鄭州大學新校區(qū)雨水回收與利用

程霞++程賢敏++韓思迪++王夢瑤++萬一平

摘 要：雨水是自然界水循環(huán)過程中重要環(huán)節(jié)，雨水的回收與利用與景觀結合是生態(tài)校園建設的主要內(nèi)容。在對鄭州大學新校區(qū)進行雨量平衡和雨水徑流水質(zhì)監(jiān)測的基礎上，設計了以混凝沉淀為主的雨水處理工藝流程，提出了雨水收集方式。收集的雨水主要用于景觀用水和補充雜用水，在節(jié)約水資源方面有較大意義。

關鍵詞：校園雨水；雨量平衡；混凝沉淀；雨水回用

1 前言

中國是人口最多的發(fā)展中國家，水資源總量十分匱乏，用水形勢十分嚴峻。面對日益嚴峻的水資源危機和亟待解決的城市雨澇問題，雨水回收與利用成為城市節(jié)水的有效方法之一。高校校園作為城市集中用水大戶，合理利用校園的雨水資源有利于緩解城市用水的壓力，能使節(jié)約用水的觀念深入大學生內(nèi)心，形成良好的學習和生活氛圍，具有較好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，符合建設資源節(jié)約型社會的主題。

鄭州大學新校區(qū)位于鄭州高新技術開發(fā)區(qū)，總用地面積284.4萬m2，其中屋面面積30.15萬m2，道路面積59.4萬m2，綠地面積112.8萬m2。屋頂、道路和綠地是主要的下墊面。其中，綠地徑流雨水以滲透為主，可收集量小，屋面和道路雨水徑流大，水質(zhì)較為理想，尤其是屋面雨水，從水量和水質(zhì)上來說都具有很高的利用價值。

2 雨量平衡分析

通過中華人民共和國水利部水資源公報提供的數(shù)據(jù)，鄭州市2008—2012年年平均降水量為602.4mm[1].

收集雨水量可按下式計算：

Q=×α×β×A×（H×10-3）

式中：Q為年平均可用雨量（m3）；為徑流系數(shù)；α為季節(jié)折減系數(shù)；β為初期棄流系數(shù)；A為匯水面積，即各用地占地面積（m2）；H為年平均降水量（mm）。

結合鄭州氣象局多年統(tǒng)計資料可知鄭州汛期降雨量（主要集中在6-9月）約占全年降雨量的64.65%，故可取α為0.65；鄭州多年平均降水量602.4mm，校園屋面、道路、綠地初期棄流量分別取2、4、1.5mm，年平均降雨次數(shù)取40次，則β分別取為0.87、0.75、0.91； 徑流系數(shù)屋面、地面取0.85，綠地取0.15[2]。代入公式可得出：屋面收集雨量87304.82 m3；路面收集雨量148278.91m3，綠地收集雨量60291.28 m3，總計295875.01 m3。

回收雨水用于景觀用水。眉湖總面積為2.5256萬m2，水深平均為1m，眉湖需水量為2.5256萬m3，考慮到換水情況，眉湖總用水5.0512萬m3。由此可知，收集的雨水足夠眉湖景觀用水。剩余的雨水24.5488 m3，我們可用于補充雜用水。主要用于補充草坪灌溉，綠地面積為112.8萬m2，參考室外設計給水規(guī)范（GB50013-2006）[3]，以用綠地用水2.0L/（m2·d）來計算，代入綠地面積，可得年用水量為33.84萬m3。由此看來剩余的雨水可補充72.54%的草坪灌溉用水。

3 雨水水質(zhì)及其處理

3.1 雨水水質(zhì)及其分析

分別選擇校園教學區(qū)路面、行政區(qū)路面、宿舍區(qū)路面、宿舍區(qū)屋面的雨水及混合雨水進行監(jiān)測分析，監(jiān)測指標為COD、NH3-N、TP、pH、濁度。2014年10月20日雨水水質(zhì)。監(jiān)測情況如表1。

*景觀用水水質(zhì)標準（GB/T18921 2002）；**城市雜用水水質(zhì)標準（GB/T18920 2002）；***城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）。

從表中指標數(shù)據(jù)分析，未落地雨水和屋面徑流的水質(zhì)指標基本滿足景觀用水水質(zhì)標準（GB/T18921 2002）限值和城市雜用水水質(zhì)標準（GB/T18920 2002）限值；混合雨水徑流雨水COD超過城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）2倍；濁度超過雜用水水質(zhì)標準（GB/T18920 2002）約7倍，NH3-N、TP接近標準限值。根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）中COD≦50-60mg/L的要求，路面徑流雨水以及混合雨水水質(zhì)有機物濃度明顯超標；因此，如果將其回收作為景觀用水，需進行進一步凈化處理。對比可發(fā)現(xiàn)，路面雨水較屋面污染較重，未落地雨水的污染程度較低，反映出導致高濃度COD、SS、NH3-N、濁度的原因主要還是下墊面因素，與路面材料、來往車輛、人員流動、路面衛(wèi)生狀況等因素有關。

3.2 混凝處理優(yōu)化參數(shù)

落地雨水水質(zhì)雖有超標，但相對污水來說，其水質(zhì)還是比較好的。通過采用以混凝沉淀為主的處理工藝，可以有效改善水質(zhì)，用作景觀用水和城市雜用水。

