（环境工程专业论文）南京地区雨水水质监测与处理方法的试验研究.pdf

城市的快速发展产生了一系列水问题。一方面，由于人口增长和经济发展，城市的建 筑用地面积不断扩大，不透水地面增加，暴雨径流产生的洪涝灾害及污染不可忽视。另一 方面，淡水资源匮乏，迫切需要寻找新的供水水源。雨水经过处理可用于生活用水和工业 用水，是一种最卣接、最经济的水资源。雨水利用对调节、补充本地区水资源，保护生态 环境起着极为关键的作用，是实现水资源可持续发展的一条重要途径。 本研究以南京市为背景，以南京市聚福园小区、银城东苑小区为具体研究对象，从2 0 0 6 年7 月到2 0 0 7 年9 月，对小区内建筑屋面径流、总汇水口径流等进行了取样分析，取样总 数1 5 3 个。试验测定了水样的c o d f ，、氨氮、浊度、总磷，获得有效分析与监测数据3 0 8 个。经分析发现：雨水径流水质在降水初期水质变化较大，初期雨水的污染物浓度最高， 表明城区屋面雨水径流受到相当程度的污染，污染物主要为有机污染物和悬浮固体污染； 在降雨产流的过程中，各污染物浓度随着降雨历程变化，趋势是降雨初期污染物的浓度高， 随着降雨历时的延长，浓度逐渐下降。 本研究对银城东苑小区雨水调节池内的水质进行了分析，取样总数4 2 个，获得有效分 析与监测数据1 0 6 个。其后采用微滤工艺对调节池雨水进行了中试规模的试验研究，并对 污染的膜组件进行了物理、化学清洗，就各清洗步骤对膜通量恢复的贡献进行了评价，分 析了洗脱液成分并推测了膜污染物的组成。试验中污染物的平均去除率为浊度l o o ，氨氮 l o 8 6 ，c o d f ，1 9 9 2 ，试验期问膜通量下降迅速，膜表面形成的滤饼层薄而密实。 本研究还采j 月混凝砂滤常规工艺对调节池雨水进行了试验研究，结果表明选用硫酸铝 作为混凝剂时，c o d c ，的去除率为8 5 1 4 ，浊度的去除率为8 8 7 9 ，t p 的去除率为6 3 1 8 ，试验得出硫酸铝的最佳投加量为2 5m l 。后续选用0 5m m 粒径石英砂滤柱过滤混凝 沉淀后上清液，处理后出水水质均值分别为浊度7 5n t u ，t po 0 7m g l ，n h ；- n3 6 8m g l ， c o d c ，2 7 0 4m g l 。 两种雨水处理工艺的出水水质均满足城市污水再生利用一城市杂用水水质( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 、城市污水再生利用一景观环境用水水质( g b t1 8 9 2 l 一2 0 0 2 ) 的水质要 求。并根据试验结果，给出了膜法和常规处理法对雨水的处理工艺流程。 关键词：初期径流雨水利用微滤膜混凝砂滤 j a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc i t i e s ，m a n yc i t i e sf a c et oas e r i e so fw a t e rp r o b l e m s o nt h e0 n e h a n d ，诵t ht h ec e n t r a l i z a t i o n0 ft h ep e o p l ea n dt h ee c o n o m i ca c t i v i t i e s ，e x t e n s i o no ft h em 锄 b u i l d i n g s 锄di n c r e a s i n go fm e a r e ao fi m p e r v i o u ss 饥m 蛐，t l l en o o dc a u s e db yw b a ns t o mn o w c a nn o tb en e g l e c t e d o nt h eo t h e rh a n d ，n e ww a t e r s u p p l ys o u r c ei sw g e n t l yd e m a n d e df o rt l l e s c 粼i t yo fu r b a nf r e s hw a t e r a sak i n do fs l i 曲t l yp o l l u t e d 、v a t e rs o u r c e ，r a i n w a t e rh 鹊l e s s c o m a m i n a t i o n sa n di tc a nb eu s e d 弱d o m e s t i cw a t e ra i l di n d u s t r i a lw a t e ra r e rs i m p l yt r e a t m e n t r a i n w a t e rr e u s i n gi st h em o s tp e o p l ea n de c o n o m i c a lw a t e rr e s o u r c ea n di m p o n ；吼tp a no fw a t i e r c i r c u l a t i o ns y s t e m a tt h es 锄et i m e ，i ti st h ek e yt os u p p l e m e n tw a t e