关于雨水的收集、储存及净化技术

一、从雨水回收利用的现状看我国城市化存在的问题

随着我国城市化进程的发展，制约城市可持续发展的干旱缺水、洪涝灾害和水环境恶化三大问题日益凸显，使得城市原先的水文循环路径发生改变，给城市水生态带来一系列影响，改变了原有城市水体自然循环路径，给城市带来一系列的问题。如导致大部分城市的市区气温比郊区高出 1℃～3℃，形成“热岛效应”，造成局部天气异常，并且这一现象有逐年增高的趋势。城市的发展不可避免地造成了不透水地面面积的增加，地表雨水径流系数和径流量的提高，地下水入渗量的减少，使得地下水得不到充分涵养。还有部分城市为满足用水量需要而大量超采地下水，造成了地下水枯竭、地下水位不断下降和海水入侵等环境问题，有些地方甚至出现了地面塌陷和沉降等情况，雨水利用能减少地下水开采量，有效补充地下水，防止地下漏斗扩大和地面下沉。雨水利用减少了城市雨水的外排量，直接减少了雨水径流挟带的污染物数量，使得进入城市水体的面源污染大为减少，促进了城市水环境的改善。另外，随着城市规模扩大发展，城市空间的立体开发得到发展，当蕴藏着巨大自然力的暴雨天气作用于城市，而城市所具有的排水抗灾能力不能与之抗衡时，就造成沥涝灾害。汛期一遇暴雨就积水成灾，影响城市生活，堵塞交通，甚至淹没设施，经济损失巨大。同时，雨洪的肆虐，污水泛滥，加大了城市治污难度，环境恶化。因此，我们急需在城市建立蓄、滞、排相结合的排涝及雨水利用体系。

现代城市雨水利用已经从上个世纪八十年代开始引起世界各国的重视。我国是一个缺水的国家，许多城市水资源缺乏。目前，雨水利用在我国处于刚刚起步阶段，其技术还不够完善。从整个雨水利用的基本建设成本，以及以后的雨水处理成本来看，有可能雨水利用的价格要高于自来水的价格，而且绝大部分的市民还没有用过雨水，对雨水的可靠性和安全性不放心。由于下雨频率的不均匀性，以及从整体上杂用水量和景观补充水量远大于可收集的雨水量，单独使用雨水实现稳定运行存在困难。一方面，雨水没有被广泛收集，也没有人为地进行雨水土地入渗，而是直接流入下水管道，还有一些没有经过处理就排入了自然水体。另一方面，绿化、景观用水的主要问题为用水成本，很多居住区都规划设计了水景，但一般只在节假日使用，平时不开，主要原因是用水费用太高，使水景达不到规划设计的预期效果。应该说雨水利用还没有引起足够的重视。把雨水作为重要水资源加以收集利用，实行综合治理已经成为一个重要的新兴课题。政府应加紧制定一系列有关雨水利用的法律法规，尽快出台雨水利用方面的规范，以方便设计人员。如大型公用设施区以及居住小区应建立雨洪处理设施和中水利用系统，否则不予批准。节约用水是当今社会所关注的重要问题，增强节水意识尤为重要。为了节约用水和实现可持续发展，要提高全民回收利用雨水意识。来自屋顶上的降水径流除初期受到轻度污染外，后期释流一般水质良好，对其稍加处理就可以予以利用，如果全民都参加到雨水回收利用这一活动中来，每年就可以节省大量水资源。雨水回收利用虽然资金投入多，收集难度大，但却是非常必要的。雨水利用不仅仅是一种资源的开发和节约，也可实现节水、水资源涵养与保护、减轻城市排水和处理系统的负荷、减少水污染和改善城市生态环境等，同时还能节省市政和居民用水开支。

二、雨水的收集、储存及净化技术

对于雨水的回收利用工程可分为三个部分：雨水的收集、雨水的处理和雨水的供应。一般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。在广义的范围内，雨水的收集利用包括了大型水库的建设、河川径流的取用等。雨水收集有许多种方式，例如屋顶集水、地面径流集水或截水网等。其收集效率会随着收集面材质、气象条件（日照、温湿度等）以及降雨时间的长短等因素而有所差异。雨水的收集后的处理过程，与一般的水处理过程相似，唯一不同的是雨水的水质明显比一般回收水好，依据试验研究显示，雨水除了 pH 值较低（平均约在 5.6）以外，初期降雨所带入的收集面污染物或泥砂，是最大的问题。雨水的使用，在未经过妥善处理前（如消毒等），一般建议用于替代不与人体接触的用水（如卫生用水、浇灌花木等）为主。也可将所收集下来的雨水，经处理与储存的过程后，用水泵将雨水提升至顶楼的水塔，供厕所的冲洗使用。另外，如与人接触的用水，仍以自来水供应。

