雨水资源收集利用系统及处理关键技术专项方案

城市化快速发展地域，水资源问题已日益成为制约城市发展关键原因，为实现科学发展目标，必需选择走可连续发展道路。城市雨水资源化利用是处理城市水资源短缺、控制城市雨水径流污染，降低城市洪灾有效路径。为此，应将雨水利用和雨水径流污染控制、城市防洪、生态环境改善相结合，应坚持技术和非技术方法并重，工程性方法和非工程性方法并用标准，因地制宜，择优选择，兼顾经济效益、环境效益和社会效益，标本兼治，促进城市水资源利用可连续发展。本篇文章讲述雨水资源搜集利用系统及处理技术方案，该方案由：“海绵雨水”企业，一家从事雨水搜集利用系统十多年专业企业。城区不透水面积逐年增加，雨水径流量增大，流出时间缩短。这不仅造成水资源巨大浪费，加大了城市排水系统负担，还对城市生产、生活造成极大影响，并带来巨大经济损失。那么怎样将雨水有效搜集利用？首选，我们讲下相关雨水搜集和利用意义。节省城市水资源多年来逐步增多城市道路冲洗，晒水减雾，甚至于城市洗车行业逐步增多，对于城市自来水需求也对应增多，而供水负担加重，自来水等原水资源浪费和过分使用，使得回用雨水作为循环用水水源呼声也日渐增大。改善城市水源环境对城市雨水资源开发利用，地表河流，湖泊及地下水等水体用水将相对降低，有利于维持河、湖、地下水源等天然水体正常生态环境用水量，其次经过搜集雨水调蓄构筑物运作，既能够缓解城市内涝灾难，还能够变废为宝，稀释污水污染物，改善污水水质。含有经济和生态意义对雨水进行搜集利用，既可缓解城市对自来水依靠，又能处理水源污染，最终达成节能减排、低碳环境保护目标。其次，回用雨水在一定程度还能够做到城市区域自给自足，对于飞速发展城市来说，尤其是城市不停扩张，以后续配套管网无法跟上时候，采取雨水回用，降低城市建设管道费用，使得城市管网合理优化，而且对于雨水使用，可部分替换自来水以降低自来水使用量，和其它非传统水源利用对比，雨水搜集利用含有显著经济优势。雨水搜集和利用系统及处理技术伴随国际雨水集流系统会议召开和国际雨水集流系统协会成立，国际上掀起了雨水搜集利用理论和技术研究热潮，内容包含集雨水面处理、集雨系统设计、集雨模型和搜集雨水高效利用等。雨水搜集系统将深入细分为四种类型：集雨系统屋顶搜集系统：在屋顶和庭院安装管道，输水设备和蓄水设备，搜集屋顶上和供家庭饮水、卫生、养畜等使用。小型雨水搜集系统：搜集区面积在1000m²以下，种植区面积在100m²以下，二者之比为1:1-1:10，种植区仅种一颗树或部分灌木或十二个月生作物，关键由人工建成，不设溢流口。中型集雨系统：集雨区经过处理或不处理，坡度在5％-50％之间，面积在1000m²，-m平方之间，种植区或为梯田或为坡度小于10％缓坡，集雨区面积和种植区面积之比为10:1-100:1由人工或机械建成，设溢流口。大型雨水搜集系统：需建设复杂渠坝体系，搜集雨季时季节性河流形成洪水，集雨区面积在200hm2-50km2之间，集雨区面积和种植区面积之比100:1-10000:1搜集雨水蓄存于水库、池塘和农田土壤中，其关键用途为补充作物所需土壤水分，回补地下水和减小洪水灾难造成损失。关键由机械建成，设溢流口。雨水截污技术对于雨水搜集，要想深入利用，就要对雨水水质进行处理改善。所以应从源头入手，控制源头污染，经过采取部分简单易行截污方法，可大大改善搜集雨水水质和提升后续处理系统效果。