雨水收集利用技术

雨水收集利用技术 一种新型的雨水收集利用技术 上海万森水处理有限公司 董事长沈志昌 2007-10-30 摘要:这种新型的雨水收集利用技术最大亮点在于雨水的预处理，巧妙利用重力学的原理，对初雨进行了抛弃，对雨水进行了在线过滤，使收集的雨水澄澈干净，收集后的雨水不再需要处理，使雨水收集极具普及性和推广性。这种新型的雨水收集利用设备尤其适合于农村、偏远山区、驻岛部队和边防哨所、城市的小区收集利用 关键词:雨水收集利用、雨水预处理、初雨抛弃、在线过滤。 1，雨水的利用价值 “所有的水都是雨水”这是美国雨水收集利用专家理查德?海尼经常说的一句话。在我们生活的地球上，不论是地下储水层的水，还是江河里的水，最早都是从天上掉下来的。当雨水落到地面，透过土壤、石层渗灌到地下储水层，带上了矿物质和盐等有益于人类健康的物质，最关键的是，地下水硬度一般偏高，而回用雨水可以节省地下水处理中使用的软水材料，还可在洗涤时节省肥皂、洗涤剂等。因此，对雨水的科学收集、合理储存及节能使用是节能减排的一个有效途径，是充分发挥雨水利用价值的有效保障。 2，中国水资源状况 我国是一个水资源相对贫乏、时空分布又极不均匀的国家。水资源年内年际变化大，降水及径流的年内分配集中在夏季的几个月中;连丰、连枯年份交替出现，造成一些地区干旱灾害出现频繁和水资源供需矛盾突出等问题。我国水资源总量28000多亿m3，居世界第6位，但人均水资源占有量只有2300m3，约为世界人均水平的1/4。全国水资源的81,集中分布在长江及其以南地区，而淮河及其以北地区，水资源量仅占全国的19,。 总体来说:水资源的分布是南方多于北方，东部地区多于西部地区。由于水资源分布的差异以及我国水资源污染的日益加重，我国许多城市的水资源正在面临着严重的不足和短缺。造成城市水资源不足和短缺的主要原因有:一是水资源总量先天不足，人口多，人均水资源少。二是水源水质日趋恶化，不能满足水体正常循环使用的功能要求，大大减少了有效水资源的利用状况。2007年太湖、巢湖蓝藻的全面爆发进一步给我们敲响了警种。 因此，对雨水的综合利用是缓解我国水资源缺乏的有效途径。 3，常见的雨水收集利用技术 我国城市雨水利用起步较晚，目前主要在缺水地区有一些小型、局部的非性应用。在国外，德国和日本等一些发达国家，城市雨水的资源化和雨水的收集利用已有较长的历史。其经验和，对我国大部分城市特别是对那些严重缺水的城市很有借鉴意义。 德国的城市雨水收集方法主要有三种:一是屋面雨水集蓄系统，集下来的雨水主要用于家庭、公共场所和企业的非饮用水。二是雨水截污与渗透系统。道路雨水通过下水道排入沿途大型蓄水池或通过渗透补充地下水。德国城市街道雨水管道口均设有截污挂篮，以拦截雨水径流携带的污染物。三是生态小区雨水利用系统。小区沿着排水道建有渗透浅沟，表面植有草皮，供雨水径流流过时下渗。超过渗透能力的雨水则进入雨水池或人工湿地，作为水景或继续下渗。 常见的雨水收集利用技术可分为三个部分:雨水的收集、雨水的处理和雨水的供应。 3.1 雨水的收集 雨水的收集利用，广义的范围内，包括了大型水库的建设，河川径流的取用等。雨水收集的方式有许多种型式，例如屋顶集水、地面径流集水、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。通常的这种雨水收集往往是泥砂俱下，给雨水的后续处理带来很大的压力。 