(jì)方案做一介紹。

1屋面初期雨水的棄流與棄流裝置
屋面初期雨水中的污染物含量較高．隨著徑流的持續(xù)．雨水流經(jīng)的物體表面被不斷沖洗，污染物含量逐漸減小到相對穩(wěn)定的程度。所以，直接棄流初期雨水已成為減少收集的雨水中污染物的一個(gè)有效途徑。許多國家在雨水利用工程中．將棄流作為整個(gè)雨水收集處理工藝的預(yù)處理．為雨水的貯存和后續(xù)處理提供水質(zhì)相對穩(wěn)定的水源．同時(shí)，也避免收集和處理單場降雨量產(chǎn)生很小徑流的雨水。屋面雨水與道路雨水徑流相比，屋面雨水更便于收集，水質(zhì)也相對較好，易于處理，同時(shí)具有投資較省和便于管理等優(yōu)點(diǎn)。但屋面雨水同樣存在初期雨水污染較重，應(yīng)將其棄流的問題。

1．1屋面初期雨水水質(zhì)
由于降水淋洗了大氣污染物(主要為SS、COD、硫化物、氮氧化物等)和屋面積累的大氣沉積物以及屋面材料產(chǎn)生的污染物．致使初期雨水污染程度較高(其中，平頂瀝青油氈屋面污染較重)。屋面初期雨水中所含的主要污染物有COD、SS，還有極少量的鉛、磷和氮。同時(shí)屋面雨水可生化性差，BOD：COD通常只有0．1—0．15經(jīng)初期雨水棄流后的雨水水質(zhì)則較穩(wěn)定，如COD為8O一120mg／L，SS為2O~4Omg／L，色度為10-40。對于屋面初期雨水的棄流量，可根據(jù)試驗(yàn)測定或按2—3mm降水量進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)屋面初期雨水棄流量按3mm降水量計(jì)算，棄流后的中、后期雨水COD質(zhì)量濃度可穩(wěn)定在100mg／L左右，以確保獲得較好的雨水水質(zhì)。．

1．2初期雨水棄流裝置
初期屋面雨水的棄流裝置目前常用的有棄流雨水池和旋流分離器兩種同。

1．2．1棄流雨水池
在雨落管下部設(shè)棄流雨水池，在池內(nèi)設(shè)浮球控制閥。隨著池內(nèi)截流的初期雨水量增加，水位不斷上升，當(dāng)達(dá)到設(shè)定水位的高度時(shí)，浮球閥進(jìn)入池內(nèi)的雨落管出口，使其完全關(guān)閉，后續(xù)雨水沿雨水收集管道，送人凈化處理構(gòu)筑物進(jìn)行處理。池內(nèi)已收集的初期雨水，在降雨結(jié)束后打開放空閥將其排人污水管道。放空閥也可采用電磁閥，以便于操作管理。棄流雨水池的結(jié)構(gòu)如圖1所示。雨水棄流池的容積是根據(jù)住宅樓雨落管的屋面服務(wù)面積和3mm的降水量來確定。

1．2．2旋流分離器旋流分離器的構(gòu)造和工作過程見圖2。

該分離器的主要結(jié)構(gòu)是在圓筒內(nèi)設(shè)置的1個(gè)由合金材料制成的淹沒式圓筒形篩網(wǎng)。雨水沿切線方向以旋流方式進(jìn)入篩網(wǎng)內(nèi)，由于降雨初期篩網(wǎng)表面干燥，在水的表面張力和一定的篩網(wǎng)坡度下，初期雨水會(huì)沿篩網(wǎng)內(nèi)表面旋轉(zhuǎn)向下流向中心排水管，然后排人污水管道。隨著中、后期雨水的連續(xù)流人篩網(wǎng)表面會(huì)不斷被浸潤，其表面張力大大減小，雨水就會(huì)穿過篩網(wǎng)，旋流進(jìn)入雨水收集管道。初期雨水棄流量可根據(jù)棄流時(shí)間來控制．而棄流時(shí)間的長短則可通過調(diào)整篩網(wǎng)的面積和目數(shù)加以改變。該裝置在國外已得到了廣泛應(yīng)用。比較上述兩種棄流裝置可以看出，棄流雨水池構(gòu)造簡單，造價(jià)低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。但如果每個(gè)雨落管末端都設(shè)置棄流池則數(shù)量太多，維護(hù)的工作量也大，同時(shí)也影響景觀。旋流分離器初期雨水棄流量大小可調(diào)節(jié)，它設(shè)置的數(shù)量少，是一種先進(jìn)的棄流裝置。但該裝置構(gòu)造復(fù)雜，且造價(jià)較高。

