工业厂房屋面雨水收集利用技术研究与应用

刘华平，吴卫平

（1.鑫缘茧丝绸集团股份有限公司 江苏海安2266002.海安市水务局 江苏海安226600）

1 前言

随着城市及工业现代化的发展，造成建筑、路面、广场、停车场等地面硬化面积不断增加，产生了一系列负面影响。这一种人为干预而产生的负面效应就是雨水大量流失、城市道路经常积水影响交通、雨水峰值突变增加排水系统难度、地表及地下水位下降等现象加剧。目前我国有66%的城市缺水，以至国家拆巨资搞城市调水工程。

我国水资源的短缺已成为现实，以往的水资源利用模式已不能满足当前城市发展不断增加的水资源需求时，回收雨水就成为了一种新的水资源合理利用方式，即把从建筑、路面、广场收集的雨水通过集中和储存利用，使人类从大自然水文循环中获取了宝贵的水资源，缓解了当前和今后人类发展所需的水资源短缺现象。

城市雨水回收是水资源综合利用中的一种新模式，体现了很好的经济效益和生态效益。目前，我国水资源短缺日益严重，针对存在问题，我国正在大力推广海绵城市，因此，工业厂房屋面雨水回收利用技术研究与应用适应了社会发展的现状与需求。

应海安县水务局聘请，作者参与了海安市江苏鹰球集团有限公司占地面积相对较大且较为集中的生产厂房屋面雨水收集利用工程，现将该工程技术的研究与应用情况分析如下，供丝绸生产企业实施雨水回收利用工程时参考。

2 国内外屋面雨水收集利用现状

2.1 屋面雨水的收集

目前，国内外厂区屋面的雨水收集是将雨水集中引入绿地、透水路面，或经过简单的过滤处理引入储水设施蓄存，用于厂区观赏水景、浇灌厂区绿地、冲洗厂房内设备或地面，或供企业职工洗车和冲洗厕所。

2.2 屋面雨水的处理

目前，国内外厂区屋面雨水收集后的处理与常规的水处理方法相同，唯一区别的是回收的雨水水质要比一般企业回收的中水水质好，通过实施项目收集的雨水化验数据显示，雨水的pH值平均约在5.6左右，只要将初期收集的雨水所带入的污染物（如树叶、泥砂等）经由滤网筛除、沉淀及过滤的处理过程就可以去除。

2.3 雨水的供应

目前，国内外厂区屋面雨水收集后由于未经过相应的处理（如消毒等），所收集的雨水，经简单预处理与储存后，用水泵将雨水提升至水塔，用于替代不与人体接触的方面，如冲洗设备和厂房地面、冲洗厕所、浇灌花木等为主。

3 项目实施企业现状

江苏鹰球集团有限公司目前拥有专业热处理炉40多台，这些设备的工作温度在摄氏900℃～1300℃，产品生产过程中需用自来水逐步降温，每台设备每小时的耗用冷却水量约3吨，40多台设备每小时耗水量约1200吨。

企业对产品生产过程中排放回收处理的中水和雨水收集处理回收利用工程方面做了大量研究与工程实践。近年来，企业投入资金，改造企业热处理设备原有冷却水供给系统，将原有热处理设备冷却采用的自来水改用收集的雨水来代替，进行回收雨水替代自来水冷却热处理设备并循环利用的试验研究和应用，经不断总结提高，目前已经实现雨水替代自来水目标，大幅度减少了自来水的耗用量和污水排放量，有效降低了企业生产成本。

4 项目主要研究内容

4.1 存在问题分析

雨水作为企业生产补充水源并纳入原有用水系统与其联合运行从技术上是可行的，但实际应用中需要解决以下问题。

（1）加剧原用水系统的水量波动。实际使用中水量平衡计算不合理是用水设施设计与运行存在的主要问题之一，而由于用水系统的使用对象主要是企业热处理等大型设备，用水的来源随着用水设备排放的水量和时间的分布呈现差异，常出现时多时少的情况，控制水量平衡的难度增加。如对雨水进行回收利用其季节波动和随机性较大，如将雨水与企业原生产用水系统联合运行，将会加剧用水系统的水量波动。

