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原標(biāo)題：雨水回收利用系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用

西安康諾環(huán)?？萍加邢薰疚恼弘S著城市規(guī)模和數(shù)量迅速擴(kuò)大，水資源短缺的局面日趨嚴(yán)峻，我國有近400座城市缺水或嚴(yán)重缺水，而寶貴的雨水資源卻未能得到有效的利用，雨水利用率不到10%。與此同時(shí)，城市化也帶來了環(huán)境污染、洪澇災(zāi)害等一系列問題[1,2]。特別是不透水地表鋪砌面積的不斷擴(kuò)大和建筑密度的提高，使地面徑流形成時(shí)間縮短，峰值流量不斷加大，排水系統(tǒng)的雨季流量大量增加，產(chǎn)生洪澇災(zāi)害的機(jī)會增加，危害加劇。

雨水回收利用的優(yōu)點(diǎn)主要有：1）小區(qū)或建筑單體可以建立起本區(qū)獨(dú)立的水源，把降落在本區(qū)的雨水留在身邊。2）減輕城市排水壓力，有效防止城市洪水。通過收集降落在屋頂?shù)挠晁?，可以減輕下水道的排水壓力，從而防止城市型的洪水。3）可以考慮作為災(zāi)害緊急備用水源。收集儲存的雨水可以用作消防用水。另外，對于地震等天災(zāi)，當(dāng)自來水管道被破壞時(shí)，收集儲存的雨水還能作為生活用水的備用水源[3]。

雨水是一種zui根本，zui直接，的水資源，已經(jīng)得到世界各國的認(rèn)可，雨水作為一種補(bǔ)充水資源越來越受重視。如果能夠?qū)⒂晁侠恚浞值厥占?，將成為解決城市與水資源短缺的有效措施之一。

2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀

在過去的20多年里，越來越多的國家涉及雨水集流系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，1989年8月在馬尼拉第四次雨水收集系統(tǒng)會議上成立雨水集流系統(tǒng)協(xié)會，致力于提高和改進(jìn)雨水集水技術(shù)的規(guī)劃、開發(fā)、管理、技術(shù)和教育。世界上有很多國家都在利用收集的雨水解決人們的生活用水和城市用水的問題，住宅小區(qū)內(nèi)雨水的利用已在歐美發(fā)達(dá)國家逐步進(jìn)入到標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化的階段。德國從20世紀(jì)80年代初開始發(fā)展城市集雨系統(tǒng)并逐步走向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)范化，并于1989年制訂了屋面雨水利用設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)（DIN1989.01），向集成化、綜合化方向發(fā)展[4]。柏林等一些城市已經(jīng)將城市雨水利用和城市環(huán)境、城市生態(tài)建設(shè)等結(jié)合起來進(jìn)行設(shè)計(jì)，已建或在建一批各具特色的生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)。到1999年，全國已經(jīng)有100多家從事集雨系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝的公司，不少家庭、學(xué)校、工廠、洗車房都安裝了集雨系統(tǒng)。美國許多城市建立了屋頂蓄水和由入滲池、井、草地、透水地面組成的地標(biāo)回灌系統(tǒng)，所有新開發(fā)區(qū)要求強(qiáng)制實(shí)行“就地滯洪蓄水”。美國雨水利用以提高天然入滲能力為目的，建立了屋頂蓄水和由入滲池、井草地、透水地面組成的地表回灌系統(tǒng)，日本于1963 年開始興建滯洪和儲蓄雨水的蓄洪池，將蓄洪池的雨水用作噴灑路面等城市雜用水，1992年頒布了“第二代城市排水總體規(guī)劃”，正式將雨水滲溝、滲井、滲池等及透水地面作為城市總體規(guī)劃的組成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群及新區(qū)開發(fā)必須設(shè)置雨水底下入滲收集設(shè)施[5]。70年代修筑集流面收集雨水，目前日本利用小區(qū)雨水作為生活雜用水的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，正大力實(shí)施雨水滲透補(bǔ)充地下水。英國倫敦世紀(jì)圓頂?shù)挠晁占孟到y(tǒng)每天回收100m3雨水作為沖洗廁所用水。丹麥城市從屋頂收集雨水，收集后的雨水經(jīng)過收集管過濾設(shè)備，進(jìn)入蓄水池，用于沖洗廁所和洗衣服[6-8]。