rr e s o u r c ea i l dp r o t e c tt t l e e n v i r o 姗e n t o nt h es p e c i t c 印p l i c a t i o ns t u d y ，as y s t e m a t i c 锄a l y s i so ft l l eu t i l i z a t i o no fr a i n w a t e ro nt h e c 锄p u so f j u f ug a r d e n 锄d n c h e n ge 弱tp a r ki nn 刎i n gw 弱e m p l o y e d i i lt h ep r e s e n ts t u d y t 1 1 ep r e c i p i t a t i o na ln 锄j i n gc i 哆w 嬲s t u d i e dd u r i n gt h ep e r i o d 舶mj u n e2 0 0 7t 0s e p t e m b e r 2 0 0 7 13s a m p l e sw e r ec o l l e c t e d ，l5 3t i m e so fc h e m i c a lt e s t sw e r et e s t e df o rr m l o f r 舶mh o u s e r o o f s ，m n o f f 丘0 mc o m eo rn o wt o g e t h e re t c 4i t e m so fw a t e rq u a l i t ) ，i n d e x e s 、v e 陀m e 嬲u 他d ： c o d c ，、n h ；n 、t u r b i d i t ) ，、t p t h en u m b e ro f t o t a la v a i l a b l ed a t ai s3 0 8 1 1 l er c s u l t ss h o w e d m a t t h ew a t e rq u a l i t yi n 眦o f rc h a n g e sal i t t e rd u r i n gi n i t i a lm i l l i n gp e r i o d ，a n dt h ep o l l u t i o ni sm u c h h e a 啊e rm a nt l l a ta r e r w r a t e rr u n o f rc o l l e c t e d 行o mr o o f so fn 锄j i n gc i t yh a db e e np o l l u t e dt 0a r a t h e rs e v e r e d e g r e e m 旬o rp o l l u t a n t so f 九m o f fa 陀o r g 肌i cs u b s 锄c e 觚ds u s p e n ds o l i d s a l t h o u 曲t h ec o n c e n t r a t i o no ft h ep o l l u t a n t sc h 锄g e da l o n g 、v i t ht h ep r e c i p i t a t i o np r o c e s s ，m e c o n c e n t r a t i o no ft h ep o l l u t a n t si sh i g h e ri nt h ei n i t i a ls t a g eo fm n o 氲a st h ep r e c i p i t a t i o nt i m eg o l 嬲tw i t ht i m eb y l h ec o n c e n t r a t i o no ft l l ep o i l u t a n t sd r o p 伊a d u a l l y a tt l l es 锄et i m e ，4 2s 锄p l e sw e r ec o l l e c t e d 仔o m 删u s t i n gp o o li ny i n c h e n ge a s tg a r d e n ，4 2 t i m e so fc h e m i c a i t e s t sw e r ee m p l o y e df o rr u n o f rf r o mh o u s er o o f s t h et o t a la v a i l a b l e i a t ai s l0 6 t h em i l - f i l t i i a t i o nm e m b 砌e p r o c e s sw a su s e dt op u r i 矽t h er a i n w a t e ri nap i l o t s c a l e t h e w a t e rq u a l i t y p a r a m e t e ra r e rt 1 1 e 旬r e a t m e n ti s ：t u r b i d i t y0n t u ，n h ；- n4 7lm g l ， c o d ( ，5 1 2 8m g l r e d u c