胡龍輝 童 愚 張 勤 熊力劍

(1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045；2.中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400000； 3.中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610000)

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·水·暖·電·

重慶市典型屋面雨水特點(diǎn)及回用處理研究

胡龍輝1童 愚2張 勤1熊力劍3

(1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045；2.中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400000； 3.中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610000)

通過(guò)分析重慶地區(qū)屋面雨水的水質(zhì)，介紹了兩種雨水處理工藝，探討了不同工藝的雨水處理效果，并從藥劑、濾料、電耗等方面，對(duì)比了兩種處理工藝的運(yùn)行成本，最后確定了一種比較合理的處理工藝。

雨水，水質(zhì)，雨水處理工藝，運(yùn)行成本

海綿城市，是一種較新的城市雨洪管理措施，在應(yīng)對(duì)城市面臨雨水帶來(lái)的自然災(zāi)害以及協(xié)調(diào)環(huán)境變化等方面具有良好的“彈性”。下雨時(shí)吸水、滲水、凈水、蓄水，需水時(shí)將蓄存的雨水放出并利用[1]。在大力倡導(dǎo)建設(shè)“海綿城市”的今天，作為城市優(yōu)質(zhì)水源之一的雨水，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在降雨初期，徑流雨水水質(zhì)較差，隨著降雨的持續(xù)進(jìn)行，徑流雨水水質(zhì)逐漸改善，雨水中各污染物濃度在到達(dá)某一時(shí)刻后會(huì)呈現(xiàn)出穩(wěn)定趨勢(shì)[2]。本文主要通過(guò)對(duì)重慶地區(qū)典型屋面雨水的水質(zhì)以及回用雨水處理工藝進(jìn)行分析，確定一種合理的雨水處理工藝。

1 重慶地區(qū)屋面雨水水質(zhì)分析

1.1 重慶市屋面雨水特點(diǎn)

以重慶地區(qū)瀝青屋面、種植屋面、PC板雨棚三種典型屋面雨水為研究對(duì)象，試驗(yàn)中通過(guò)將三種屋面雨水徑流按1∶1∶1混合對(duì)屋面雨水水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，其中雨水采集過(guò)程中的取樣間隔為1 mm。圖1～圖6分別是7 mm/h,16 mm/h,25 mm/h三種不同降雨強(qiáng)度下雨水中COD，SS，TP，TN，pH，濁度水質(zhì)參數(shù)隨著降雨深度的變化曲線。分析可知：初期雨水徑流污染最嚴(yán)重，各指標(biāo)含量較高，隨著降雨時(shí)間以及降雨深度的增加污染物的濃度逐漸降低。

結(jié)果顯示:降雨強(qiáng)度不同會(huì)導(dǎo)致初始濃度、曲線形狀也有所不同，但各指標(biāo)的變化規(guī)律基本一致，都隨降雨量的增加雨水中各指標(biāo)的含量逐漸升高達(dá)到了峰值，隨著降雨深度的增加，屋面上積累的污染物質(zhì)逐漸被沖刷干凈，徑流雨水水質(zhì)狀況逐漸改善趨向一個(gè)穩(wěn)定值。降雨量為8 mm時(shí)SS達(dá)到穩(wěn)定，降雨量為7 mm時(shí)COD達(dá)到穩(wěn)定，降雨量為6 mm時(shí)濁度達(dá)到穩(wěn)定。

1.2 初期雨水棄流量的確定

初期雨水棄流量的合理確定關(guān)系到雨水收集利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。鑒于屋面初期徑流污染物濃度很高，而這部分水量所占比例小，雨水的收集利用應(yīng)考慮舍棄這部分臟水，以減小對(duì)后續(xù)處理設(shè)施的影響。根據(jù)屋面雨水水質(zhì)變化特點(diǎn)可知,初期棄流量可以由降雨曲線和水質(zhì)變化曲線來(lái)確定,即觀測(cè)徑流雨水中各水質(zhì)指標(biāo)濃度達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的降雨量。

雨水水質(zhì)指標(biāo)中SS、濁度、COD濃度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)降雨深度分別為8 mm，6 mm，7 mm，故各指標(biāo)的棄流量分別為8 mm，6 mm，7 mm。由于COD為本實(shí)驗(yàn)研究的主控項(xiàng)目，且考慮到節(jié)水的重要性，SS的棄流量雖然為8 mm，但可采用物化工藝對(duì)COD去除的同時(shí)也可以去除SS，能保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。因此采用COD棄流量7 mm作為初期屋面雨水棄流量，考慮到屋面雨水匯集到雨落管出水口需一定時(shí)間,觀測(cè)COD達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的降雨量因滯后而略為偏大[2],故采用6 mm降雨量作為重慶市屋面雨水初期棄流量。