我國城市雨水利用起步較晚。結(jié)合雨水利用的研究，尤其是雨水協(xié)會的成立，20世紀(jì)90年代，我國學(xué)者才將雨水利用作為一門相對獨(dú)立的學(xué)科開展了一系列研究，并取得了許多進(jìn)展和成果[8]。1995年6月，北京舉辦了第七屆雨水集流系統(tǒng)大會，并分別在蘭州、徐州召開了*、第二屆全國雨水利用學(xué)術(shù)討論會。隨著間交流的日益頻繁，我國在吸收*技術(shù)的同時(shí)，很多地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，建立了示范性工程，并引入*的管理觀念和經(jīng)驗(yàn)，如水敏感城市、低影響開發(fā)等理念。近年來我國雨水資源化的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向雨水蓄滲、緩排、利用等[9,10]，北京建筑工程學(xué)院在學(xué)習(xí)借鑒國外發(fā)達(dá)國家成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合我國的地域特點(diǎn)對雨水利用方式進(jìn)行了大量的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，成功設(shè)計(jì)和實(shí)施了多個(gè)雨水利用示范工程項(xiàng)目[11]。 雖然我國在雨水利用方面取得了一些成績，但與我國水資源緊缺情況相比，雨水資源化的實(shí)施力度還很不夠。

為了滿足需要，人們采取了專門的技術(shù)措施，改變了雨水資源的轉(zhuǎn)化途徑，使雨水資源的分配方式，分配途徑改變而對人類社會產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[12]。該過程人們改變了雨水資源運(yùn)移、轉(zhuǎn)化的途徑、時(shí)間及數(shù)量，改變了小范圍水循環(huán)規(guī)律。另一方面，由于人工雨水收集干擾了正常的水文循環(huán)，從而對區(qū)域的徑流、蒸發(fā)、入滲及地下水位產(chǎn)生影響；尤其在降雨量少的干旱半干旱地區(qū)，因此要防止雨水資源的過度利用對環(huán)境的負(fù)面影響。

3 雨水回收利用系統(tǒng)組成

3.1 雨水回收綜合利用系統(tǒng)原理

雨水回收綜合利用系統(tǒng)是利用小區(qū)雨水管網(wǎng)收集雨水進(jìn)入初期棄流裝置，經(jīng)雨水棄流裝置進(jìn)行初步過濾后，進(jìn)入PP模塊一體化雨水收集池，經(jīng)過 PP模塊一體化構(gòu)筑物過濾"沉淀，達(dá)到雨水回收利用要求的水質(zhì)，經(jīng)過供水設(shè)備和供水管網(wǎng)，供給小區(qū)內(nèi)綠化"景觀噴泉和地面沖洗使用。

雨水初期棄流裝置的作用是完成降雨初期雜質(zhì)較多雨水的自動(dòng)排放和預(yù)過濾。該裝置內(nèi)置過濾裝置在棄流完畢開始收集時(shí)，對收集的雨水進(jìn)行初步過濾，過濾產(chǎn)生的垃圾可以自動(dòng)排放掉。

PP模塊一體化構(gòu)筑物的儲水池骨架采用PP模塊組合，每塊單體尺寸為(500mm×1000mm×400(h)，承壓能力≥0.45N/m2，層間采用連接桿進(jìn)行連接，列采用連接卡進(jìn)行連接；過濾系統(tǒng)采用濾板微孔過濾型式，過濾只依靠液面靜壓力完成，處理后的水質(zhì)符合雨水回用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。雨水處理后加壓給水泵根據(jù)實(shí)際回用水量確定，并設(shè)排污泵，且間斷排泥，濾板沖洗泵與雨水回用水泵共用。