t i o no fp e n n e a t i n gn u xw i t ht i m ew a sf o u n di nt h i sp r o c e s s as t u d y w a sc o n d u c t e do nc h a r a c t e r i s t i c so f m e m b r 觚e - f o u l i n gm a t t e r 锄dc l e a n i n go ff o u l e dm e m b r a i l e s 硕士学位论文 e 舵c t i v e n e s so fv 撕o u sp h y s i c a l2 u l dc h e m i c a it e c h n i q u e si nm e m b r a u l ec l e 趾i n gw 嬲a l s o e x a m i n e di nt h i ss n i d y o nt h ec o n t r a s tm ec o a g u l a t o 卜s a n df i l t r a t i o np r o c e s sw 硒u s e dt op u r i 匆m er a i n w a t e ro f n a i 0i n gi nap i l o t s c a l e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wm a tt l l ec o n c e n t r a t i o no ft h ec o a g u l a n t a l2 ( s o 4 ) 3 1 8 h2 oi s2 5m g l ，a t t h em o m e n t ，t h er e m o v a lr a t eo f c o d c ，、t m i d i 够、t p i s 8 5 1 4 、8 8 7 9 、6 3 1 8 。a r e rt h a tt r e a t m e n t ，t h ew a t e rw a st r e a t e db ys a n d - f i l t r a t i o no f o 5 m m ，a n dt h ew a t e rq u a l i t yp a r 锄e t e ra r e rt h e 仃e a t m e n ti s ：t u r b i d i t ) ，7 5n t u ，t po 0 7 2 2m g l ， n h ；n 3 6 7 8m l ，c o d c ，2 7 0 4 m g l t h e6 n a le f nu e n tq u a l 时c a nr e a c h t h er e u s eo fr c c y c l i n gw a t e rf o ru r b a i lw a t e rq u a l i 哆 s t a n d a r df o ru r b a nm i s c e l l 觚e o u sw a t e rc o n s u m p t i o n ( g b tl8 9 2 0 2 0 0 2 ) 、t h er e u s eo fu r b 趾 r e c y c l i n gw a t e r w a t e rq u a l i t ys t 锄d a r df o rs c e i l i ce n v i r o n m e n tu s e ( g b t18 9 2l 一2 0 0 2 ) 1 ( e y w o r d s ：e a r l i e 卜r u n o 行- r a i n w a t e r ；u t i l i z a t i o n ；m i c r o f i l t r a t i o 砌e m b r 叽e ；c o a g u l a t o 巧；s a j l d f i l t r a t i o n 硕j j 学位论文 第一章绪论 1 1 课题的背景和意义 我国是一个水资源紧缺的国家，全国7 1 2 座大中城市中，缺水城市3 5 4 座，其中严重缺 水的城市就有l o o 多座。据预测，到2 l 世纪中叶，我国的贫水状况将达到高峰。因此， 如何最大限度地：常流、开源，已越来越受到国内有关人士的关注。在这些思路中，人们普遍 注意的是污水回用，却忽略了水资源的另一个重要组成部分雨水资源。雨水回用不仅 是水资源开源、节流的一条有效途径，而且对生态环境的改善、水污染的控制等方面都具有 重大意义2 1 。 雨水作为自然界水循环的阶段性产物，其水质优良，是十分宝贵的水资源。通过合理的 规划和设计，采取相应的工程设施，将雨水加以充分利用，是解决水资源短缺的重要手段。 雨水利用可在一定程度上缓解水资源的供需矛盾，而且还可有效地减少地面水径流量，延滞 汇流时间，减轻雨水排除设施的压力，减少防洪投资和洪灾损失。 在2 0 世纪8 0 年代初，国际雨水收集系统协会( i r c s a ) 成立，国际上对雨水研究的共 识是：雨水利用将成为解决2 1 世纪水资源短缺问题的重要途径；并且我国新水法规定： “国家厉行节约用水，大力推行节约用水措施，推广节约用水新技术、新工艺，发展节水型工 业、农业和服务业，建立节水型社会，3 1 。