屋顶雨水水质分析及回收利用技术研究

2020-09-30王博张娟

粘接 2020年8期

王博张娟

摘要：水为人类赖以生存的重要自然资源，受地形环境及气候影响，我国不同地区水资源分布差异较大，西北部地区水资源较为匮乏，为减缓城市水资源需求压力，通过对雨水的收集和利用，将有效提高水资源的利用效果。以陕西咸阳市南海家缘小区为雨水采集点，通过雨水采集并进行化验分析，表明了成阳市市区雨水总体污染较小，屋顶收集到的雨水通过简单处理后各项水质指标能满足灌溉及地表水水质要求。通过对城市内建筑施工现场及居民居住小区屋顶雨水收集利用模式进行了探讨，提出了相应的雨水收集及利用的方式，对于城市雨水的收集利用具有行之有效的推广意义。

关键词：屋顶雨水;水质分析;回收利用;水处理

中图分类号：TU991.11+4

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）08-0129-05

Water Quality Analysis and Recycling Technologyof Roof Rainwater

WANG Bo，ZHANG Juan

（Xianyang Vocational Technical College，Xianyang Shaanxi 712000.China）

Abstract ： Water is an important natural resource for human survivaI.Affected by the terrain，environment and cli-mate. the distrihution of water resources in different regions of China is quite different.and the water resources inthe northwest are relatively scarce.In order to reduce the pressure of urban water demand.the collection and utiliza-tion of pre rainwater will effectively improve the utilization effect of water resources.Taking Nanhai Jiayuan commu -nity of Xianyang City，Shaanxi Province as the rainwater collection point，through rainwater collection and analysis，it shows that the owerall pollution of rainwater in Xianyang city is relatively small，and the rainwater collected fromthe roof can meet the requirements of irrigation and surface water quality after simple treatment.Through the discus-sion of the rainwater collection and utilization mode of the construction site and the roof of the residential quarterin the city，the corresponding rainwater collection and utilization mode is put forward， which has the effective promo-tion significance for the urhan rainwater collection and utilization.

Key words ： roof rainwater;water quality analysis;recycling;water treatment

目前淡水资源面临着短缺，水污染形势严峻，受地理环境影响水资源分布不均，西部及北部地区淡水资源较为匮乏。对淡水资源的合理利用及节约水资源成为了目前重要的社会问题，寻求一种有效的方法提高淡水自然利用率，能有效缓解淡水资源不足的问题[1]。作为重要的地表淡水补充资源，雨水对人类赖以生存的环境有着重要的影响。对雨水资源的回收利用，不仅能有效缓解暴雨时期城市排水系统的压力，还能补充地表水资源，降低城市水资源供应不足的问题。雨水资料的利用方式很多，目前常见的为直接通过雨水收集设备收集好后，根据雨水水质的好坏，用于道路冲洗、喷洒地面防尘、洗车、消防等方面，同时对收集到的雨水进行处理后补充到地表水资源中，改善城市生活环境[2-4]。

对于雨水的收集目前主要集中于对屋顶及路面，但由于屋顶及路面受到的污染程度不同，造成收集到的雨水水质差异较大，相比而言路面收集到的雨水污染较为严重，含有的杂质及污染物较多。许润等（2019）分析了屋面材料及空气质量对收集到的雨水水质的影响，并探究了在储水箱中的雨水微生物及沉降作用，通过超滤处理后水质达到了生活用水标准[5];何超等（2018）通过对比了传统车库顶板排水系统及PDS雨水收集系统，提高了地下车库顶在雨水利用中的实际工程意义[6];王兆庚等（2019）以天津大学为实例通过收集屋顶雨水，采用水泵加压回补地下水，论证了该方法退地下水补回的有效作用[7];苏杨等（2019）通过雨水收集系统对海岛上的雨水进行回收利用，为驻岛人员淡水资源提供了良好的补充[8];张丽宏等（2018）以城市公园雨水收集及重復利用为目的，开展了雨水收集利用方面建设合理性分析、管理及后期维护方面的研究工作，促进了雨水在城市公园中的利用发展[9]。

对于屋顶雨水收集方面目前通常采用储水后渗入地下的方式，补充地表水资源;以及在屋顶建设空中花园，种植各类植被，种植植被的底层具有排水管道系统，过多的雨水将会排出，一般情况下土层厚度200mm左右，种植适应生长的植被。近年来国内许多专家在雨水回收利用方面做了大量的研究工作，特别是在雨水收集及处理系统设计方面。对于雨水水质分析及利用实践工作方面，仍然是目前研究的重要内容。本文以陕西省咸阳市屋顶雨水收集利用为例，分析了该区域屋顶收集雨水水质特征，并在回收利用方面开展了相关论述，为关中平原屋顶雨水利用提供借鉴。

