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浅谈建筑屋面雨水回收利用技术
摘要：随着城市化的发展，许多城市面临水资源短缺的问题。雨水是一种最根本、最直接、最经济的水资源，是自然界水循环系统中的重要环节，对调节、补充地区水资 源和改善及保护生态环境起着极为关键的作用，因此雨水利用是实现水资源可持续发展的一条重要途径。本文归纳了建筑屋面雨水回收利用的过程以及系统中使用到的技术。 关键词：雨水回收利用技术、水资源、可持续发展
我国是水资源十分匾乏的国家，人均水资源占有量只有 2220m3，是世界人均水平 的 1/4，被联合国列为 13 个贫水国之一，再加上水资源的空间分配极其不平衡，用水矛 盾不断加剧。然而我国雨水资源丰富，年降雨量达 6.2 万亿立方米，但在城区，传统的 雨水处理方式大多为直接排放。由于不透水面积比例不断增加，集蓄、利用设施缺乏，每年有大量雨水弃流排放。随着城市的不断发展，雨水资源流失量还将不断增大。建筑 屋面雨水收集将雨水合理、充分的收集利用，将成为解决城市雨水资源短缺的有效措施 之一。
1 国内外建筑屋面雨水利用现状 1.1 国外建筑屋面雨水利用现状 雨水作为一种极有价值的水资源，早已引起德国、日本等发达国家的重视，在这些 国家已逐步进入到标准化和产业化的阶段。自 80 年代初雨水收集利用协会成立以来， 不断地促进国际间的交流与合作，两年一度的交流大会使各国之间的雨水利用技术和信 息能够很快地传播，并达成“雨水利用将成为解决世纪水资源紧缺的重要途径”的共识。 德国是世界上发达国家之一，人民生活水平较高，住房多为独门独户的单户家庭，其雨水利用技术也非常成熟。一般雨水利用模式是将屋顶雨水通过雨漏管收集，通过分 散或集中过滤除去径流中颗粒物质，然后将水引入蓄水池贮蓄，再通过水泵输送至用水单元。一般用于冲洗厕所或灌溉绿地等。另外，德国还制订了一系列有关雨水利用的法 律法规，对雨水利用给予支持。如目前德国在新建小区之前，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利用设施，若无雨水利用措施，政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费等。 日本是个水资源比较缺乏的国家，但雨量充沛，因此早已对雨水这种极有价值的水资源引起了重视，并在多领域进行了回收利用，相关技术达到了世界领先水平。日本政府于年颁布了“第二代城市排水总体规划”，正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分，要求新建、改建的大型公共建筑物必须设置雨水下渗设施。此外， 日本雨水利用一大特色就是在建筑屋顶修建了雨水浇灌的“空中花园”，在减少城市地表径流的同时，减少自来水的消耗，增加了城市的绿地面积，美化了城市环境，净化了城市空气，吸收了城市噪声，还能够降低城市的热岛效应，可谓一举多得。 其它一些发达国家也积极探索城市雨水利用技术，并取得一定的成果。英国世纪穹顶拥有欧洲最大的建筑物内水循环设施，每天回收 500 立方米水用以冲洗该建筑物内的 厕所，其中就有 100 立方米来自屋顶收集的雨水；而丹麦每年能从居民屋顶收集 645 万 立方米的雨水，占居民冲洗厕所和洗衣服实际用水量 68%，占居民用水总量的 22%
1.2 国内建筑屋面雨水利用技术 我国真正意义上的建筑屋面雨水利用的研究与应用却仅仅开始于 20 世纪 80 年代， 发展于 90 年代。1996 年在兰州召开了第一届全国雨水利用学术讨论会。2001 年水利部 颁发了《雨水集蓄利用工程技术规范》，标志这项技术的初步成熟。北京 2003 年颁布《关于加强建筑工程内雨水资源利用的暂行规定》规定“建设工程的附属设施应与雨水利用工程相结合。景观水池应设计建设为雨水储存设施，草坪绿地应设计建设为雨水滞留设 施”。以上规定都提出了雨水利用的要求，促进了雨水利用的发展，但总的来说我国的 建筑屋面雨水利用仅仅还处于一个探索与研究阶段，尚未形成一个与我国经济、技术、人文、气候等技术条件相结合的城市雨水利用技术体系。简而言之，我国在雨水利用方 面取得了一些成绩，但与我国的水资源紧缺情况相比，我国雨水资源化的实施力度还很不够。
2 建筑屋面雨水收集利用技术 屋面雨水通过雨水收集管网收集后，经过初期雨水弃流装置进入蓄水池，储蓄的雨水再经过雨水处理系统后就可以回用于浇灌、冲洗厕所等，工艺流程图见图 1。 图 1 雨水回收利用工艺流程图