我国于2 0 0 1 年7 月成立了中国水利学会雨水利用 专业委员会，召月：了3 次全国性的雨水利用学术讨论会，城市雨水的利用已经成为研究热点 4 1 。同时节水减排技术的研究和推广也受到重视，不仅可以增效减污，而且节水本身就是一 种开源措施，通过节水既可节省开源的投入，又可减少治污的费用，并提高单方水的生产力 和效率，一举数得。 1 2 国内外雨水资源化概述 雨水资源化是指人们通过各种技术措施或手段，将雨水资源的存在形式转化为其它水资源 存在形式，并产，- 生态、经济和社会效益的过程【5 1 。 1 2 1 雨水的农业利用 雨水的农业利j j 是指通过自然过程或人类活动将雨水用于农业生产以提高作物产量、改善 农业生态系统的利用。 1 2 1 1 国内农、比雨水利用 我国在农业雨水利用方面有着悠久的历史。余姚河姆渡遗址中出土的1 6 0 多把骨耜证 l 第一章绪论 明。7 0 0 0 年前先民已能翻土引水、排水。在距今约4 1 0 0 年的夏朝，已开始推行区田法( 区田法 是西汉后期在珥川种法和代田法基础上发展起来的一种适用于北方旱作地区的园田化的集约耕 作方法) 。在2 7 0 0 年前的春秋时期，黄土高原地区已有引洪漫地技术( 引洪漫地技术是干旱 缺水山区集流抗旱、改良土壤、控制水土流失之有效的一项工程措施，由渠首引洪工程、渠 系工程和田间工程三大部分组成) ，战国末期有了高低畦种植法和塘坝。在秦汉时期修建了涝 池塘坝以拦蓄利用雨水。在2 5 0 0 年前，安徽寿县修建了平原水库来拦截径流，灌溉作物，而 在汉水流域的丘陵地区也修建了串联式塘群。而修筑梯田利用雨水可以追溯到东汉。在6 0 0 多年前明代时期f b 现了水窑( 水窑是干旱地区为解决人畜吃水而探索出的一种拦蓄雨水的蓄 水措施) ，在甘肃会宁有一个清朝修建的水窖至今仍在使用一1 。可见古人对雨水的农业利用已 有较多的实践。 进入2 0 世纪，雨水的农业利用在我国获得进一步发展。5 0 6 0 年代，创造出了鱼鳞坑( 鱼 鳞坑指为减少水土流失，在山坡上挖掘有一定蓄水容量、交错排列、类似鱼鳞状的的半圆型 或月牙型土坑，坑内蓄水，植树造林，见图1 1 ) 、隔坡梯田( 隔坡梯田指水平梯田与自然坡地沿 地坡相同布置，即上一阶梯田与下一阶梯田之间保留一定宽度，见图1 2 ) 等就地拦蓄利用技 术，水窖集蓄雨水( 集雨节灌技术) 发展粮食生产在北方也普遍应用，但当时仅建在地头，用 以拦蓄地面径流和发展粮食作物。进入9 0 年代，因干旱加剧，人们将古老传统的窑窖用现代 化技术和物质条件予以改善并与节水技术、高效种养及庭院经济结合，成为旱区具有抗旱增 产功能的新型农业类型窑窖农业( 窑窖农业是指通过窑窖进行土壤水库外的调水，使土壤 水分运行处在开放状态，加强人工调蓄土壤供水能力) ，其集流效率可达6 7 7 3 。而后窑 窖农业逐渐在北方地区大规模推开，一批集雨示范工程也陆续建立起来，如甘肃“1 2 2 ”工程， 陕西“甘露工程”，山西“1 2 3 ”工程，宁夏“窑窖工程”，内蒙“1 2 2 ”工程，在雨水利用上都有一定 实践效果，仅建水窑就达1 0 0 余万眼，在我国半干旱区逐步建立了初具规模的庭院经济集 雨农业模式，收集的雨水除供人畜饮用外，还结合点灌( 点灌指向农作物及新植林木根部精量补 水) 和微灌( 微灌指利用微灌系统将有压水输送分配到田间，通过灌水器以微小的流量湿润 作物根部附近土壤的一种局部灌水技术) 措施发展果园、蔬菜、花卉和小规模的大田作物生 产。 1 2 1 2 国外农、i 也雨水利用 国外农业雨水资源的利用也有悠久的历史。印度和斯里兰卡，为了发展农业，早在公元前 就建立了一系列小型阶式池塘，在丰雨季节蓄水，供缺水季节使用。4 0 0 0 年前，中东、南阿 拉伯以及北非就出现了用于灌溉、生活、公共卫生等的雨水收集系统。古代中东的纳巴特人 2 在涅杰夫沙漠，把从岗丘汇集的径流由渠道分配到各个田块，或把径流贮存到窖里，以供农 作物利用，获得了较好的收成。阿富汗等干旱半干旱地区的国家推广使用了纳巴特人利用雨 水资源的方法。阿拉伯人汇集雨水以保障农业，该地区曾以罗马帝国的粮仓而著称。以色列 地处内盖夫沙漠，雨水是其唯一水源，但年降雨量仅1 0 0 m m ，却利用雨水种出了庄稼并建立 了一系列城市，成就了灿烂一时的沙漠文明【7 1 。 2 0 世纪8 0 年代雨水集流系统得到迅速的发展，主要是提供农村生活、牲畜用水，灌溉庭 院作物和部分农田以及有些地区补充城市用水。各国根据自身情况，因地制宜地发展集雨存 水罐，一般每罐贮水1 0 1 0 0 m 。以色列在南部旱区将坡地径流汇集于低处梯田，使降水 1 0 0 m m 区的耕地可得到3 0 0 5 0 0 “u i l 水量；澳大利亚在坡地修集流槽和软埝，间距9 0 米以 拦蓄雨水；印度在坡降3 5 的早坡地下方修2 0 0 0 m 3 水池作为补灌水源。伊朗建立微集水 ( 微集水指通过建造隧道式的蓄水窑体，将山间的微小山泉和雨季的地表径流，有效地拦蓄 起来，并利用山坡地的自然落差，在干旱时对作物进行自压喷灌，满足农作物关键时期对水 分的需求) 、广泛集水、洪水收集3 种集水类型及永久灌、补灌和污水灌溉等类型灌水方法。 