雨水截污技术关键有：屋面雨水截污技术、路面雨水截污技术。屋面雨水截污技术屋面雨水截污方法有很多个方法，常采取3中方法：截污滤网装置、花坛渗滤净化装置、早期雨水弃流装置。在此简单介绍花坛渗滤装置：花坛渗透净化装置是利用建筑物四面部分花坛来接纳、净化屋面雨水，也能够专门设计花坛渗滤装置，既美化了环境，又净化了雨水。下图所表示是花坛渗滤化装置图。路面雨水截污技术因为地面污染物影响，路面径流水质通常显著比屋面差，必需采取截污方法或早期弃流装置，采取截污技术有：截污挂篮、早期雨水弃流装置、雨水沉淀井和浮闸隔离井、植被浅沟等技术。在此简单介绍早期雨水弃流装置：早期雨水弃流装置是提升雨水径流水质关键技术方法，一次降雨过程中60％以上污染物集中在早期雨水径流中，依据不一样雨水水质情况，确定早期雨水弃流量，能欧有效去除大部分悬浮物和可溶解污染物。现在，国外部分成型雨水截污装置已经投入市场，下图为一个容积早期雨水弃流池结构图。雨水处理工艺常规雨水处理是将雨水搜集到蓄水池后集中进行物理、化学处理，以去除雨水中污染物。在工艺步骤选择中，需充足考虑降雨随机性、雨水水源不稳定性和雨水储存设施闲置等原因。屋顶雨水处理工艺屋顶雨水搜集后，因为雨水相对污染比较小，其只需要经过沉淀消毒以后就能够应用到城市一般生产生活方面，如家庭冲厕、洗衣洗车，企机关生产线冷却循环，这类非饮用方法用水水质要求不高。假如住区内有水体景观经过处理后雨水就能够应该到景观水体中，这么不仅能够补充景观水体，而且还能实现雨水储存效果。道路雨水处理工艺道路雨水水质因为道路环境复杂，其水质受污染程度较大杂志成份也相对较为复杂，在处理早期应首先考虑排除早期径流，对后续雨水搜集再进行混凝、沉淀和过滤等常规方法处理，另外依据水质情况，在必需要时还需要增加活性炭吸附处理工艺，所以需要在处理工艺前段设置格栅，方便处理夹杂于雨水中树叶、纸张、塑料废弃物及其它大颗粒杂物。对于含油污较高雨水，则还需增物理设施如弯管方法来进行处理，既弯管法处理雨水，在雨水由沉淀池进入过滤管道上安装弯头，能够有效拦截油污，同时使得不含油污或少许含污雨水由弯头上水位流入水池。而道路机动车道搜集雨水则综合处理难度和成本比较，因为这类雨水污染较为严重，水质极为复杂，故不主张其处理和回用，可直接排入市政管道进污水处理厂。常规雨水水质处理工艺常规雨水水质处理工艺步骤图筛网和格栅：在搜集雨水进行处理前，考虑到城市复杂情况，雨水中肯定含有大量杂物，如树叶、果皮、纸屑等，为提升后续设施对雨水处理效果，在处理前期就设置格栅或筛网截留水中杂物。沉淀，雨水沉淀池能够根据传统污水沉淀池方法进行设计，能够采取平流式、竖流式、辐流式、旋流式等形式，其目标是在流动过程中将固体颗粒从雨水中分离出来。消毒，依据雨水用途，应考虑在利用前进消毒处理。消毒是指经过消毒剂或其它消毒手段灭活水中绝大部分病原体，使雨水水中微生物含量达成用水指标要求多种技术。雨水消毒应满足两个条件，经消毒后雨水在进入输送管网前，水质必需符合相关细菌指标要求，消毒作用必需一致保持到用水点处，以预防可能出现病原体危害或再生。雨水搜集和处理利用技术雨水搜集系统和处理利用是将经过一系列搜集、截污、处理设施后，使雨水水质达成一定要求，再作为水资源补充，在工业上或作为中水进行下一步利用。