3.2 雨水回收利用系統(tǒng)流程

雨水回收利用系統(tǒng)流程如圖1所示。

完整的建筑雨水回收利用系統(tǒng)主要包括：初期雨水棄流裝置、花壇滲濾凈化裝置、過濾器、雨水收集模塊、收集井、抽水管和水泵，整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖1   雨水回收利用的流程

圖 2 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖

雨水通過屋頂流進(jìn)雨水初期棄流裝置，經(jīng)過過濾后，棄流的雨水由污水管排出[13]，可被利用的雨水流進(jìn)花壇滲濾凈化裝置，少量雨水被花壇中植被吸收，剩余雨水由裝置中滲透管流進(jìn)集水井。滲透管與集水井底部的過濾器相連，過濾器上布有均勻的圓形孔，過濾后的雨水通過孔流進(jìn)集水井。同時(shí)，雨水通過低勢綠地的植被自然下滲，經(jīng)過組裝后的雨水收集模塊，將雨水中混有的較大雜質(zhì)排除在外界，并對雨水進(jìn)行收集。收集的雨水經(jīng)過進(jìn)水管流進(jìn)集水井底的過濾器，經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入集水井。集水井中有抽水管，抽水管通過水泵的作用將集水井中收集的雨水抽入水箱，具體回收利用流程如圖1所示。水箱中的雨水經(jīng)多次滲透過濾后已較為干凈可以用于洗衣服、沖廁所等用途。

3.3 屋面雨水與建筑物再生水系統(tǒng)合用可行性分析

水資源的緊缺迫使人們轉(zhuǎn)向?qū)Ψ浅Ｒ?guī)水資源的開發(fā)利用，雨水和再生水容易回收利用，能夠有效緩解城市區(qū)域水資源不足，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。由于建筑物或小區(qū)的各種條件的不同，合用系統(tǒng)的再生水利用系統(tǒng)和雨水利用系統(tǒng)的關(guān)系可分為以下幾種：

①濾過性病原體和細(xì)菌污染雨水的可能性很小，與再生水原水相比更加衛(wèi)生安全。

②屋面降雨中有機(jī)物濃度、氮、磷、和氯離子等鹽類濃度含量比再生水原水低，其水質(zhì)要比再生水水質(zhì)好。

③再生水再利用系統(tǒng)比雨水利用系統(tǒng)穩(wěn)定，水量能夠得到保證。相比各自單獨(dú)的收集利用系統(tǒng)，雨水-再生水合用系統(tǒng)在水源上能夠得到保證，應(yīng)當(dāng)盡可能選取的原水，如屋面雨水、雜排水，并在處理后的水質(zhì)達(dá)標(biāo)的情況下，盡量擴(kuò)大回用水的使用范圍，提高自來水替代率。當(dāng)然，在擴(kuò)大回用水使用范圍時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮相應(yīng)增加的處理費(fèi)用。在選用合用系統(tǒng)方式中，應(yīng)根據(jù)不同的地區(qū)特點(diǎn)選擇合適的模式。隨著土地成本的逐漸提高，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮節(jié)省占地面積的一體式池型。一體化設(shè)計(jì)是將雨水收集池、雨水沉淀池和再生水供水池合并，其容積由雨水收集調(diào)蓄量確定。此種模式，在雨水收集階段不對雨水進(jìn)行處理，降雨結(jié)束后再進(jìn)行處理，當(dāng)處理*后再進(jìn)行利用。通過設(shè)置循環(huán)設(shè)備把合用池中收集的雨水送到處理設(shè)備，處理后的雨水再進(jìn)入合用池，根據(jù)收集水水質(zhì)情況和用水水質(zhì)要求，適當(dāng)選擇循環(huán)周期。我國南方地區(qū)多雨，全年降雨量較大，再用水水源較為穩(wěn)定，混合供給能使雜用水的供水安全得到保證。大多數(shù)情況下，在選用工藝流程時(shí)，需對區(qū)域特點(diǎn)具體分析，通過優(yōu)化處理來得到更為合理的利用模式。