加拿大、瑞典、印度、巴西和墨西哥等国采取修建小型水池、水仓和塘坝等工程措施，拦截 雨水进行灌溉，也都取得了良好的效果l 引。 在1 9 5 6 年l9 6 8 年的时间里，e v e n a r i ，s h a j l a j l 和1 硐m o r 等一批科学家在n e g e v 荒漠区进 行了长达1 0 年之多的专题研究，研究表明：古代n e g e v 人采用下列3 项雨水收集利用技术：小 流域径流开发，集阿面积在l o o i l i i l2 以下，径流系数在1 5 2 0 之间；大流域径流开发，集雨 面积在l o o l o o o o 2 之间，径流系数在3 6 之间；坎儿井。从而揭开古代以色列n e g e v 地区农业繁荣文明之谜2 1 。 国际上最早的集雨农业科学试验是由一位名叫a s k n y o n 的澳大利亚工程师于1 9 2 9 年完成 的，他用2 6 0 0 0 平方英尺( 折合2 4 1 5 4 m2 ) 的白铁皮收集雨水并把它输送贮存到一个9 0 0 0 0 加仑 ( 折合4 0 9 1 m3 ) 的带盖的蓄水池中，并分析了当地1 8 7 8 1 9 2 8 年的降水记录( 当地平均年降水 量为1 2 英寸，折合3 0 4 8 m m ) 。研究表明，即使在降水量最低的年份，该蓄水系统也能为6 个人、 l o 匹马、2 头牛和1 5 0 只羊提供足够的用水l 引。 2 0 世纪中期，以色列制定了“沙漠花园 计划，实施多种形式的雨水集蓄工程，在沙漠 上中出了庄稼，产生了巨大的经济效益，实现了雨水的高效利用。 3 第一章绪论 1 2 2 雨水的城市资源化利用 城市雨水的资源化利用技术主要可分为雨水储留设施和雨水渗透设施两大类，主要应用在 以下领域：( 1 ) 经一定程度的处理后，以水库或蓄水池储存，作为生活饮用水水源；( 2 ) 作 为市政用水及生活杂用水；( 3 ) 将较干净的雨水或经适度处理后的雨水下渗补充地下水；( 4 ) 用于冷却补水；等等。 1 2 2 1 国内的城市雨水资源化利用 ( 1 ) 北京市朝刚公园雨水收集利用系统 首先，用管道将雨水收集后输送到调节池，收集的雨水来自道路、绿地、山体表面等，调 节池周围是一圆形草地，将此草地开发成土壤滤池，将清水池设在土壤滤池的下部。雨水在 调节池停留后，用泵抽至土壤滤池进行净化，工艺流程见图1 1 。 市政雨水瞥 路面雨水 绿化 浇洒道路 喷泉 水景湖 图1 1 北京市朝阳公园雨水利用工艺流程图 f j g 1 1t e c h n o l o g i c a ip 眦髓so f r a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nb e i j i n gc yp 珧 ( 2 ) 北京市某住宅小区屋面雨水利用工程 屋面雨水经水落管进入初期弃流装置，通过初期弃流装置将初期较脏的初期雨水排至小区 污水管道，进入城市污水处理厂处理后排放，以防止初期径流中污染物对出水水质的影响，同时 为屋面雨水进一步处理利用创造条件。经初期弃流后的雨水通过管、渠送至贮水池收集，该池 兼具贮存、调节、初沉的作用，然后经泵提升至压力滤池，在进入压力滤池之前，在泵的出水管 道上通过混凝加药装置投加混凝剂，考虑到初期弃流后的雨水水质较为稳定，且悬浮固体含量 较低，所以混凝形成絮体后进入压力滤池直接过滤，充分利用深层滤料中的接触凝聚或絮凝的 作用，出水经过消毒进入中水池，用于小区绿化、喷洒路面、洗车等，工艺流程见图1 2 。 4 硕：i 二学位论文 一哂期基嚷 溢流管道 图1 2 北京市某住宅小区屋面雨水收集及处理工艺流程 f i g 1 - 2t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so fr a i n w a t e ru t i i i z a t i 彻o fr e s i d e n t i a lq u a n e 髂i nb e j i n g ( 3 ) 上海某培训中心雨水利用工程 该项目收集屋面雨水作为水源，经处理后用于浇灌绿地及浇洒道路，每年可回收利用雨水 6 5 2 0m3 ，工艺流程见图1 3 【1 0 1 。 屋面雨水枷垂蔓h 查 绿化 浇洒道路 图1 - 3 上海某培训中心雨水利用系统的流程示慈图 f i g 1 3t e c h n o l o g i c a lp 眦嚣so f 蹦n w a t e ru t i l i z a l i o n i ns h 觚g h a i ( 4 ) 上海世博同区雨水利用工程 上海世博会园区规划总面积为6 6 8 虹2 ，如整个园区雨水都考虑收集，单场收集雨量按 2 0m m 计，一次收集总雨水量达l o 6 万m3 。按照世博园区用水实际情况，处理后的雨水可 用于：( 1 ) 公共建筑生活杂用水；( 2 ) 补充地下水；( 3 ) 补充景观水体；( 4 ) 人工湿地水源。 工艺流程如图卜4 所示1 1 1 。 