一般来说，对于城区雨水主要有屋面、道路、绿地三种汇流介质。在这三种汇流介质中，地面径流雨水水质较好，绿地径流雨水基本以渗透为主，可收集的雨量有限。相比较而言，屋面雨水水质较好，径流量大，便于收集利用，其利用价值最高，应优先收集利用。其中架空板、刚性屋面水质优于卷材屋面。建设屋面雨水集蓄与回用系统，如机场、体育场馆、会展中心等场所，屋面积水面积大，雨水收集系统完善，适宜建屋面雨水利用系统。将屋面的雨水集入可渗漏的浅水池和蓄水池，或者直接把平屋面做成蓄水屋面，包括淋水屋面、喷雾屋面、蓄水种植屋面（在上面种植水生植物，既能起到绿化作用又可降低室内温度），不仅可以养鱼，而且在夏季可以降低室内温度。通常利用雨水贮留渗透的场所一般为公园、绿地、庭院、停车场、建筑物、运动场和道路等。可在学校、企业、小区和大型公共场所等单位里面和道路两侧修建蓄水池，减少地面积水总量，并将积蓄的雨水用于冲厕、洗车、消防、绿化和景观用水等。若小区内有景观水体，则景观水体可首先考虑作为雨水储存设施。这样就不用另外建造调蓄池，可节省大量土建费用，且不会对住宅建筑造成损害。另外，营造人工湿地，开发成生态公园，有利于调节区域内的气候、生态环境、改善城市热岛效应。在新建、改建或扩建的道路中，铺设雨水管道一律采用下渗管道，人行道路面采用透水砖铺设，既可以下渗补充地下水，又可以减少泄洪径流、减轻管道压力，可谓一举多得。透水性地面可采用碎石、草坪、台格路、细碎石路和透水性混凝土等多种形式。也可将道路两旁及其他一些建筑区的绿化区绿化设施建成低于路面，这样一方面可以补给地下水，另一方面还可以减轻污水处理场的负担。

雨水被收集后，要进行一定的处理，其水质应达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（G B /T18920）、《城市污水再生昨用景观环境用水水质》（G B/T18921）、《地表水环境质量标准》（G B 3838）等国家相关标准的要求，才能应用。根据用途确定雨水处理应该达到的水质。当同时用于多种用途时，其水质应按最高水质标准确定。研究表明，城市雨水径流因径流表面材料、气温、降雨量、降雨强度和降雨间隔时间等条件不同而变化。不同的用途也要求不同的水质标准和水量，故应根据收集雨水水质和用水水质标准来确定净化工艺和规模，在试验的基础上进行技术经济分析比较后确定。雨水储存和净化系统含调节池和水净化系统两部分。调节池用于储存雨水和循环景观水，水净化系统用于净化所收集的初期雨水和景观循环水。一般雨水在收集处理之前，需要进行初期弃流。对于初期弃流的雨水将其排放回到下游市政雨水管网。经过初期弃流后收集的雨水，还要考虑到初雨之后，承雨面积内仍然存在着的可能带来污染以及偶然突发事件可能带来的严重污染，故可以选择采取隔油池、斜板沉淀池、砂滤池等几种手段进行综合处理。雨水的污染主要是由屋面污染和地面污染造成的，控制好屋面及地面的污染状况可大幅减轻雨水的污染程度。屋面雨水收集系统应独立设置，不得与室内污废水系统连接。如阳台排出的废水（如洗衣废水）不能进入雨水立管。立管的底部应设检查口。雨水进入收集系统前应有隔栅或滤网截污。也可在屋面建立花园雨水利用系统，利用屋顶花坛中的土壤较强的净化水体能力对雨水进行预处理可减轻雨水的污染程度。当对水质要求较高时，可采用常用水处理工艺，如混凝、过滤、沉淀、膜技术等都能将雨水水质大幅提升的。

