某大型企业生活区屋面雨水收集与处理
雨水的利用分间接和直接两种。间接利用是采用多种雨水渗透设施，将雨水回灌地下，以补充地下水资源：直接利用是将雨水进行收集、贮存和净化后，水质达到《污水再生利用城镇杂用水水质标准(GB／T18920—2002)》，然后直接用于冲洗路面、绿化、洗车、冲厕等。
城市雨水利用在国外已有几十年的历史，特别是近20年来在欧洲、美国、Et本、澳大利亚等许多地区和国家，对城市雨水的利用与资源化非常普遍。目前国内对城市雨水，特别是屋面雨水的利用还处于起步阶段，只是对城市的单个大型建筑物和居民小区进行了一些工程性试验和工程设计。而对于企业内住宅区的雨水收集利用，因其具体情况的不同，应分别加以研究。下面以山西某大型焦化一热电厂生活区为例．就屋面雨水的收集与处理的设计方案做一介绍。
1屋面初期雨水的弃流与弃流装置
屋面初期雨水中的污染物含量较高．随着径流的持续．雨水流经的物体表面被不断冲洗，污染物含量逐渐减小到相对稳定的程度。所以，直接弃流初期雨水已成为减少收集的雨水中污染物的一个有效途径。许多国家在雨水利用工程中．将弃流作为整个雨水收集处理工艺的预处理．为雨水的贮存和后续处理提供水质相对稳定的水源．同时，也避免收集和处理单场降雨量产生很小径流的雨水。屋面雨水与道路雨水径流相比，屋面雨水更便于收集，水质也相对较好，易于处理，同时具有投资较省和便于管理等优点。但屋面雨水同样存在初期雨水污染较重，应将其弃流的问题。
1．1屋面初期雨水水质
由于降水淋洗了大气污染物(主要为SS、COD、硫化物、氮氧化物等)和屋面积累的大气沉积物以及屋面材料产生的污染物．致使初期雨水污染程度较高(其中，平顶沥青油毡屋面污染较重)。屋面初期雨水中所含的主要污染物有COD、SS，还有极少量的铅、磷和氮。同时屋面雨水可生化性差，BOD：COD通常只有0．1—0．15经初期雨水弃流后的雨水水质则较稳定，如COD为8O一120mg／L，SS为2O~4Omg／L，色度为10-40。对于屋面初期雨水的弃流量，可根据试验测定或按2—3mm降水量进行计算。本设计屋面初期雨水弃流量按3mm降水量计算，弃流后的中、后期雨水COD质量浓度可稳定在100mg／L左右，以确保获得较好的雨水水质。．
1．2初期雨水弃流装置
初期屋面雨水的弃流装置目前常用的有弃流雨水池和旋流分离器两种同。
1．2．1弃流雨水池
在雨落管下部设弃流雨水池，在池内设浮球控制阀。随着池内截流的初期雨水量增加，水位不断上升，当达到设定水位的高度时，浮球阀进入池内的雨落管出口，使其完全关闭，后续雨水沿雨水收集管道，送人净化处理构筑物进行处理。池内已收集的初期雨水，在降雨结束后打开放空阀将其排人污水管道。放空阀也可采用电磁阀，以便于操作管理。弃流雨水池的结构如图1所示。雨水弃流池的容积是根据住宅楼雨落管的屋面服务面积和3mm的降水量来确定。
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1．2．2旋流分离器旋流分离器的构造和工作过程见图2。
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该分离器的主要结构是在圆筒内设置的1个由合金材料制成的淹没式圆筒形筛网。雨水沿切线方向以旋流方式进入筛网内，由于降雨初期筛网表面干燥，在水的表面张力和一定的筛网坡度下，初期雨水会沿筛网内表面旋转向下流向中心排水管，然后排人污水管道。随着中、后期雨水的连续流人筛网表面会不断被浸润，其表面张力大大减小，雨水就会穿过筛网，旋流进入雨水收集管道。初期雨水弃流量可根据弃流时间来控制．而弃流时间的长短则可通过调整筛网的面积和目数加以改变。该装置在国外已得到了广泛应用。比较上述两种弃流装置可以看出，弃流雨水池构造简单，造价低，运行稳定可靠。但如果每个雨落管末端都设置弃流池则数量太多，维护的工作量也大，同时也影响景观。旋流分离器初期雨水弃流量大小可调节，它设置的数量少，是一种先进的弃流装置。但该装置构造复杂，且造价较高。