圖 3 一體化池型合用模式工藝流程圖

屋面雨水利用系統(tǒng)納入再生水系統(tǒng)與其聯(lián)合運(yùn)行，從技術(shù)上是可行的。但在實(shí)際操作時(shí)，下列問題仍需要考慮：

1）由于雨水在時(shí)間和水量上的波動(dòng)性會加劇再生水系統(tǒng)的水量波動(dòng)。

2）為了使系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須增大調(diào)蓄設(shè)施以容納雨水。同時(shí)，我國北方缺水地區(qū)的雨水少且集中，所以擴(kuò)容后的系統(tǒng)在旱季通常不能滿負(fù)荷運(yùn)行。雨天時(shí)，系統(tǒng)又很難把所有的雨水收集處理，雨水進(jìn)入再生水系統(tǒng)會造成再生水原水的溢流，造成雨水代替再生水，并未真正增加水資源量。

3）由于有效屋面面積有限，收集屋面雨水量與再生水水量相比也有限，雨水進(jìn)入再生水系統(tǒng)將會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和投入。同時(shí)調(diào)蓄和處理設(shè)施也需要占據(jù)龐大的空間，這在一些建筑物和小區(qū)中存在困難。

4）由于水質(zhì)情況的不同，采用聯(lián)合處理會影響再生水生化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。即使再生水水源采用物化處理方法，兩者聯(lián)合運(yùn)行也存在穩(wěn)定性的問題。

3.4 雨水回收利用系統(tǒng)施工要求

雨水回收利用系統(tǒng)的構(gòu)筑物均建在地面下，由于其特殊性，由土建工序和安裝工序組成。現(xiàn)重點(diǎn)針對濾板施工要求進(jìn)行闡述，濾板施工質(zhì)量的好壞，決定了雨水回收的水質(zhì)，在施工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1) 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，濾板的鋪裝從基準(zhǔn)點(diǎn)開始，以基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)樣式鋪裝。

2) 鋪裝微孔板時(shí)，不得站在找平層上作業(yè)。

3) 濾板必須平整輕放在找平層上，手按住板表面，用1kg的橡皮錘或用4 磅鐵錘錘木墊板敲擊磚中間1/3面積處，使板與找平層錘實(shí)，以免發(fā)生空鼓。

4) 板與板之間為自然縫，落板必須貼近已鋪好的板垂直落下，不能推板，造成積砂現(xiàn)象。

5) 板與板之間鄰近接觸面角必須在同一平面，每行鋪裝必須用水平尺結(jié)合標(biāo)高線進(jìn)行找平，誤差必須<1mm。

6) 如遇到切板現(xiàn)象，必須將板進(jìn)行彈線切割; 如遇到連續(xù)切割板的現(xiàn)象，必須保證切邊在一條直線，偏差<2mm。

7) 鋪裝濾板面整體要求必須平整一致，同時(shí)坡向要根據(jù)現(xiàn)場利于排水面而調(diào)整。

8) 遇到出水井或者排泥井時(shí)，應(yīng)結(jié)合施工圖紙根據(jù)現(xiàn)場的具置做調(diào)整。

9) 每班次收工時(shí)應(yīng)做收邊處理，以防止邊緣板松動(dòng)。

10) 施工完成后，養(yǎng)護(hù)24h 后，將已鋪裝好的濾板用填縫砂填縫，填縫時(shí)應(yīng)務(wù)必將板縫填滿，同時(shí)將在濾板表面上的余砂清理干凈。

微孔過濾板鋪裝完成養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得小于14d。

本文由同濟(jì)大學(xué)孫振平教授課題組唐曉博整理