三、雨水利用设计方案的确定

雨水利用包括雨水集蓄净化回用和雨水渗透补充地下水两个方面。前者称为直接利用，后者称为间接利用。雨水综合利用是指根据具体条件，将雨水直接利用和间接利用结合，在技术经济分析的基础上最大限度地利用雨水。成熟的雨水利用技术从雨水的收集、截污、储存、过滤、渗透、提升、回用到控制都有一系列的定型产品和组装式成套设备。

1、直接利用

根据雨水汇集区的不同，可将雨水直拉利用系统分成屋顶雨水利用、路面雨水利用和绿地雨水利用等方式。

(1) 屋面雨水。屋面雨水利用是指将建筑物（构筑物）的屋顶（天台）作为集雨面的雨水收集利用系统。屋面雨水水质受大气质量、屋面材料、降雨量、降雨间隔等因素的影响。屋面雨水的污染程度与屋面材料有直接关系，沥青油毡是一种主要污染源。因此，在屋面雨水利用规划设计中必须考虑屋面材料的影响，通过采用铝塑板等新型屋面防水材料，可有效地减少雨水中杂质。

(2) 路面雨水。路面雨水利用是指将道路、广场作为集雨面的雨水收集利用系统。路面雨水水质受交通量、路面卫生、路面材料、降雨量和降雨间隔等因素的影响。道路和屋顶的污染

程度不同，雨水径流水质也有所差异，通常路面雨水水质比屋面雨水要差。由于机动车道的交通量较大、路面污染较重，机动车道的雨水水质相对较差。因此，在路面雨水规划设计中应优先考虑收集自行车道、人行道和小区道路的雨水。

2、间接利用

雨水间接利用可分为屋顶花园、下凹绿地、透水路面和渗透管沟（井）等方式。

(1) 屋顶花园。屋顶花园是指各种建筑物、构筑物的屋顶（天台）上进行绿化、种植花草的统称，一般由防护层、排水层、过滤层、种植层和植被组成。种植层和植被的选择是屋顶花园的关键，种植层土壤必须有一定渗透性并能满足植被生长的需要，植被必须适应当地的气候条件并与种植层土壤性质相匹配。通过植被截留和种植层吸纳雨水，屋顶花园雨水径流量较绿化前大幅降低，仅在遇到暴雨时形成雨水径流。屋顶花园是美化城市、减少面源污染和消减城市雨水径流的重要途径之一。

(2) 下凹绿地。下凹绿地是指低于周围地面适当深度，能够接受周边地面雨水径流的绿地。绿地表层土壤中根系发达、相对疏松，其降雨入渗能力较无草皮的裸地大，具有便于雨水引入、透水性好和投资少的特点，而且植物根系还能对雨水径流中的悬浮物、杂质等起到一定的过滤、净化作用。通过将普通绿地设计或改造成下凹绿地，适当降低绿地高程，合理处理路面高程、绿地高程和雨水口的关系，不仅可以减少绿化用水，而且增加了雨水渗透量、强化了地下水补给。

(3) 透水路面。透水路面是指以透水混凝土、透水沥青、透水砖、草皮砖等透水性建材替代普通混凝土、沥青、釉面砖等传统建材铺装硬化路面、广场、停车场等。透水路面能很快将雨水渗透至路基下，甚至到达地下含水层，不会产生路面积水。路面可广泛应用于人行道、小区道路、公园、广场和停车场等轻型路面。

(4) 渗透管沟(井)。渗透管沟(井)是指在雨水排放系统中，将传统雨水管改为渗透管(穿孔管)或设置渗水井。汇集的雨水通过渗透管沟(井)进入四周的碎石层，再进一步向四周土壤渗透，多余雨水溢透进入市政排水管道。渗透管沟和渗水井可单独使用，也可同时使用。渗透管沟(井)渗透量大、占地面积小、投资较少，但是对水质有要求，不能含有过多的悬浮物，通常需进行预处理。渗透管沟(井)适用于一些地下水位不高、雨水水质较好的地区。

雨水收集利用技术是节水、节能技术的重要组成部分。目前，我国城市化的发展规模已经进入到了一个飞速发展的阶段，这必然面临着将有更多的土地变成建筑用地。在这个过程中，一定要将雨水回收利用作为城市规划的一部分进行设计和建造，争取使雨水这一巨大的财富发挥效益。要结合实际情况来考虑，统筹规划作出多个设计方案，进行技术经济的对比，最后选择最佳的方案进行建设，尽量降低建设费用。并且回用雨水应该是政府支持、群众参与共同完成的。总之，推动水资源的可持续发展，还有许多工作要做，其任重而道远！