1屋顶雨水水质分析

1.1实验区域概况

实验区域位于陕西关中盆地咸阳市，位于渭河流域中部流域，属于温带半湿润大陆季风性气候，一年四季分明，春秋时间较短，夏冬时间较长，气候较为干燥，雨水较少，以东北风为主，年降水量为500-800mm，每年7-9月为降雨量高峰期。实验所属小区为南海家缘小区，降雨量分布受气候影响较大，夏季由于热带高压及热低压影响，造成阴雨天气较多，冬季受北方冷空气高压影响，形成寒冷干燥少雨雪气候。降雨以锋面、对流型为主，雨季降雨时间持续较长。

从自然环境方面分析关中平原水资源较为丰富，南部接壤秦岭山脉，形成良好的蓄水条件。城市建筑较为密集，屋顶雨水占比中雨水量较大，形成了良好的雨水收集条件。尽管具有一定的年降雨量，但降雨时间具有集中的特征，随着季节及地理位置的变化而差异较大。近年来随着咸阳市城市建设的速度加快，城市市区范围逐渐扩大，建筑物屋顶面积增多，给屋顶雨水收集提供了极大的优势。

1.2实验设备及材料

雨水COD、TP、ss、pH和TN检测采用UV-754紫外可见分光光度计，北京海天友诚科技有限公司制造，波长范围：190-1100nm，波长准确度：+0.5nm，波长重复性：0.2nm，透射比准确度：≤0.3%t，透射比重复性：0.1%t，透射比范围：0-200%t如图1所示。

pH测定仪为美国优特pH620便携式pH计，青岛明博环保科技有限公司代理，量程：-10-110℃;台式电热恒温鼓风干燥箱，河北润创科技开发有限公司;西特精密天平BL-2000F电子天平，珠海天创仪器有限公司。

1.3实验方法

实验季节为6-9月份，此时段为年度雨水充沛时期，因此实验结果具有代表性。为分析屋顶雨水各项指标，进行了对照实验，即收集了未落地的雨水作为对照。设置采样点位于咸阳市区南海家缘小区居民住宅楼顶（平顶水泥隔热、隔水层），按照楼顶面积大小均匀散布雨水收集点，采集未落地雨水及屋面雨水。

屋面雨水收集技术流程依据《水和废水监测分析方法》，在中到大雨期间进行采集，未落地雨水利用雨水收集器进行收集，屋面雨水在屋面低洼处进行收集。取样过程每30min取样一次，每次取样500mL，并对取样样品进行编号记录。各水质指标检测参考方法见表1所示。

1.4实验结果及讨论

1.4.1实验结果

对收集到的雨水进行测定结果见表2所示。通过实验数据表明了收集的未落地雨水水质情况与生活污水、工业用水相比较而言污染较轻，但仍然还未达到景观水质标准及地表水质标准。

屋面收集雨水COD含量整体较高，原因为屋顶屋面在长期处于空气中，随着刮风等自然情况影响，在屋顶面沉积有大量颗粒等，降雨与这些微小颗粒物混合后，并随着雨水流淌，造成了较高的COD含量，SS测定结果同样如此。随着降雨的持续，屋面雨水各项指标具有一定的降低，到2h后水质各项指标基本稳定，屋面雨水的COD稳定在68mg/L，ss稳定在53mg/L，TN稳定在1.79mg/L，NH3-N稳定在1.9mg/L，TP稳定在1.2mg/L如图2所示。通过屋面收集雨水整体水质指标反应出各项标准都超过了景观及地表水水质标准，因此，不能用于直接浇灌花草及绿地等。

未落地雨水实验分析数表明了在降雨初期各项指标较为不稳定，实验结果具有一定的波动，总体未达到景观及地表水水质标准。降雨后期水质指标趋于稳定，其中COD和SS测试结果降低，通过沉淀等简单处理措施后，可用于浇灌之用如图3所示。

1.4.2实验结果探讨

雨水的收集利用是缓解城市用水压力的良好途径，通过雨水收集系统与水处理系统结合起来，离体城市管网对回收的雨水进行运送，将有效提供雨水的利用效果。通过实验分析表明：①降雨初期未落地雨水及屋面聚集雨水水质较差，具有一定的污染，COD、SS、TN、TP指标均较高，未达到浇灌景观及地表水水质标准，原因为降雨初期悬浮颗粒物附着在降雨中，以及屋面长期积累的颗粒及粉尘物;②未落地雨水在降雨中后期污染相对较为轻微，可以进行回收利用并进行存储，用于景观、绿化带浇灌;③屋面雨水中TN、TP含量较高，直接排放于地表水环境中后容易引起水质富养化，因此，需要通过收集后初步处理后进行回收利用;④按照国家水质标准要求，屋顶收集雨水无法进行直接利用，需要通过回收处理，首先对收集到的屋顶雨水进行存储，在蓄水池内进行过滤、沉淀和消毒，然后用于绿化灌溉、洗车、冲洗道路以及公共厕所冲洗、消防用水和景观用水如图4所示。