2.1 雨水收集 建筑屋面雨水的收集区域通常为屋面，屋面的材料有金属、黏土或混凝土瓦片、合成或沥青屋顶板以及其他模板、石板，集雨屋面材料一般以瓦质屋面和水泥混凝土屋面 为主。此外屋面还要保持适当的坡度来防止雨水滞留。普通屋面雨水外收集系统由檐沟、 收集管、水落管、连接管等组成。为了使屋面雨水收集取得良好的效果，可以在居住建筑进行屋顶绿化设计，它能够延缓各种防水材料老化，增加了屋面的使用寿命、削减雨 水径流量，减少雨水资源的流失、调节雨水的自然循环和平衡、削减雨水污染负荷，其产生的径流具有良好水质，有利于后续的收集利用。
2.2 雨水弃流技术
屋面雨水污染物主要来源为屋面材料分解、大气中的沉积物和天然降水。由于屋面 径流雨水经常表现出初期冲刷效应，初期径流雨水中污染物浓度较高，水质混浊，随着 降雨的持续，一旦冲刷效应完成，径流雨水的水质将明显提高。所以要对初期雨水采用 弃流措施。如图 2 弃流装置示意图所示，初期屋面径流雨水流入分水井后，经弃流器进入弃流池，弃流器中的浮球随着弃流池中的水位提高而逐步上升，当弃流池中的水位到达设计水位时，浮球也上升至弃流器顶部，堵住了弃流器的进水口，之后产生的径流雨 水便改道流入贮水池。从而完成初期弃流过程。一般按 2~3mm 降雨深度作为屋面初期 水的弃流深度。另外还有使用旋流分离原理的雨水弃流器，以及使用筛网过滤、筛板过滤或是利用电子雨量计通过电动阀控制初期雨水和中期雨水进入不同管路等多种初期 雨水弃流方向。
2.3雨水蓄存技术 贮水池是整个工艺的主要构筑物，是实现雨水有效收集利用的重要保证。它不仅起 到屋面雨水收集的作用，同时也起到调节、沉淀作用，贮水池的设计主要包括蓄存有效 容积的合理确定、贮水池的选择、布置，以及水质改善的技术。另外池内应设水位监测装置，监测高低水位及超高报警水位，蓄水沉淀池内设置潜水排泥泵，将泥水排入室外污水管道。
2.4雨水处理技术 雨水处理技术由于雨水的水量和水质变化较大，用途的不同所要求的水质标准和水 量也不同，所以雨水处理的工艺流程和规模，应根据收集回用的方向和水质要求以及可 收集的雨水量和雨水水质特点，来确定处理工艺和规模。 雨水当中的污染物主要以无机物为主，并还有大量的泥沙，雨水的可生化性较差，而且结合雨水回收的用途，一般可不采用生物处理技术，降低成本的同时避免引起细菌总数的增加，根据规范要求，应采用物理、化学方法进行处理。雨水处理工艺采用“混 凝—过滤”工艺，具体工艺流程如图 3 所示。混凝过程利用混凝剂对悬浮物质的聚合作 用，将水中的污染物聚集起来后形成较大直径的絮状胶体物质。混凝剂与雨水混合后进 入全自动反应器，药剂与污染物反应生成较大的絮凝体经过滤器滤除。然后到达石英砂过滤器，经过石英砂过滤器过滤后可有效出去水中的悬浮物，并对水中的胶体、有机物、 农药、铁、锰、细菌等污染物有明显的去除作用。处理过的水采用次氯钠溶液消毒，保 证回用水的细菌指标达到要求。最后经消毒的水进入清水池储存，以供建筑回用或是灌溉、道路浇洒。 图 3.“混凝—过滤”工艺
2.5雨水利用方案分析 如图 4 所示的建筑屋面雨水利用方案，屋面采用绿化设计，径流系数可以降低到 0.3 左右，即在相同的降雨量下收集到的雨水会相应减少，一些小雨甚至不会形成径流，比 较适合雨量充沛均匀的地区，而且径流水质会明显改善，实际上，屋面植物和土壤起到了预处理的作用。所以如果采用了屋面绿化方案的建筑，可以省去初期雨水的控制措施。 雨后，贮水池的部分雨水和屋面绿化可以形成一个循环，在满足绿化用水要求的同时改 善了建筑景观和环境，另一部分雨水则可供室外水景之用。水景的规模除了考虑景观要求以外，更重要的是要考虑蒸发、渗透和其他用水量，满足水量平衡要求。对于水量不足长期闲置的大水景，效果不一定比一个能保证更高的使用率的小规模水景好。另外，贮水池中的雨水经过处理后，可以和中水联合回用。 在系统中设计自来水或其他水源进行补充，可以保证整个系统更好地运行。设计一个景观水的回流管，与屋面和贮水池形成循环有利于保障景观水体的水质。如果汇水面 积大，有富裕的雨水量，还可以考虑在溢流管后设计渗透设施。由于有了绿化屋面的预处理和贮水池的作用，能够保证渗透设施的良好运行。为了提高整个系统的综合效果， 同时构筑成具有良好生态功能的水景，应该提倡在景观水池中饲养一些水生植物和鱼类。
3 结语 本文首先简单分析了雨水处理回收利用的必要性，然后详细描述了建筑屋面雨水收集利用的工艺流程以及其中所用到的技术，最后通过对案例分析，得到建筑屋面雨水收 集利用不仅可以起到节约用水的优点，而且减轻了城市排水设施的负担、削减了城市洪峰流量等。 虽然建筑屋面雨水回收利用技术对于节约水资源，城市的可持续发展有很大的作 用，但是目前在国内校区建设中却得不到普遍的推广，原因在于： 1.没有相关的法律法规，德国、日本等雨水利用先进的国家都将雨水收集利用列入 到相关的法律法规中； 2.人们关于建筑屋面雨水的收集利用的意识不高； 3.建筑屋面雨水收集利用存在雨水不稳定的问题；
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发表于 2017-5-16 21:41:29