收集多次雨水，按各采樣點比例混合并預沉12小時后，NH3-N降至景觀用水水質(zhì)標準（GB/T18921 2002）以下。采用混凝沉淀工藝對其進行凈化處理，以COD和濁度為指標，，通過實驗確定聚合氯化鋁（PAC）和聚合氯化鐵（PFC）的最佳投加量，對比兩種混凝劑的混凝效果，提出相關建議。各指標經(jīng)混凝沉淀后結果在下圖中體現(xiàn)。

從下圖中分析可知， PAC投加量為25-35mg/L時，處理效果最佳；PFC的投加量為35-45mg/L時處理效果最佳。兩者最佳投加量的水質(zhì)COD去除率均達到40%左右，濁度達到雜用水水質(zhì)標準（GB/T18920 2002），降至1NTU以下；但是由于投加PFC后，水中色度有所增加，因此應采用PAC作為絮凝劑對雨水進行凈化處理，且適宜的投加量為25-35mg/L。

4 雨水收集與回收利用系統(tǒng)的設計

4.1 雨水回收利用工藝流程

通過實驗室燒杯實驗，進行雨水水質(zhì)分析和混凝實驗沉淀處理可以發(fā)現(xiàn)，混凝沉淀的處理工藝完全能夠滿足雨水的沖擊負荷，且處理后的雨水能滿足景觀用水和城市雜用水標準，因此不需要采取初期棄流措施。雨水經(jīng)過簡單的混凝沉淀工藝就能回收利用。其工藝流程如圖3：endprint

結合鄭州大學新校區(qū)的特點，雨水主要用于補充景觀用水和綠地澆灌。據(jù)了解，眉湖所在地地勢相對較低，因此可以考慮在此建立儲水池。

4.2 雨水收集方式

城市雨水利用尚屬于一種新的、非標準化的項目，雨水收集也沒有固定的系統(tǒng)。在此我們提出兩種雨水收集方案。

方案一：充分利用校區(qū)現(xiàn)有地下雨水管網(wǎng)，不用單獨鋪設雨水回收的管道，由雨水落水管收集屋面雨水，雨水口收集路面雨水，經(jīng)雨水管道匯集到儲水池[5]。

方案二：路面雨水經(jīng)雨水管網(wǎng)匯集儲水池；在屋面建設雨水花園，具體做法是在屋頂結構上由里向外依次鋪設保溫層、不透水層、排水層、種植土層與植物蓄水層。降雨時，雨水降落到屋頂，通過雨水景觀下滲，并通過其中埋藏的管道排出。新校區(qū)的建筑周圍都有綠化，可以根據(jù)這一優(yōu)點，適當?shù)膶⒕G化改造成雨水花園，既美觀，又能有效地防止雨水對地面的沖刷。屋頂收集的雨水沿著管道流入雨水花園，多余的水可從雨水溢流口排出，流入雨水收集系統(tǒng)[6]。

5 結論

（1）雨量平衡結果：通過對鄭州大學新校區(qū)的雨量平衡分析可知，收集的雨水可補充校園的景觀用水和72.54%的綠地灌溉，在節(jié)約水資源方面有重大意義。

（2）水質(zhì)監(jiān)測結果：2014年10月20日未落地雨水和屋面雨水水質(zhì)較好，基本滿足景觀用水水質(zhì)標準（GB/T18921 2002）和城市雜用水水質(zhì)標準（GB/T18920 2002）；混合徑流雨水COD超過城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）2倍；濁度超過雜用水水質(zhì)標準（GB/T18920 2002）約7倍；NH3-N、TP基本滿足景觀用水水質(zhì)標準（GB/T18921 2002）混凝試驗結果：對預沉后的雨水進行混凝沉淀實驗可知，混凝沉淀處理工藝對預沉后雨水有很好的處理效果，其出水水質(zhì)滿足景觀用水（GB/T18921 2002）和城市雜用水標準（GB/T18920 2002）。對于混凝劑的選擇來看，對比濁度、COD去除率，發(fā)現(xiàn)PAC的效果略優(yōu)于PFC；同時PAFC是具有顏色的混凝劑，對處理效果有一定影響。對于選擇PAC進行雨水處理的混凝過程，25～35mg/L左右的加藥量較為合適，濁度能降低到1NTU以下，COD去除率達40%左右。

參考文獻：

[1] 河南省水利網(wǎng).河南省水資源公報[Z]. http：//www.hnsl.gov.cn/viewCmsCac.do？cacId=ff8080812afa870c012afae4033c00c0

[2] 胡良明.雨水綜合利用理論與實踐[M].鄭州：黃河水利出版社，2009.

[3] 室外給水設計規(guī)范[M]. 北京， 中國計劃出版社， 2006.

[4] 給水排水設計手冊[K].第二冊，建筑給水排水.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[5]徐錦生.雨水回收與利用生態(tài)工程.后勤工程學院學報.2012，1（01）.

[6] 趙萌.北京科技園區(qū)雨水景觀規(guī)劃設計策略研究[D].北京：北京工業(yè)大學，建筑與城市規(guī)劃學院.2013.

項目：《鄭州大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃》資助項目

作者簡介：程霞（1994-），女，湖南岳陽人，在校本科，研究方向為環(huán)境工程。endprint