重庆市典型屋面雨水特点及回用处理研究

胡龙辉 童 愚 张 勤 熊力剑

(1.重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆 400045；2.中机中联工程有限公司，重庆 400000； 3.中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610000)



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重庆市典型屋面雨水特点及回用处理研究

胡龙辉1童 愚2张 勤1熊力剑3

(1.重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆 400045；2.中机中联工程有限公司，重庆 400000； 3.中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610000)

通过分析重庆地区屋面雨水的水质，介绍了两种雨水处理工艺，探讨了不同工艺的雨水处理效果，并从药剂、滤料、电耗等方面，对比了两种处理工艺的运行成本，最后确定了一种比较合理的处理工艺。

雨水，水质，雨水处理工艺，运行成本

海绵城市，是一种较新的城市雨洪管理措施，在应对城市面临雨水带来的自然灾害以及协调环境变化等方面具有良好的“弹性”。下雨时吸水、渗水、净水、蓄水，需水时将蓄存的雨水放出并利用[1]。在大力倡导建设“海绵城市”的今天，作为城市优质水源之一的雨水，越来越受到人们的关注。在降雨初期，径流雨水水质较差，随着降雨的持续进行，径流雨水水质逐渐改善，雨水中各污染物浓度在到达某一时刻后会呈现出稳定趋势[2]。本文主要通过对重庆地区典型屋面雨水的水质以及回用雨水处理工艺进行分析，确定一种合理的雨水处理工艺。

1 重庆地区屋面雨水水质分析

1.1 重庆市屋面雨水特点

以重庆地区沥青屋面、种植屋面、PC板雨棚三种典型屋面雨水为研究对象，试验中通过将三种屋面雨水径流按1∶1∶1混合对屋面雨水水质参数进行了测定，其中雨水采集过程中的取样间隔为1 mm。图1～图6分别是7 mm/h,16 mm/h,25 mm/h三种不同降雨强度下雨水中COD，SS，TP，TN，pH，浊度水质参数随着降雨深度的变化曲线。分析可知：初期雨水径流污染最严重，各指标含量较高，随着降雨时间以及降雨深度的增加污染物的浓度逐渐降低。

结果显示:降雨强度不同会导致初始浓度、曲线形状也有所不同，但各指标的变化规律基本一致，都随降雨量的增加雨水中各指标的含量逐渐升高达到了峰值，随着降雨深度的增加，屋面上积累的污染物质逐渐被冲刷干净，径流雨水水质状况逐渐改善趋向一个稳定值。降雨量为8 mm时SS达到稳定，降雨量为7 mm时COD达到稳定，降雨量为6 mm时浊度达到稳定。

1.2 初期雨水弃流量的确定

初期雨水弃流量的合理确定关系到雨水收集利用系统的经济性和安全性。鉴于屋面初期径流污染物浓度很高，而这部分水量所占比例小，雨水的收集利用应考虑舍弃这部分脏水，以减小对后续处理设施的影响。根据屋面雨水水质变化特点可知,初期弃流量可以由降雨曲线和水质变化曲线来确定,即观测径流雨水中各水质指标浓度达到相对稳定时所对应的降雨量。

雨水水质指标中SS、浊度、COD浓度达到稳定时降雨深度分别为8 mm，6 mm，7 mm，故各指标的弃流量分别为8 mm，6 mm，7 mm。由于COD为本实验研究的主控项目，且考虑到节水的重要性，SS的弃流量虽然为8 mm，但可采用物化工艺对COD去除的同时也可以去除SS，能保证出水水质达标。因此采用COD弃流量7 mm作为初期屋面雨水弃流量，考虑到屋面雨水汇集到雨落管出水口需一定时间,观测COD达到稳定时所对应的降雨量因滞后而略为偏大[2],故采用6 mm降雨量作为重庆市屋面雨水初期弃流量。

2 雨水处理工艺的研究

2.1 雨水处理工艺的选择

弃流后雨水中悬浮固体、有机物及氮磷含量值很低，且可生化性差(BOD5/COD≤0.2)，不适合采用生化处理方式，宜采用物化的方式进行处理[3]。根据综合分析，最后确定了两种雨水处理方案，即“混凝→沉淀→砂滤→活性炭吸附”(后文简称工艺一)与“预沉淀→砂滤→活性炭吸附”(后文简称工艺二)[4-6]，两种工艺的处理流程图如图7，图8所示。

2.2 不同工艺下雨水处理效果分析

实验中分别采用工艺一、工艺二对弃流后雨水进行物化处理，处理前后雨水水质指标变化情况参考表1，表2。

表1 运行各阶段污染物浓度的变化(工艺一)

表2 运行各阶段污染物浓度的变化(工艺二)

实验结果显示，初期弃流后雨水通过工艺一或工艺二处理后，pH、浊度、总氮、总磷、氨氮、阴离子表面活性剂、溶解氧指标均能够达到GB/T 18920—2002城市污水再生利用 城市杂用水水质和GB/T 18921—2002城市污水再生利用 景观用水水质的要求。两种工艺中不同处理单元对SS，COD去除效果如下:

1)SS去除效果。由表1计算可知，初期弃流后雨水经过工艺一中各阶段处理后SS去除率分别为72.17%，83.48%，95.65%，94.78%，96.52%；由表2计算可知，初期弃流后雨水经过工艺二中各阶段处理后SS去除率分别为31.30%，53.91%，62.61%，71.30%，78.26%，83.48%。对于SS处理效果来讲，混凝沉淀阶段效果最佳，针对于SS总去除率来讲工艺一优于工艺二。

2)COD去除效果。由表1计算可知，初期弃流后雨水经过工艺一中各阶段处理后COD去除率分别为43.00%，53.61%，65.87%，75.58%，86.45%；由表2计算可知，初期弃流后雨水经过工艺二中各阶段处理后COD去除率分别为26.37%，45.08%，55.97%，65.81%，73.78%，82.27%，87.18%。对于COD处理效果来讲，混凝沉淀、活性炭吸附阶段去除率较高，针对COD总去除率来讲，工艺一与工艺二去除效果相当。

3 两工艺运行成本分析

3.1 药剂及滤料成本分析

工艺一中选用市场上最为通用的混凝剂——聚合氯化铝(PAC)，实际处理前根据烧杯搅拌实验得出了弃流雨水处理的最佳投药量为0.1 g/L，折算为吨水药剂费用为0.16元。两种工艺中所用滤料成本及更换周期如表3所示。

表3 不同工艺中所用滤料运行成本及更换周期

3.2 电耗及费用分析

两工艺运行时电耗及费用如表4所示。

表4 不同工艺的电耗及费用

在不考虑人工费及装置折旧费用前提下，装置运行年总费用为药剂费用、滤料费用、活性炭费用及电费之和，装置年处理雨水为Q吨，两工艺运行时年总费用如表5所示。

表5 工艺一、工艺二年运行费用比较

由表5可知，当年雨水处理量介于0 t～467 t之间时，工艺一的年运行费用低于工艺二，采用工艺一比较划算；当年雨水处理大于467 t时，工艺二的年运行费用低于工艺一，采用工艺二比较划算；当年处理水量为467 t时，运行成本为1.4 元/t。

4 结语

1)重庆市屋面初期雨水污染相对较为严重，主要污染物为SS、浊度、COD，其总氮、总磷、BOD5含量较低。为减少后续处理设置的负担，建议重庆市屋面雨水的合理弃流量为6 mm，SS去除率为40%～60%，浊度去除率为20%～50%，COD去除率为30%～60%。2)工艺运行结果显示：“混凝→沉淀→过滤→活性炭吸附工艺”处理效果优于“预沉淀→过滤→活性炭吸附工艺”。“混凝→沉淀→过滤→活性炭吸附工艺”对SS去除率为95%～99%，浊度去除率为95%～99%，COD去除率为85%～90%，BOD5去除率为65%～70%。“预沉淀→过滤→活性炭吸附工艺”对SS去除率为80%～85%，浊度去除率为85%～90%，COD去除率为80%～85%，BOD5去除率为70%～75%。3)从经济效益考虑，当年雨水处理量介于0 t～467 t之间时，建议使用“混凝→沉淀→过滤→活性炭吸附工艺”；当年雨水处理不小于467 t时，建议使用“预沉淀→过滤→活性炭吸附工艺”。

[1] 住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建[Z].2015.

[2] 车 武,刘 红,汪慧贞,等.北京市屋面雨水污染及利用研究[J].中国给水排水,2001,17(6):57-61.

[3] 李圭白.水质工程学[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[4] Huybrechts,D.Verachtert,E.Vander Aa,S,et al.Polluted rainwater runoff from waste recovery and recycling companies:Determination of emission levels associated with the best available

techniques[J].WASTE MANAGEMENT,AUG,2016(54):74-82.

[5] 杨 凯.屋面雨水净化与直接利用技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010.

[6] 车 伍,李俊奇,刘 红,等.现代城市雨水利用技术体系[J].北京水利,2003(3):136-137.

Study on typical rainwater features and recycling treatment of Chongqing city

Hu Longhui1Tong Yu2Zhang Qin1Xiong Lijian3

(1.CollegeofCityConstruction&EnvironmentEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China; 2.CMCUEngineeringCo.,Ltd,Chongqing400000,China; 3.ChinaMunicipalEngineeringSouthwestDesignAcademyCo.,Ltd,Chengdu610000,China)

Through analyzing roof rainwater quality of Chongqing region, the paper introduces two kinds of rainwater processing technologies, explores rainwater processing effect of different technologies, and compares two kinds of processing technology operation cost from aspects of agentia, filter material and power consumption, and finally determines a kind of comparatively rational processing technology.

rainwater, water quality, rainwater processing technology, operation cost

1009-6825(2017)10-0122-03

2017-01-20

胡龙辉(1990- ),男，在读硕士； 童 愚(1968- )，男，高级工程师； 张 勤(1957- )，男，教授； 熊力剑(1991- )，男，工程师

TU991.114

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