2生活区屋面雨水的收集与处理设计方案
2．1概况
山西南部某大型焦化一热电厂地处严重缺水地区，平均年降雨量为550mm，且多集中在5~9月。当地暴雨强度公式为q=兰，暴雨重现期P取0．33Q。该厂为了节约水资源，要求将工艺废水净化后循环使用；对生活污水处理后作中水用；并提出对雨水进行收集利用后用作生活杂用水。考虑到厂区路面径流雨水水质较差，决定采用间接利用方式；而生活区屋面雨水污染较轻，采用直接利用方式。该企业生活区住宅建筑面积为7．2hm，屋面为平顶，上铺石油沥青油毡，面积为1．2hm2。
2．2该厂初期屋面雨水弃流方式的确定采用何种生活区屋面初期雨水弃流装置，主要考虑的因素是工程造价和施工。经比较后决定使用弃流雨水池。同时。对雨水收集系统进行了改进，即：将每栋楼房屋面的雨落管末端相互连接形成雨水收集管，然后将相邻的4栋楼房的雨水管合并成1条雨水干管，再与设置在4栋楼交汇处的圆形弃流雨水池相接。其平面布置见图3。该生活区共有16栋楼，须建4座弃流雨水池。弃流的初期雨水进入污水管道，弃流后的雨水进入净化处理构筑物。这种改进克服了弃流雨水池数量多、维护工作量大的缺点，如在弃流池顶部进行绿化，还可美化景观。
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2．3雨水净化工艺的确定雨水净化工艺应根据收集的雨水质与用水水质标准及水量要求来确定。屋面水因可生化性差，一般宜采用物化处理，而不宜用人工生化处理。同时，应考虑雨水中COD以溶解性为主的特性及弃流后的雨水悬浮固体含量较低等特点。目前常用的工艺有：
(1)弃流一微絮凝过滤工艺。因为雨水中COD主要为溶解性的，如果采用直接过滤，对雨水中的COD、SS和色度的去除效果很差，试验表明，当投加混凝剂后其去除效果可明显提高。混凝剂一般采用聚合氯化铝、硫酸铝、三氯化铁，但用聚合氯化铝混凝剂进行微絮凝过滤其效果最好，聚合氯化铝投加浓度为5mL。所以，将弃流后的雨水进行絮凝过滤处理工艺比直接过滤的效果要好，其工艺流程见图4。弃流后的中、后期雨水进入雨水贮存池(贮存池容积根据暴雨强度公式绘出不同历时的雨量曲线来确定)。池内雨水经泵提升至压力滤池，在泵的出：水管道上投加混凝剂聚合氯化铝，然后进入压力滤池：进行微絮凝接触过滤，最后经液氯消毒后进入清水池，作为生活杂用水
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(2)弃流一生态渗透过滤工艺。该工艺是以绿地～人工混合土净化技术为主体的生态渗透过滤净化系统，将雨水通过人工混合土壤一绿地系统进行物理、物化、生化和植物吸收等多种作用使污染物得到去除。同时该设计根据企业生活区比厂区地形高的特点，并考虑将净化后雨水既可作为杂用水又可作为中水水源，所以将生活污水和生产废水：处理构筑物以及雨水净化构筑物一起集中布置在厂区内。这样，经弃流后的生活区屋面雨水可重力流入渗滤池，并将渗滤池布置在雨水贮存池上，既减少了占地，又美化了环境。该工艺能耗低、易管理，是一种经济有效的雨水生态净化工艺。其工艺流程见图5。
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(3)砂滤一膜滤处理工艺
该处理工艺主要采用粒状滤料和膜滤相结合的物理法，可增强处理雨水水质的适应能力，还起到对膜滤的保护作用。工艺流程见图6。该工艺处理效果稳定出水水质好，缺点是造价和处理成本较高，在非雨季时，膜处于停用状态会干燥失效，需用小流量水通过滤膜循环或拆除滤膜以化学药剂浸泡养护，从而增加了维护工作量。