3.2 雨水的处理 雨水收集后的处理过程，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的中水水质好，试验研究显示，雨水pH值较低(平均约在6.5左右)，初期降雨所带入的收集面污染物或泥砂，是雨水处理所面临的最大问题。而一般的污染物(如树叶等)可经由筛网筛除，泥砂则可经由沉淀及过滤的处理过程加以去除。 屋顶集水一般以下述程序来处理所收集的雨水: 集水?筛选?沉淀?砂滤?停留槽?消毒(视情况而定)?处理水槽(供水槽) 雨水的处理设备包括有筛网槽以及两个沉淀槽。沉淀槽下方则设有清洗排泥管，用来方便槽底淤泥的清洗排除，维持沉淀槽的循环使用。 这种技术虽然能把收集的雨水进行有效处理，但首次投入成本高，运行成本更高，不符合节能减排的发展方向。 3.3 雨水的供应 雨水的使用，除了可以作为街厕沖洗用水外，也可作为其它用水如空调冷却水、消防用水、洗车用水、花草浇灌、景观用水、道路清洗等均可使用，此外，也可以经处理消毒后供居民饮用。通常这些雨水的用途还未真正发挥雨水的利用价值。 4，一种新型的雨水收集利用技术 雨水作为一种极有价值的水资源，早已引起德国、日本等国家的重视。国际雨水收集利用协会(IRCSA)自成立以来，不断地促进国际间的交流与合作，两年一度的交流大会使各国之间的雨水利用技术和信息能够很快地传播。网络技术的发展也为雨水利用技术的国际化提供了很好的平台。其中，发展较快的是德国和日本等国家，德国雨水利用技术已经从第二代向第三代过渡，其“第三代”雨水利用技术的特征就是设备的集成化，各项雨水利用技术已达到了世界领先水平。 在第十届国际雨水利用大会上就表明，今后城市雨水利用技术发展的一个突出特点就是它的国际化与集成化。各国的雨水利用技术发展的程度因重视程度不同而参差不齐。成熟的雨水利用技术从屋面雨水的收集、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。 本文介绍的一种新型的雨水收集利用技术就是一套成熟的雨水利用技术和设备，由上海万森水处理有限公司研制，该套设备同时申请了发明和实用新型专利。如前所述，常规的雨水收集后要进行水处理其成本是很高的，不利于推广和应用。鉴于这种致命弱点，这种新型的雨水收集利用技术就是在雨水收集时就进行雨水的预处理，而且是无动力全自动的雨水预处理，然后进行科学储存，不涉及饮用的还可以省却消毒工艺。 这种新型的雨水收集利用技术最大亮点在于雨水的预处理，巧妙利用重力学的原理，对初雨进行了抛弃，对雨水进行了在线过滤，使收集的雨水澄澈干净，收集后的雨水不再需要进行如沉淀?过滤的复杂工艺，免除了后道处理成本，使雨水收集极具普及性和推广性。这种新型的雨水收集利用技术彻底颠覆了传统的收集概念，更具环保性和节能性。 这种新型的雨水收集利用设备尤其适合于农村、偏远山区、驻岛部队和边防哨所、城市的小区 收集利用。 4.1 雨水预处理 雨水的预处理是指雨水在进入贮水池(储存器)之前的净化处理。雨水预处理是决定雨水水质的关键，但也往往是容易被忽视的地方。雨水中的污染物一旦进入贮水池，雨水会在贮存过程中发酵，使雨水发黑发臭，水质严重恶化，以至失去使用价值。 雨水的预处理包括雨水粗分、初雨抛弃和在线过滤三个方面。由于雨水收集的特殊性，雨水收集现场往往无专人管理，很多地方甚至无法提供动力。因此雨水预处理设施必须是无动力的免维护系统。国内外都曾开发过一些复杂的，电子控制或机械控制的雨水预处理系统，但实践证明只有那些最简单的预处理设施才是最实用的。 