曝气加混凝剂 占 一一 雨水一 雨水调 消毒剂 加压泵 峨感社澎崾对上事丕吁 图l - 4 上海世博园区雨水处理工艺流程示意图 f i g 1 4t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f r 且i n w a t e ru t i i i z a t i o ni ns h 肌g h a ie x p og 羽e n ( 5 ) 无锡长i i ：l 目际花园雨水回收利用工程 5 绿化 浇洒道路 喷泉 水景湖 第一章绪论 长江国际花园小区内收集屋面及道路雨水，经适当处理后用于绿化浇灌、道路浇洒、洗车、 水景补水，在减少了外排雨水量的同时节约了大量自来水，实现了雨水资源化利用，处理后出 水雨水水质满足城市污水再生利用城市杂用水水质( g b t1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 、城市污水再生 利用景观环境用水水质( g b t1 8 9 2 l 一2 0 0 2 ) 、地表水环境质量标准( g b3 8 3 8 2 0 0 2 ) 等 国家相关标准的要求。其雨水处理工艺如图1 5 所示1 1 2 l 。 图l - 5 无锡长江国际花同雨水处理工艺流程不恿图 f i g 卜5t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so fr a i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nw u x i i n t e m a t o n a iy 锄g t 冼黜v e rg a r d e n ( 6 ) 南京聚福园住宅小区雨水回收利用工程 该小区雨水回收利用工程由景观用水回流和雨水收集、雨水处理、雨水利用三部分组成， 设计了景观用水循环处理、雨水回用作为景观用水的补充水源的工艺流程，如图1 6 所示， 出水水质达到景观用水水质的设计要求。每年可利用雨水3 0 6 0 0m ，雨水利用率达到 3 9 6 【1 3 l 。 景观水回流 绿化 屋卣雨水 刮调节池卜刮初沉池卜d 曝气粗滤i d 精密过滤卜 补给水景水 地血、绿地阿水 一一 。 一“ 一 一1l 。 一。l 移汽车 图l - 6 南京聚福园住宅小区景观用水循环与回用雨水处理工艺流程图 f i g 1 石t e c h n o | 0 9 i c a ip r o c e s so f 删n w a t e ru t i i i z a t i o ni nn 蛐j i n gj u f hg a r d e nr e s i d e n t i a lq 嘣e 鹉 ( 7 ) 大连市长海县政府办公楼屋顶集雨利用工程 屋顶集雨主要分为集蓄利用和屋顶绿化，集蓄利用系统是将屋顶作为集雨面，通过收集一 输水一净化一储存的渠道利用雨水。该屋顶集雨利用工程利用l o o o 多平方米的办公大楼屋顶 集雨，汇集到楼下的一个3 0 0m3 的蓄水池，可保证县政府办公楼的卫生用水及景观绿化用水。 与其他措施相比，屋顶集雨具有投资小、易于管理、长期利用、运行费用低廉的优点。目前 长海县已建成屋顶集雨工程一千多户，解决了三千多人的生活用水问题【l 。 帧i ：学位论文 1 2 2 2 国外的城 i 雨水资源化利用 ( 1 ) 日本的雨水资源化利用 日本是个淡水资源较缺乏的国家，政府除了采取开源节流措施、提高水的有效利用率、鼓 励全社会循环用水外，还十分重视对雨水的收集和利用。在城市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，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，也能够降低城市的热岛效应【1 5 l 。 以日本鹿儿岛县县厅大厦的雨水利用系统为例，处理后年均可利用雨水量1 0 4 6 lm3 【1 6 j ， 工艺流程见图1 7 。 屋融瑚酽洄蜒卜- 叫卿卜呻砸斟啦麴q ，一一 l 蹶；删厕产l 解銎毒“ 图1 7 鹿儿岛县县厅大厦雨水处理流程 f i g 卜7t e c h n o i o g i c a lp m c e s so fi h i n w a t e ru t i l i z a t i o ni nk a g o s h i m ap r e f e c t u 他o m c eb u i l d i n g 再以1 9 8 4 年竣工的国技馆为例，它是日本雨水利用最有特色的工程之一。该工程利用8 3 6 0 m2 面积的国技馆屋顶收集雨水，并采用降雨强度计来设定初期弃流量，强度计连续监测降雨 强度，当判断雨量在l 1 0m m 1 1 时，经过一段时间，各装置( 打开各自自动阀) 开始集水【1 7 l 。 工艺流程如图1 8 所示。 一水。和厮：e 存神坚一_ 一厕所冲洗用水 l p 冷却塔补给水 图l - 8 日本国技馆雨水处理流程 f i g 1 8t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so fr a i n w a t e ru t i l i z a l i o ni nj a p 锄t e c h n o i o 影m u s e u m ( 2 ) 美国的雨水资源化利用 美国的雨水利j | j 以提高天然入渗能力为目的，兴建地下隧道蓄水系统，建立屋顶蓄水和地 表回灌系统，该系统由入渗池、井、草地、透水地面组成，让洪水迂回滞留于曾经被堤防保 护的土地中，既利用了洪水的生态环境功能，同时减低了防汛压力。