2生活區(qū)屋面雨水的收集與處理設(shè)計(jì)方案

2．1概況
山西南部某大型焦化一熱電廠地處嚴(yán)重缺水地區(qū)，平均年降雨量為550mm，且多集中在5~9月。當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式為q=蘭，暴雨重現(xiàn)期P取0．33Q。該廠為了節(jié)約水資源，要求將工藝廢水凈化后循環(huán)使用；對生活污水處理后作中水用；并提出對雨水進(jìn)行收集利用后用作生活雜用水?？紤]到廠區(qū)路面徑流雨水水質(zhì)較差，決定采用間接利用方式；而生活區(qū)屋面雨水污染較輕，采用直接利用方式。該企業(yè)生活區(qū)住宅建筑面積為7．2hm，屋面為平頂，上鋪石油瀝青油氈，面積為1．2hm2。

2．2該廠初期屋面雨水棄流方式的確定采用何種生活區(qū)屋面初期雨水棄流裝置，主要考慮的因素是工程造價(jià)和施工。經(jīng)比較后決定使用棄流雨水池。同時(shí)。對雨水收集系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，即：將每棟樓房屋面的雨落管末端相互連接形成雨水收集管，然后將相鄰的4棟樓房的雨水管合并成1條雨水干管，再與設(shè)置在4棟樓交匯處的圓形棄流雨水池相接。其平面布置見圖3。該生活區(qū)共有16棟樓，須建4座棄流雨水池。棄流的初期雨水進(jìn)入污水管道，棄流后的雨水進(jìn)入凈化處理構(gòu)筑物。這種改進(jìn)克服了棄流雨水池?cái)?shù)量多、維護(hù)工作量大的缺點(diǎn)，如在棄流池頂部進(jìn)行綠化，還可美化景觀。

2．3雨水凈化工藝的確定雨水凈化工藝應(yīng)根據(jù)收集的雨水質(zhì)與用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及水量要求來確定。屋面水因可生化性差，一般宜采用物化處理，而不宜用人工生化處理。同時(shí)，應(yīng)考慮雨水中COD以溶解性為主的特性及棄流后的雨水懸浮固體含量較低等特點(diǎn)。目前常用的工藝有：

(1)棄流一微絮凝過濾工藝。因?yàn)橛晁蠧OD主要為溶解性的，如果采用直接過濾，對雨水中的COD、SS和色度的去除效果很差，試驗(yàn)表明，當(dāng)投加混凝劑后其去除效果可明顯提高?；炷齽┮话悴捎镁酆下然X、硫酸鋁、三氯化鐵，但用聚合氯化鋁混凝劑進(jìn)行微絮凝過濾其效果最好，聚合氯化鋁投加濃度為5mL。所以，將棄流后的雨水進(jìn)行絮凝過濾處理工藝比直接過濾的效果要好，其工藝流程見圖4。棄流后的中、后期雨水進(jìn)入雨水貯存池(貯存池容積根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式繪出不同歷時(shí)的雨量曲線來確定)。池內(nèi)雨水經(jīng)泵提升至壓力濾池，在泵的出：水管道上投加混凝劑聚合氯化鋁，然后進(jìn)入壓力濾池：進(jìn)行微絮凝接觸過濾，最后經(jīng)液氯消毒后進(jìn)入清水池，作為生活雜用水

(2)棄流一生態(tài)滲透過濾工藝。該工藝是以綠地～人工混合土凈化技術(shù)為主體的生態(tài)滲透過濾凈化系統(tǒng)，將雨水通過人工混合土壤一綠地系統(tǒng)進(jìn)行物理、物化、生化和植物吸收等多種作用使污染物得到去除。同時(shí)該設(shè)計(jì)根據(jù)企業(yè)生活區(qū)比廠區(qū)地形高的特點(diǎn)，并考慮將凈化后雨水既可作為雜用水又可作為中水水源，所以將生活污水和生產(chǎn)廢水：處理構(gòu)筑物以及雨水凈化構(gòu)筑物一起集中布置在廠區(qū)內(nèi)。這樣，經(jīng)棄流后的生活區(qū)屋面雨水可重力流入滲濾池，并將滲濾池布置在雨水貯存池上，既減少了占地，又美化了環(huán)境。該工藝能耗低、易管理，是一種經(jīng)濟(jì)有效的雨水生態(tài)凈化工藝。其工藝流程見圖5。

(3)砂濾一膜濾處理工藝
該處理工藝主要采用粒狀濾料和膜濾相結(jié)合的物理法，可增強(qiáng)處理雨水水質(zhì)的適應(yīng)能力，還起到對膜濾的保護(hù)作用。工藝流程見圖6。該工藝處理效果穩(wěn)定出水水質(zhì)好，缺點(diǎn)是造價(jià)和處理成本較高，在非雨季時(shí)，膜處于停用狀態(tài)會(huì)干燥失效，需用小流量水通過濾膜循環(huán)或拆除濾膜以化學(xué)藥劑浸泡養(yǎng)護(hù)，從而增加了維護(hù)工作量。

上述三種雨水凈化工藝都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。為了節(jié)省工程造價(jià)和運(yùn)行成本，減少維護(hù)工作量，根據(jù)雨水凈化的有關(guān)資料和污水土地處理工藝的原理，決定采用第二種處理工藝。