4.1.1，雨水粗分:雨水从屋顶汇集后进入落水管，与雨水同时进入落水管的树叶、树枝等粗大杂物被过滤网阻挡，雨水则进入收集器; 4.1.2，初雨抛弃:屋顶是露天的，容易受到污染，雨水冲洗了房顶等受雨面的灰尘、以及可溶的与不可溶的杂物，因此这部分雨水被称为初雨，应被抛弃。初雨抛弃是把刚开始下雨时收集到的雨水排放至下水道，如果不抛弃，它们会污染其它雨水。初雨的自动抛弃应该由降雨量来控制而不是降雨时间。 4.1.3，在线过滤:当降雨继续进行，雨水经过无动力在线过滤器，进入收集器的雨水在流经过程中完成了在线过滤，以去除雨水中粒泾大于0.2mm以上的杂质。 以上三个环节是利用重力学原理自动完成，并且通过一个叫雨水收集器的一体化设备完成的。雨水收集器又分挂壁式和落地式两种。 4.2 雨水储存 由于预处理的作用，经过雨水收集器收集的雨水在储存时是不需要进一步处理的，储存方式有两种:一种是分散储存，一种是集中储存，一般根据现场条件和使用场合而定。储存时关键要解决好密封问题，使水质非但不变质而且随着储存时间的增加，水质会越来越好 4.2.1分散储存，通常用于山区、农村房屋、海岛、边防哨所的个体单独收集。这种分散储存不需要土建，适应性强，移动灵活，实用方便。 4.2.2。集中储存，通常应用于城市小区收集，公共设施收集和厂房集中收集。雨水贮池可采用各种各样的防渗漏防腐蚀材料，如PE、不锈钢、玻璃钢、混凝土、陶土等，可安放于地面，也可埋于地下。实践证明雨水贮池埋于地下 1米 以下对保持和优化雨水水质很有利。 雨水贮池安装于地面时应有坚固可靠基础并防止阳光入射，安装于地下时应 防止污水倒灌。不论安装于地面还是地下，都应有良好的密封措施，这样可防止 外界细菌的入侵。溢水口、进水口应设置网眼小于 1mm 的不锈钢网，防止蚊虫、 老鼠进出。实践证明良好的密封可保证雨水不变质。由于随雨水进来的有机物数 量有限，细菌不会过度繁殖，若发现贮池内有许多浮游动物，则马上检查密封设施。 贮水池容积大小的选择是一个必须慎重考虑的问题，贮水池的建造费用是雨水收集系统中费用最高的一个环节。容积过大则造成浪费，过小又无法满足用水需求，应注意枯水期和丰水期的平衡。 表一 容积L 直径mm O/A长度mm A mm Bmm 1500 1250 1500 1190 950 2400 1250 2350 1190 950 3000 1500 2350 1440 1200 4000 1500 2750 1440 1200 5000 1500 3250 1440 1200 6000 1850 3300 2590 1550 图表(其它尺寸可以根据要求生产) 贮水池示意图如下: 4.3 水质测试 当雨水粗分后进入第一个收集器，这类水可以用于浇花，冲地等;进入第二个收集器，这类水 可以用于生活杂用，如冲厕所、洗澡、洗衣服;当雨水进入储存器后，这类水经过杀菌还可涉 及饮用，可以煮沸饮用。 笔者在2006年7月开始在温州市鹿城区上戍乡安装了9套第一代雨水收集器，1套第二代雨水收集 器，并于2007年10月10日对试点用户进行采样检测。 雨水除了刚开始下雨时的几分钟内含有较多的污染物外，大部分时间收集到的雨水EC值很低， 是一种清洁的廉价的软水。刚收集的雨水几乎不含微生物，主要的问题在于初雨排放和预过滤 系统，采用科学的贮存措施，雨水是一种非常好的园艺浇灌用水和生活杂用水。 