加部分水质要求不高，用水量却较大绿化、道路浇晒、消防、建筑用水等。渗透沟城市发展显著增加了地表径流量，和对当地水域污染。所以，通常采取渗透方法，如渗透沟，以去除雨水径流中悬浮固体物、颗粒污染物、大肠菌群、有机物，和部分可溶性金属及养分。图-9所表示，渗透沟为开挖沟，深度为0.9~3.7米，采取石骨料进行回填，并加设过滤器织物作为内衬。一小部分径流（通常为首次冲刷）被转移至在地面以下或同一平面上渗透沟内。径流渗透进入周围土壤中时，其含有污染物被过滤掉。渗透沟也提供了地下水补给，并可维护周围溪流中基流。适用性渗透沟常常见于采取了其它最好管理方法，但可用土地有限地域。渗透沟最常见于美国气候温暖、不是太干燥地域。渗透沟可捕捉并处理少许径流，但不能控制峰值水力流量。渗透沟可和另一个最好管理方法结合使用，如滞洪池，以提供水质控制及峰值流量控制（Harrington）。这种渗透沟输入量较为集中，而不是分散输入量。本系统储存了和连接至渗透系统相同水质（最好管理方法）水量。这通常经过设置在储存设施要求高度开口进行雨水管理量缓慢释放得以实现。所以，最好管理方法水质水量将等同于开口标高以下雨水滞留区，这些水量必需经过渗透给予排出。可堵塞渗透沟沉淀物或碳氢化合物（油脂）含量较高径流通常采取其它最好管理方法进行预处理。部分预处理最好管理方法实例包含沉砂池、水质入口、沉淀井、洼地，和植被过滤带。优势和劣势渗透沟对雨水径流中悬浮固体物、颗粒污染物、大肠菌群、有机物，及部分可溶性金属及养分含有较高去除率。捕捉径流渗透周围土壤内，并增加了周围河流中地下水补给和基流。负面影响包含潜在地下水污染，和如维护不妥，很可能发生早期故障。

对于任何渗透最好管理方法，必需对潜在地下水污染进行仔细考虑，尤其是假如地下水供人饮用或用于农业。渗透沟不适于使用或存放化学品，或危险材料场地，除非能有效预防危险及有毒材料进入渗透沟。在这些地域，应考虑采取不会影响地下水其它最好管理方法。经过主动污染预防方法可将潜在泄漏降至最低程度。因为会对地下水造成潜在污染，现场计划早期必需进行广泛现场勘察，以确定安装渗透沟现场适应性。渗透沟使用可能受到很多原因限制，包含当地土壤类型、气候，和地下水位位置。现场特征，如排水区坡度过大、细颗粒土壤类型，和地下水位和基岩近似位置，可能不许可使用渗透沟。除进行尤其设计用于集中输入量外，周围区域坡度应使径流能在流入渗透沟时均匀分布于片流中。通常来说，渗透沟不适适用于含有相对不透水土壤区域，这种土壤含粘土和泥沙，或在填土区。渗透沟应设置于地下水位上方，使径流可经过渗透沟进行过滤，并流入周围土壤内，最终进入地下水。另外，排水区不应将大量沉淀物或碳氢化合物输送至渗透沟内。所以，服务于停车场渗透沟必需事优异行合适预处理，如油砂分离器。使用渗透沟另一项限制是气候条件。严寒气候条件下，渗透沟表面可能结冰，从而阻止径流流入渗透沟，并许可未经处理径流流入地表水。周围土壤也可能结冰，从而降低进入土壤及地下水渗透量。但最近研究表明，如设计和维护适当，渗透沟可在严寒气候条件下有效工作。经过保持渗透沟表面无压实积雪及结冰现象，并经过确保部分渗透沟是在冰冻线以下修建，显著改善渗透沟在严寒气候条件下性能。最终，对于渗透沟系统长久效果也产生了众多关注点。过去，渗透沟已被证实其寿命较短，经检验渗透沟系统，其中逾50%在5年后部分或全部不能使用。