2．4生態(tài)滲透過濾凈化池的構(gòu)造與設(shè)計(jì)

2．4．1凈化池的構(gòu)造
生態(tài)滲透過濾凈化池是一種人工凈化與自然凈化相結(jié)合的構(gòu)筑物。池內(nèi)表層為人工綠地；表層下為由40％天然砂土+40％爐渣(粒徑為2．5～5mm)+20％天然沸石(粒徑為2～3mm)組成的人工混合土，其滲透系數(shù)為2~10m／s，厚度為0．9m；人工土層往下依次為粗砂層、沸石層(粒徑4～5mm)、礫石層(粒徑8～12mm)、中等礫石層(粒徑20～40mm)、圓形礫石層(粒徑50～80mm)。各層的厚度分別為10、15、20、20em。濾層總高度為1．55m。濾層底部布置穿孔管作為集水系統(tǒng)，穿孔管外部包土工布。結(jié)構(gòu)見圖7。

人工土層孔隙率高，滲透系數(shù)大，密度小，耐沖刷，并適宜植物生長。在人工土壤表層，草本植物把氧帶到根部，使周圍的許多微生物生長繁殖，并對有機(jī)污染物進(jìn)行降解。同時(shí)，爐渣和沸石對有機(jī)物都具有良好的吸收作用，所以在人工土壤的物理、化學(xué)和生物作用以及植物吸收的共同作用下，得到了較好的凈化效果。據(jù)試驗(yàn)表明，通過1m厚的人工混合土層滲透，對COD去除率可達(dá)70％～80％t。生態(tài)滲透過濾凈化池對人工混合土滲透進(jìn)行了強(qiáng)化，增加了綠地生態(tài)凈化和無機(jī)吸附劑的高效吸附功能，所以將會(huì)獲得更高的COD去除率。

2．4．2凈化池表面積的計(jì)算

凈化池滲流量應(yīng)該等于屋面雨水徑流設(shè)計(jì)流量．這樣才能保證雨水的有效收集和處理。因此，池表面積的計(jì)算應(yīng)考慮以下幾個(gè)數(shù)據(jù)：

(1)屋面雨水徑流設(shè)計(jì)流量。
Q=apqF=67．28。
式中：Q為雨水設(shè)計(jì)流量，L／s；為徑流系數(shù)，對于瀝青油氈屋面=0．9；q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L／(s•hm)．當(dāng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P=0．33a，降雨歷時(shí)t=5min時(shí)．口=62．3L／(s•hm)；F為屋面匯水面積．hm。

(2)滲流量。根據(jù)達(dá)西定律可知．通過濾床的滲流流量W=KAJ=8x10-s,sAm3／s。式中：為滲流流量．m3／s；為滲透系數(shù)，m／s，對于人工混合土K=2．22x10m／s．考慮到濾床運(yùn)行一段時(shí)間后，值會(huì)減小．所以取8×10m／s；A為待求濾池表面積，m2；J為水力坡降．當(dāng)?shù)叵滤惠^低．雨水徑流從土壤表面近似于垂直向下滲透時(shí)。

(3)凈化池表面積。因雨水徑流量應(yīng)等于凈化池滲流量．所以Q=W．即67．28x10=8x10xA．則A==84lm2，~850m2；設(shè)凈化池寬為25m，長為34m。

2．4．3滲透池的布水系統(tǒng)和集水系統(tǒng)

滲透池的布水系統(tǒng)采用在主管道兩邊對稱連接5根DNIO0的支管．支管管中心間距5．3m。為了布水均勻，主管道管徑從DN300過渡至DN150。支管向下45。方向交錯(cuò)布置015mm孑L洞。滲透池的集水系統(tǒng)布置在承托層底部．在集水總管兩側(cè)同樣平行布置5根0100的穿孑L管(管外包土工布。將過濾后的雨水由穿孑L管收集流入集水總管再流入下面的貯存池

2．5貯存池容積的確定
貯存池的容積與雨水調(diào)節(jié)池容積的計(jì)算方法相同，以降雨歷時(shí)為橫坐標(biāo)，以對應(yīng)的徑流雨水量為縱坐標(biāo)作圖，得徑流雨水量曲線，其最大值則為貯存池的容積。

3結(jié)語

在缺水地區(qū)，對企業(yè)屋面雨水進(jìn)行收集處理利用是很有必要的。初期雨水棄流是整個(gè)雨水處理的預(yù)處理，它能有效地為后續(xù)處理工藝提供水質(zhì)較穩(wěn)定的水源。采用綠地與人工混合土滲透結(jié)構(gòu)相結(jié)合的生態(tài)滲透凈化池對COD有較高的去除率，并將貯存池設(shè)置在生態(tài)滲透凈化池下部，既節(jié)約了土地．又美化了環(huán)境。
 

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