表二 温州市鹿城区上戍乡雨水收集器收集的雨水检测 2007.10.10 指标 第一代雨水 第二代雨水 标准(CJ/T48-1999) PH 6.81 6.80 6.5-9.0 COD(mg/L) 0.36 0.32 50 总硬度(mg/L) 14.2 13.3 450 氯化物(mg/L) 4.4 5.2 300 总铁(mg/L) 0.05 0.03 4 嗅 无不快感 无不快感 无不快感 色度(度) 4 4 30 悬浮物(mg/L) 0.5 0.4 5 浊度(NUT) 0.5 0.5 5 氨氮(mg/L) 未测得 未测得 10 阴离子洗涤剂(mg/L) 0.060 0.059 0.5 表三:某雨水贮池水质变化水质 指标 单位 测试结果 世界卫生组织饮用水水质指导值 PH , 6.26,6.62 6.5~8.5 镁 mg/l 0.2,0.27 钙 mg/l 3.2,12.6 硫化物 mg/l 1.4,6.8 250 氯离子 mg/l <1 250 硅(以SiO2计) mg/l 1.2,4.2 总铁 mg/l 0.01,0.02 0.3 锰 mg/l 0.01,0.04 0.1~0.5 钠 mg/l 0.1,1.1 总硬度(以CaCO3计) mg/l 8.6,32.6 混浊度 NTU 0.44,2.56 碳酸盐 mg/l 4,10.6 硝酸盐(NO3,) mg/l 0.36,1.52 50 镉 mg/l <0.001 <0.003 铅 mg/l <0.05 <0.01 钾 mg/l 0.3~2.6 总溶固 mg/l 14~126 1000 溶解氧 mg/l 2.1~4.2 氨(以N计) mg/l 0.02~0.18 总碱度(以CaCO3计) mg/l 4~18 大肠菌类数量 cfu/100ml 0~230 0 大肠杆菌数 cfu/100ml 0~50 类生大肠菌数 cfu/100ml 0~20 0 5，结束语 在城市和郊区，人们收集储存雨水可应付停电断水等紧急情况，在边远地区可应对干旱季节井枯缺水的困境。所以，这种新型的雨水收集利用技术尤其适用于中国的华南、华东、西南、中南地区的山区，在山区，建造自来水处理设施和将自来水输送到高地很不方便，但是山区的雨水较为丰富，可将雨水收集利用后，满足饮用水的要求，解决了山区人民的生活水源。在城市，可把雨水收集后系统储存，应用于灌溉、冲厕、冲洗车辆以及用于补充景观水。也可挂于高架道路的两侧，用于灌溉周围的绿化。在部队，海岛及高山边防哨所淡水资源严重缺乏，雨水的收集和应用是解决守岛官兵和边防官兵生活用水的极佳途径。 使用这种新型的雨水收集利用技术和设备，安装方便，省钱节能，有利于中国经济的可持续发展，符合科学发展观的要求，更是生态文明的具体体现。 参考资料: 【1】徐航，何品晶，宗兵年.《城市雨水的“防洪、减污、回用”系统》.中国给水排水.2001年02期 【2】丁跃元.《德国的雨水利用技术》.北京市水利科学研究所. 【3】晏中华.《国外雨水利用的方法》.节能.2000.6 【4】那燕.《城市雨水资源利用途经的探讨》. 辽宁师专学报(自然科学版)，2001年02期. 【5】杨建锋.《城市化和雨水利用》.北京水利.2001.1. 【6】吴连伟:《城市雨水利用》水利工程网 2005-02-02 作者简介: 沈志昌，男，1964年生，1985年大学毕业后响应国家号召，支援云南建设，对云南山区的生活饮用水问题尤为关注。1991年回到上海，投入水处理行业，创建上海万森水处理有限公司，对中国的水资源保护一直摇旗呐喊。在他的领导下，万森公司分别发明了洗车水循环净化机和一体化雨水收集器等，获得了380项专利。