施工之前经过仔细岩土工程评定，并经过设计和实施检验和维护计划可提升其寿命。应对土壤渗透率和地下水位深度进行评定，以确保现场条件满足渗透沟正常工作。预处理结构，如植被缓冲带或水质入口，可经过清除沉淀物、碳氢化合物，和可能堵塞渗透沟其它材料提升其寿命。定时维护，包含更换堵塞骨料，也可提升渗透沟效率及寿命。生物滞留带生物滞留是由美国于二十世纪九十年代早期提出一个最好管理方法（BMP）。生物滞留利用土壤，及木本和草本植物清除雨水径流中污染物。图所表示，径流作为片流传送至处理区，该区域由植草地带、沙床、积水区、有机层或覆盖层、种植土壤及植被组成。径流最先跨越或穿越沙床，此沙床减缓了径流速度，并将其均匀分布于积水区长度方向上，该积水区由地表有机层和/或地面覆层，及下层种植土壤组成。积水区有一定坡度，其中心地势较低。积水深度为15cm，并逐步渗透进入生物滞留区，或水分产生蒸发。生物滞留区进行了坡度设置，方便将过量径流引入她处。生物滞留区种植土壤中存留水分经过数天滞留而渗透下层土壤。基础生物滞留设计可进行修改，使其满足更多具体需要。弗吉尼亚州亚历山大市已修改了生物滞留最好管理方法设计，使其包含沙床内暗渠，以搜集渗透水并将其排入下游下水道系统。这种修改是必需，这是因为不透水下层土阻止了土壤系统中完全渗透。修改后设计使生物滞留区更多地起到了过滤器作用，用于排放经处理过水，而不是作为渗透装置。适用性生物滞留通常见于处理流经商业、住宅和工业区不透水面雨水。生物滞留是一个适适用于中间路带、停车场区域和洼地理想雨水最好管理方法。可对这些区域进行设计或修改，使径流可直接转入生物滞留区，或经过镶边及排水沟搜集系统传送至生物滞留区。生物滞留通常最好在从斜坡区域接收片流入口处，和拟开挖区域中使用。在片流传送至处理区，最大程度提升其处理效率同时，现场必需以能最大程度降低侵蚀条件方法设置坡度。生物滞留应在稳定排水区域进行利用，以最大程度降低处理区沉积负荷。正如全部最好管理方法一样，必需制订一项维护计划。优势和劣势在地下水位在地表以下1.8m范围内位置，和周围土层不稳定位置，生物滞留并非最好管理方法。天气严寒时，土壤可能会产生冻结，从而阻止径流渗透进入种植土壤。对于坡度超出20%区域，或需要清除已成材树区域，也不提议采取最好管理方法。可能会产生堵塞问题，尤其是当最好管理方法所面正确是沉积负荷较高径流时。生物滞留提供了雨水处理方法，这种方法可改善下游水体水质。径流经过最好管理方法进行临时存放，并以四天为限释放至受纳水体中。最好管理方法还可提供遮荫和防风林，吸收噪音并改善该区域景观。湿式滞留池湿式滞留池为雨水控制结构，可同时保留及处理污染雨水径流。经典湿式滞留池设计图-12所表示。该滞留池包含一个永久性水池，而雨水径流则经过导流进入该水池。每次雨水事件径流被截留，并在水池中进行处理，直至其被下一次暴雨事件径流所替换。经过捕捉并保留暴雨事件期间径流，湿式滞留池可同时控制雨水数量和质量。以后，滞留池自然物理、生物及化学过程可去除污染物。沉淀过程可去除微粒物、有机物质和金属物，同时溶解金属物和养分可经过生物吸收给予去除。通常来说，和其它最好管理方法，如干池、渗透沟，或砂过滤器相比，湿式滞留池可取得更高养分去除率及愈加好雨水量控制。适用性湿式滞留池在全美已广泛使用多年。