美国的科罗拉多州( 1 9 7 4 年) 、佛罗里达卅i ( 1 9 7 4 年) 和宾西法尼亚州( 1 9 7 8 年) 分别制定了雨水管理条例。这些条例 7 第一荦绪论 规定新开发区的暴雨雨水洪峰流量不能超过开发前的水平。所有新开发区( 不包括独户住家) 必须实行强制的“就地滞洪蓄水”。 1 9 7 2 年，芝加哥城市卫生街区开始在没有设置分流式下水道的新土地开发区，强制性地 实施雨水贮留设施，以应付因城市化增长而增大的雨水径流，其贮留设施的蓄水方式是各种 各样的，有蓄水湖、地下蓄水设施等。为解决集水面积9 7 1l ( 1 1 1 。的合流制下水道地区的供水 和水质问题，建造了3 个大型雨水贮留池( 总贮留量1 5 7 亿m ) ，整个卫生街区的全部贮留 设施的贮留高( 贮留高指贮留水量与流域面积的比，相当于降雨形成的径流深度) 是1 7 2 删【i l ， 贮留量很大。同时各州普遍推广地表回灌系统，其中美国加州富雷斯诺市的“l e a k y 心e 弱”地下 回灌系统，1 9 7 l 19 8 0 年地下水回灌总量为1 3 3 8 l o 8 m3 ，其年回灌量占该市年用水量的 2 0 【1 引。 ( 3 ) 澳大利亚的雨水资源化利用 以悉尼奥运会场区为例，奥运会场区的雨水收集和处理系统根据地形和地势分为3 个收集 系统、1 个主体育场的雨水收集处理利用系统。收集的雨水首先通过一系列的氧化塘进行自 然生物处理，接着与经过二级处理的场区污水混合后进入深度处理系统处理，出水达到回用 标准后回用。该雨水处理系统的中水回用工艺主要采用微滤膜技术，微滤膜采用聚丙烯中空 纤维材料，孔径为o 2p m 左右，可以去除水中的悬浮物和病原菌。在此以后，根据回用水质 含盐量的要求，再采用反渗透技术进行除盐处理。反渗透出水加氯消毒后用于冲洗厕所，而 反渗透剩余水则用于场馆绿地灌溉，每天的处理能力为7 0 0 0m ，图1 9 为雨水污水处理、 利用和回用系统示意图【1 9 。0 2 。 匣塑塑统 i 雨水处理系统 l 雨水处理系统 综合生态 i 然保护区噩， 用i 场馆内绿化 图1 9 悉尼奥运会雨水污水处理、利h j 和回用系统 f i g 1 - 9s y s t e mo fw a t e rs e w a g et r e a t m e n t 、u s ea n dr e u s eo fs y d n e yo l y m p i cg 锄e s ( 4 ) 德国的雨水资源化利用 德国的城市雨水利用方式主要有三种：( 1 ) 道路雨水截污与渗透系统，( 2 ) 屋面雨水集蓄 8 系统，( 3 ) 生态小区雨水利用系统。道路雨水经下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充 地下水。而屋面雨水集蓄利用系统主要用于家庭、公共场所和企事业单位的非饮用水如浇灌、 冲厕、洗衣洗车、冷却循环等中水系统，该系统由集雨区、输水系统、截污净化系统、储存 系统以及配水系统等部分组成。德国利用公共雨水管收集雨水并经简单的处理后达到杂用水 水质标准，可用于街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒，部分地区利用雨水可节约饮用水达 5 0 【2 2 、2 3 1 。 生态小区雨水利用系统以柏林p o t s d 锄e r 广场d a i m l e r c h d r s l e r 区域城市水体工程设计为 例，该区域年降南量为5 0 0 姗m ，年产径流雨水量8 万m3 ，采取的主要措施有：( 1 ) 建设屋 顶花园41 l i i l2 ，雨水贮存池3 5 0 0m ，主要用于冲厕和浇灌绿地( 包括屋顶花园) ；( 2 ) 建设人 工湖1 2l 吼2 ，人工湿地1 9 0 0m2 。雨水先收集进入贮存池，在贮存池中，较大颗粒的污染物可 经沉淀去除，之后月_ j 泵将水输送至人工水体和人工湿地，通过藻类、植物和基层过滤等来净化 雨水【2 l 】。 再以德国汉偌威世博会l 渤n s b e 唱城区的雨水利用工程为例，该工程应用了德国最新发展 起来的雨水处理技术m r 系统( 即水洼渗透渠组合系统) 。该系统由上至下可分为2 层，上 层为种植草类植物的浅水洼，通过土壤与植物的处理作用净化雨水；下层为渗透渠，可储存 大量雨水，并逐渐将雨水释放以补充地下水，多余的雨水通过放空管排走【2 2 1 。 以1 9 9 2 年建f 柏林市的某小区雨水收集利用工程为例，1 6 0 栋建筑物的屋顶雨水通过收 集系统进入3 个容积为6 5 0m 的贮水池中，主要用于浇灌。溢流雨水和绿地、步行道汇集的 雨水进入1 个仿自然水道，水道用砂和碎石铺设，并种有多种植物。之后进入1 个面积为1 0 0 0 m2 、容积为1 5 0 0m 3 的水塘( 最大深度3 m ) 。水塘中种以芦苇为主的多种水生植物，同时利 用太阳能和风能使雨水在水道和水塘间循环，连续净化，保持水塘内水清见底，形成植物 鱼类等生物共存的生态系统。遇暴雨时多余的水通过渗透系统回灌地下，整个小区基本实现 雨水零排放。 ( 5 ) 英国的雨水资源化利用 在英国偌丁汉有一个e d w i n s t o w e 青年旅行社，人们在建筑物附近地面采用“蓄水地面 ， 利用人行道、车道、停车场的地下空间，贮存、截留雨水，即在具有一定强度的多孔、可渗 的路面下依次铺设硕石层、土工织物，以干净的碎石等蜂窝状材料作为基层蓄水层，并用土 木工程中使用的透水性很小的高聚物薄膜一土木膜将结构包围起来，贮水量可达l o o l m2 ， 9 第一章绪论 收集的地面雨水与屋面雨水一起经处理后，用于冲洗厕所【2 3 】。 以英国n 锄e s m e a a d 地区的s a f e w a y 超市为例，其屋顶雨水收集面积约2 2 0 0m 2 ( 占屋 顶总面积的5 0 ) ，屋面雨水首先通过汇水口、输水管收集后送入蓄水池。为防止大颗粒进入 系统，雨水首先通过入流过滤器后才能进入水池。当雨水收集量超过需求量时，多余的雨水 从溢流管进入排水系统。通过恰当设计蓄水容积，可确保蓄水池至少每年发生两次溢流，这 种方式可以有效去除蓄水池中的悬浮物。当蓄水池水位过低时，引入自来水保证供应。蓄水 池中的雨水经过滤系统和紫外线消毒后，最终泵送至供水系统，此时水质已高于最终使用的 要求，工艺流程见图1 1 0 【2 4 1 。 图i 1 0 英国s a 佗w a y 超市雨水利用系统示意图 f 谵1 - l os k e t c ho f w a t e r u t i l i z a _ t i o ns y s t e mo f s a f e w a ys u p e 肌破e ti i lu n i t e dk i i l g d o m 1 3 课题的来源与主要研究内容 1 3 1 本课题的来源 雨水资源化利用的课题来源于江苏省建设厅“雨水利用技术规程编写与研究项目【苏 建计【2 0 0 6 】3 8 7 号】。 1 3 2 本课题研究的任务和内容 本课题的任务：一是对南京城区建筑屋面、总汇水口的降雨径流进行水质监测和分析，积累 供雨水利用及治理污染所需的基础数据：二是研究适合南京城区雨水处理利用的应用技术。 主要研究内容有： 探讨降雨初期水质变化、污染物浓度随降雨历时的变化规律； 考察微滤膜工艺及常规混凝沉淀过滤工艺处理雨水的效果，积累数据，为较大规模应用奠定 基础： 考察微滤膜工艺中膜污染速率，研究处理雨水的膜清洗方法，分析膜污染规律和运行中的 影响因素。 1 0 一一一一 堡主堂垡丝茎 一 一 第二章南京市城区雨水水质调研及收集利用技术 2 1 雨水水样采集 采样点选在聚福园小区和银城东苑小区，聚福园小区位于南京市的河西地区，银城东苑 小区位于南京市的白下区。雨水的收集包括建筑屋面雨水、小区路面雨水、小区总汇水口雨 水三个部分。 径流采样时i 日j 为：om i n 、1m i n 、2m i n 、3 m i n 、4m i n 、5 而n 、1 0m i n 、1 5m i n 、2 0l l l i n 、 2 5m i n 、3 0 m i n 。 om i n 开始为第一次采样，即卜1m i n 或以内的降水视为om i n 降水，采满2 5 0m l 为 止，记录采样开始时间和结束时间。1m i n 开始为第二次采样，即lm i n 2m i n 以内的降水 视为1m i n 降水，采满2 5 0m l 为止，以此类推第三次、第四次采样时间。 依照地表水环境质量标准，根据实验室实际检测条件确定水质检测指标为8 项，分别 为：水温、p h 值、悬浮物、溶解氧、总磷、c o d r ，、氨氮、浊度。 2 2 雨水水样分析 本项研究采用【目标方法，检测过程符合国标规定，并经过严格的空白试验与审查，确保检 测结果的准确性。 检测项目、检测方法及使用仪器参见表2 1 ： 表2 - l 水质分析项目与方法总汇 t a b l e2 - la n a l y s i so fw a t e rq u a l 时p r o j e c t s 锄dm e t h o d s 2 2 1 南京市聚福园小区屋面雨水径流水质分析 对2 0 0 6 年7 月至9 月的共1 3 场降雨进行了取样及水质分析，发现屋面初期雨水径流污染 严重，水质混浊，主要污染物为c o dc ，、氨氮、浊度，最大值能够达到c o dc ，2 9 0 0 8 m g l ，氨 氮5 6 3m g l ，浊度2 2 0 5 n t u 。 绘制该3 种污染物浓度随降雨历时的变化图如下。 第二章南京市城区雨水水质调研及收集利用技术 3 5 0 j3 0 0 留2 5 0 2 0 0 趸1 5 0 詈1 0 0 85 0 o 6 a 鼍4 逞3 鬣2 1 o 2 5 0 2 0 0 o 复15 0 簧1 0 0 5 0 o + 2 0 0 6 0 7 2 0 + 2 0 0 6 0 7 2 6 ，2 0 0 6 0 8 0 1 叫吒2 0 0 6 0 8 0 5 * 卜2 0 0 6 0 6 0 6 + 2 0 0 6 0 8 0 7 o1 0 2 03 04 0 降雨历时m i n 图2 l 屋面径流c o d c ，随降雨历时的变化 f i g 2 一lt h ec h a n g eo f c o d c ，o f r o o f m n o f r w i t ht i m e _ j 5 0 o 1 02 03 04 05 0 降雨历时m i n 图2 2 屋面径流氨