2屋顶雨水收集利用模式

2.1居民住宅建设过程雨水收集利用

目前城市居住小区高层建筑建设周期较长，一般为2-3年，建筑施工过程需要消耗大量水资源，除建筑工地生活用水之外，其余建筑施工过程中对水质要求不高，更容易满足对水资源的提供条件。由于施工现场道路、建筑材料等占地面积较多，且路面多为泥沙铺设，落地雨水污染较为严重，几乎无法对路面的雨水进行收集利用，因此，建筑现场屋顶雨水成为了最佳收集地。基于对雨水收集一次性开发设计理念，可以在居民小区建设过程就开始实施雨水收集回收。在建筑施工过程收集的雨水可以用于施工現场混凝土搅拌、混凝土养护、设备冲洗、建筑物淋水降温、路面除尘和消防储水等，对收集雨水资源进行处理后，还能用于一般生活用水。

2.1.1雨水收集设备

建筑施工现场一般都有大面积轻质活动板房结构的办公用房及职工房屋，屋面平整，容易实现雨水的收集。通过屋顶雨水汇聚、雨水引流管线、集水管线到蓄水池。同时高层建筑施工时，需要进行地基降水工程，直接可以将降排水引入蓄水池中。

2.1.2雨水存储

需要对整个收集系统及引流管线、集水管线进行铺设，最后导流到蓄水池中，为防止蓄水池内水质的二次污染，以及从安全性考虑，需要在蓄水池周围建立警戒护栏，避免杂物及人员掉入，同时将蓄水池建设成半封闭式。当降雨量过大，使得蓄水池满后，半封闭的结构能更好的将过得的雨水排放入市政排污管道内。

2.1.3雨水利用

施工过程钢筋混凝土结构需要利用大量的水来进行淋浇养护，通过水泵将蓄水池内的水直接泵入需要用水的楼层，这一操作将会极大的节约水资源，降低施工成本。由于施工工地路面泥砂铺设，车辆通过后将造成较大的尘土，同时刮风时将使得尘土吹入高空，对城市的环境造成较大影响，为实现文明施工，利用蓄水池内的水对道路等容易扬尘的地方进行喷洒，并对来往车辆进行冲洗，避免尘土带入城市中影响城市环境。施工工地办公及生活区域卫生间冲洗等都可以采用收集到的雨水，同时对于收集到的雨水进行简单的过滤处理后，还能用于劳保衣物的洗涤。

在城市内建筑施工现场实施雨水收集利用具有较好的社会效益和经济效益，施工现场用水水质要求较低，利用收集到的雨水直接就能满足日常用水需求。在设计过程中只需要合理的规划布局，建设好相应的管线及蓄水池，并做好安全防护措施，即可很快投入使用。

2.2居民区屋顶雨水收集利用

城市居民小区是城市重要组成部分，咸阳市南海家缘小区居民单体楼较多，形成天然良好的屋顶雨水收集条件，该小区面积较大，如果小区路面、屋顶绿地等区域雨水直接排放入市政排污管道内，将会在短时间内给排污管道造成较大的排水压力。根据该小区屋顶雨水水质分析，所在区域屋顶雨水水质良好，通过简单的处理后即可应用于景观灌溉、道路喷洒等。

2.2.1雨水利用设计原则

蓄水池规模的设计根据雨水收集屋顶面积及年降雨量进行核算，蓄水池体积与核算出的降雨量总体保持一致，避免蓄水池过大造成资源利用率不高，也要避免蓄水池过小造成雨水收集不完全，造成过多的雨水排放入市政排污管道。

蓄水池的雨水存储的重要部分，根据设计要求需要具有雨水的储存、水质净化和调节作用，尽可能的将收集的水质过滤、净化设备能融入其中，能实现对收集的雨水进行初步的处理。

屋顶雨水收集设备需要合理的设计，避免对建筑屋顶造成影响，对于屋顶防水层需要进行保养和维护，避免屋顶漏雨及渗水给居民屋内造成影响。

2.2.2蓄水池供给系统

在储水池内通过简单的处理后的雨水，根据用水条件的不同，进行直接供水和采用加压方式进行供水。蓄水池内的雨水接入市政供水管网后，可用于景观绿地的浇灌以及消防、道路喷洒等。供水系统需要进行优化，根据用水需求设计加压泵，并接入供水管网，形成完整的收集、接引、存储、加压、供给系统如图5所示。

3结语

1）降雨后可收集的雨水一般为未落地雨水、屋顶和路面，其中未落地雨水收集采集较为困难，占地量大且需要大量收集设备，造成投资较高，而路面雨水污染较为严重，收集后需要进行处理，造成了二次水处理的成本。因此，屋顶的雨水收集，简单可行，成为了雨水利用的重要方式。

2）通过调研分析了近年来雨水收集及利用系统的实施情况，并结合关中盆地内咸阳市气候环境，认为城市居住区屋顶雨水收集利用系统完全可行。通过雨水采集并进行实验分析，雨水水质经过简单处理后能达到景观及地表水水质条件，雨水的利用对缓解城市用水压力具有重要的现实意义。

参考文献

[1]韩春妮，王博，仝玉琴.海绵城市路面集雨技术分析[J].粘接，2019，40（9）：41-46.

[2]陈俊宇，李伟英，周文颖，等.浅议两种屋面雨水收集利用系统[J].净水技术，2019，38（2）：114-120.