对大量滞留池进行了监测，以确定其性能。美国环境保护局V区现在正着手对50~60个湿式滞留池效率进行研究。其它组织，如哥伦比亚特区华盛顿政府委员会（WMCOG）及马里兰州环境保护局也对湿式滞留池性能进行了广泛评定。优点和缺点湿式滞留池同时含有雨水数量和质量控制优点，并可为现有开发提供较大改造覆盖率。优点包含降低了潜在下游洪水及河岸侵蚀，且因为去除了悬浮固体物、金属物及可溶性养分而改善了水质。同时，湿式滞留池主动影响通常会超出任何负面影响，设计、选址或维护不妥湿式滞留池可能对水质、地下水、冷水渔业，或湿地造成潜在负面影响。设计或维护不妥滞留池可能造成分层和缺氧条件，从而增加了固体物质再悬浮，和所截留沉淀物中养分和金属物释放。另外，应采取预防方法，以预防滞留池施工期间对湿地域域造成损害。最终，应仔细对地下水潜在污染进行评定。但迄今为止研究表明，湿式滞留池不会对地下水造成显著污染（Schueler）。在确定安装湿式滞留池可行性时，还应考虑以下限制条件：1.湿式滞留池必需能保持永久性水池中长久有水。所以，滞留池不可修建于无充足降雨而无法保持水池有水地域，也不可修建于渗透性较高土壤中。对于潮湿地域，一处较小排水区足以确保足够水源，以维持永久性水池；而在较干旱地域，则可能需要设置一处较大排水区。在一些情况下，渗透性较高土壤可能需进行压实或采取粘土封层，以此降低底部渗透性。2.土地限制，如场地较小或区域已高度开发，可能不许可滞留池安装。3.滞留池排放物通常包含温水，所以，在滞留池温水排放可能对冷水渔业造成负面影响地域使用滞留池可能会受到限制。4.当地气候（即温度）可能影响滞留池中生物吸收。5.如未进行合适维护，滞留池性能会急剧下降。上水池定时清洗尤为关键。永久性水池维护对于预防捕捉沉淀物再悬浮也很关键。水池中沉淀物积累也会降低水池蓄水能力，并造成其性能下降。所以，永久性水池底部沉淀物应在每2~5年左右进行一次清理。大多数情况下，对于处理从湿式滞留池清理出沉淀物则无具体限制。迄今为止研究表明，水池沉淀物符合毒性限制条件，并可安全地给予填埋（NVPDC）。只要在远离海岸线位置堆积沉淀物，以预防其再次流入水池内，有些州也许可在现场对沉淀物进行处理。

植草沟植草沟为一片开阔、深度较浅沟渠，其边坡及底部覆盖有茂密植被。植草沟能够是天然或人造，并可设计为截留颗粒污染物（悬浮固体物和微量金属），促进渗透，并可降低雨水径流流速。其经典设计图-15所表示。植草沟可作为雨水排放系统一部分，并可替换路缘、排水沟及雨水下水道系统。所以，植草沟最适合于低流量和人口较少住宅、工业和商业区。适用性当地气候和土壤条件许可建立并维护茂密植被覆层情况下，可使用植草沟。在特定现场建立植草沟可行性取决于起作用水域面积、坡度和透水性，和植草沟系统尺寸、坡度及其所使用植被覆层。提供冲刷防护。(a)设有拦沙坝植草沟横截面。(b)植草沟蓄水区立体视图。符号：L=每个拦沙坝植草沟蓄水区长度（英尺）DS=拦沙坝深度（英尺）SS=植草沟底部坡度（英尺/英尺）W=拦沙坝顶部宽度（英尺）WB=拦沙坝底部宽度（英尺）Z1&2=植草沟边坡水平和竖向改变比值（英尺/英尺）植草沟易于设计，并可纳入现场排水计划中。通常情况下，当植草沟作为一项独立最好雨水管理方法时，如和其它最好管理方法，如水池、渗透带、湿地等结合使用，则最为高效。当植草沟广泛地作为