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上述三种雨水净化工艺都各有其优缺点。为了节省工程造价和运行成本，减少维护工作量，根据雨水净化的有关资料和污水土地处理工艺的原理，决定采用第二种处理工艺。
2．4生态渗透过滤净化池的构造与设计
2．4．1净化池的构造
生态渗透过滤净化池是一种人工净化与自然净化相结合的构筑物。池内表层为人工绿地；表层下为由40％天然砂土+40％炉渣(粒径为2．5～5mm)+20％天然沸石(粒径为2～3mm)组成的人工混合土，其渗透系数为2~10m／s，厚度为0．9m；人工土层往下依次为粗砂层、沸石层(粒径4～5mm)、砾石层(粒径8～12mm)、中等砾石层(粒径20～40mm)、圆形砾石层(粒径50～80mm)。各层的厚度分别为10、15、20、20em。滤层总高度为1．55m。滤层底部布置穿孔管作为集水系统，穿孔管外部包土工布。结构见图7。
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人工土层孔隙率高，渗透系数大，密度小，耐冲刷，并适宜植物生长。在人工土壤表层，草本植物把氧带到根部，使周围的许多微生物生长繁殖，并对有机污染物进行降解。同时，炉渣和沸石对有机物都具有良好的吸收作用，所以在人工土壤的物理、化学和生物作用以及植物吸收的共同作用下，得到了较好的净化效果。据试验表明，通过1m厚的人工混合土层渗透，对COD去除率可达70％～80％t。生态渗透过滤净化池对人工混合土渗透进行了强化，增加了绿地生态净化和无机吸附剂的高效吸附功能，所以将会获得更高的COD去除率。
2．4．2净化池表面积的计算
净化池渗流量应该等于屋面雨水径流设计流量．这样才能保证雨水的有效收集和处理。因此，池表面积的计算应考虑以下几个数据：
(1)屋面雨水径流设计流量。
Q=apqF=67．28。
式中：Q为雨水设计流量，L／s；为径流系数，对于沥青油毡屋面=0．9；q为设计暴雨强度，L／(s•hm)．当设计重现期P=0．33a，降雨历时t=5min时．口=62．3L／(s•hm)；F为屋面汇水面积．hm。
(2)渗流量。根据达西定律可知．通过滤床的渗流流量W=KAJ=8x10-s,sAm3／s。式中：为渗流流量．m3／s；为渗透系数，m／s，对于人工混合土K=2．22x10m／s．考虑到滤床运行一段时间后，值会减小．所以取8×10m／s；A为待求滤池表面积，m2；J为水力坡降．当地下水位较低．雨水径流从土壤表面近似于垂直向下渗透时。
(3)净化池表面积。因雨水径流量应等于净化池渗流量．所以Q=W．即67．28x10=8x10xA．则A==84lm2，~850m2；设净化池宽为25m，长为34m。
2．4．3渗透池的布水系统和集水系统
渗透池的布水系统采用在主管道两边对称连接5根DNIO0的支管．支管管中心间距5．3m。为了布水均匀，主管道管径从DN300过渡至DN150。支管向下45。方向交错布置015mm孑L洞。渗透池的集水系统布置在承托层底部．在集水总管两侧同样平行布置5根0100的穿孑L管(管外包土工布。将过滤后的雨水由穿孑L管收集流入集水总管再流入下面的贮存池
2．5贮存池容积的确定
贮存池的容积与雨水调节池容积的计算方法相同，以降雨历时为横坐标，以对应的径流雨水量为纵坐标作图，得径流雨水量曲线，其最大值则为贮存池的容积。
3结语
在缺水地区，对企业屋面雨水进行收集处理利用是很有必要的。初期雨水弃流是整个雨水处理的预处理，它能有效地为后续处理工艺提供水质较稳定的水源。采用绿地与人工混合土渗透结构相结合的生态渗透净化池对COD有较高的去除率，并将贮存池设置在生态渗透净化池下部，既节约了土地．又美化了环境。
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