（2）要将原有用水系统与雨水回收利用系统联合运行，并使系统运行正常必须增加调蓄设施以容纳雨水，但由于收集的雨水总量少且相对集中，所以增容后的用水系统在缺雨季节通常不能满负荷运行，在降雨季节，储水系统又难于将屋面所有的雨水收集并处理，雨水进入用水系统往往还会造成原有用水的溢流，造成雨水代替原水，并未有效增加水资源用量。

（3）对企业办公楼和职工宿舍而言，由于可利用的屋顶面积有限，可收集的屋面雨水量与原有用水水量相比也有限，这些雨水进入用水系统使其复杂性和投入相对增加，因此可用性不大。

4.2 应用研究及分析

4.2.1 所在地降雨及资料分析

（1）全县多年平均降水量1041mm，年均降雨次数为114.3次，其中4mm以上的降雨降雨量占总降雨的的比例为92.5%。

（2）设计重现期1年一遇日降雨量为79mm。水池容积计算取33.1mm，相当于重现期0.15年的降雨强度，此时雨水控制率（季节折减系数）为84.5%。

4.2.2 雨水收集利用的总体规划及计算数据

（1）每年平均可利用雨水量的计算

式中W—屋面年均可利用雨水资源量(m3);H—多年平均降雨量(m);A—建造屋面总汇水面积(㎡)；ψ—综合径流系数(取0.45)；α—季节折减系数；该企业建造屋面总汇水面积为129650㎡。

W=0.845×0.45×1.041×129650＝51321m3

（2）雨水收集水池容积计算

雨水经过收集过滤后从而达到它的回用水质要求。本地24小时降雨量为33.1mm（0.15年重现期）。根据设计规范，屋面雨水初期弃流可采用1～3mm径流厚度，本设计综合取2mm，水池计算容积已去除弃流雨水量，即实际可收集雨水量为31.1mm。

一次降雨可直接收集下垫面雨水：Qy＝129650×0.45×0.0311＝1814.5m3

该工程设计用水周期取为3天，则每天的雨水回用量为：Qd=1200m3/d

丝绸生产企业可结合各自的实际用水量及水池的实际占地情况，建造雨水收集池，余量雨水以溢流形势排放至市政雨水管网。各企业应根据所在地的实际情况来考虑雨水的保质周期及本地区两场降雨间隔时间。

图2 雨水收集利用系统布置示意图

（3）处理雨水及使用

根据不同用途采用不同的处理方式，该项目的雨水主要用于企业热处理设备的冷却水。考虑雨水的水质，以及对用水水质的要求，本项目所收集的雨水经雨水过滤装置过滤后，可满足以上用水水质要求。

雨水在经过初期弃流后的水质为：CODcr60～100mg/L；SS20～40mg/L。所以雨水在经过简单的处理后即可达到使用要求。

4.3 雨水综合利用系统的设置及用途

4.3.1 雨水收集利用流程

图1 雨水收集利用系统流程示意图

在上图流程中，屋面雨水经雨落管进入初期弃流装置：经初期弃流后的雨水通过贮水池收集后循环利用。

4.3.2 雨水收集利用系统布置

雨水利用系统布置在图纸设计的位置和空间内，且全部构筑单元均在地面以下，雨水收集利用系统布置如下图所示：

4.3.3 初期雨水的弃流

在屋面雨水收集过程中，初期收集的水质较差，应该将其弃除，收集那些中后期水质教洁净所降雨水。能够实现这一功能的设备称之为雨水初期弃流装置。屋面雨水的弃流需采用内置式初期雨水高效率弃流装置。排除后的雨水进入厂区雨水排放管道，中、后期的洁净雨水进入屋面雨水收集管道后流向雨水储水池。

5 结论

（1）通过有效的截留和控制屋面雨水，可大幅减少厂区雨水排水管网的规模（约20%左右）。

（2）与中水回用项目相比，雨水收集利用系统可适合在厂区发挥作用。雨水收集系统建设较简单，在厂区房屋基建时，在屋顶增设排放雨水的管道，地下建一个蓄水池就行了，其后期的运行管理也不复杂，既环保又经济（雨水回用设备运行维护费用约为0.16-0.19元/立方米）。

（3）有效降低水中所含钙镁离子含量，大幅度降低水处理成本，可有效降用水设备的结垢和延长其使用寿命。

（4）雨水可以循环利用于设备冷却，也可用于观赏水景、浇灌厂区内绿地、冲洗设备、冲刷厂房地面或厂区路面，或供职工洗车和冲洗厕所。