2 雨水處理工藝的研究

2.1 雨水處理工藝的選擇

棄流后雨水中懸浮固體、有機(jī)物及氮磷含量值很低，且可生化性差(BOD5/COD≤0.2)，不適合采用生化處理方式，宜采用物化的方式進(jìn)行處理[3]。根據(jù)綜合分析，最后確定了兩種雨水處理方案，即“混凝→沉淀→砂濾→活性炭吸附”(后文簡(jiǎn)稱工藝一)與“預(yù)沉淀→砂濾→活性炭吸附”(后文簡(jiǎn)稱工藝二)[4-6]，兩種工藝的處理流程圖如圖7，圖8所示。

2.2 不同工藝下雨水處理效果分析

實(shí)驗(yàn)中分別采用工藝一、工藝二對(duì)棄流后雨水進(jìn)行物化處理，處理前后雨水水質(zhì)指標(biāo)變化情況參考表1，表2。

表1 運(yùn)行各階段污染物濃度的變化(工藝一)

表2 運(yùn)行各階段污染物濃度的變化(工藝二)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，初期棄流后雨水通過(guò)工藝一或工藝二處理后，pH、濁度、總氮、總磷、氨氮、陰離子表面活性劑、溶解氧指標(biāo)均能夠達(dá)到GB/T 18920—2002城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)和GB/T 18921—2002城市污水再生利用 景觀用水水質(zhì)的要求。兩種工藝中不同處理單元對(duì)SS，COD去除效果如下:

1)SS去除效果。由表1計(jì)算可知，初期棄流后雨水經(jīng)過(guò)工藝一中各階段處理后SS去除率分別為72.17%，83.48%，95.65%，94.78%，96.52%；由表2計(jì)算可知，初期棄流后雨水經(jīng)過(guò)工藝二中各階段處理后SS去除率分別為31.30%，53.91%，62.61%，71.30%，78.26%，83.48%。對(duì)于SS處理效果來(lái)講，混凝沉淀階段效果最佳，針對(duì)于SS總?cè)コ蕘?lái)講工藝一優(yōu)于工藝二。

2)COD去除效果。由表1計(jì)算可知，初期棄流后雨水經(jīng)過(guò)工藝一中各階段處理后COD去除率分別為43.00%，53.61%，65.87%，75.58%，86.45%；由表2計(jì)算可知，初期棄流后雨水經(jīng)過(guò)工藝二中各階段處理后COD去除率分別為26.37%，45.08%，55.97%，65.81%，73.78%，82.27%，87.18%。對(duì)于COD處理效果來(lái)講，混凝沉淀、活性炭吸附階段去除率較高，針對(duì)COD總?cè)コ蕘?lái)講，工藝一與工藝二去除效果相當(dāng)。

3 兩工藝運(yùn)行成本分析

3.1 藥劑及濾料成本分析

工藝一中選用市場(chǎng)上最為通用的混凝劑——聚合氯化鋁(PAC)，實(shí)際處理前根據(jù)燒杯攪拌實(shí)驗(yàn)得出了棄流雨水處理的最佳投藥量為0.1 g/L，折算為噸水藥劑費(fèi)用為0.16元。兩種工藝中所用濾料成本及更換周期如表3所示。

表3 不同工藝中所用濾料運(yùn)行成本及更換周期

3.2 電耗及費(fèi)用分析

兩工藝運(yùn)行時(shí)電耗及費(fèi)用如表4所示。

表4 不同工藝的電耗及費(fèi)用

在不考慮人工費(fèi)及裝置折舊費(fèi)用前提下，裝置運(yùn)行年總費(fèi)用為藥劑費(fèi)用、濾料費(fèi)用、活性炭費(fèi)用及電費(fèi)之和，裝置年處理雨水為Q噸，兩工藝運(yùn)行時(shí)年總費(fèi)用如表5所示。

表5 工藝一、工藝二年運(yùn)行費(fèi)用比較

由表5可知，當(dāng)年雨水處理量介于0 t～467 t之間時(shí)，工藝一的年運(yùn)行費(fèi)用低于工藝二，采用工藝一比較劃算；當(dāng)年雨水處理大于467 t時(shí)，工藝二的年運(yùn)行費(fèi)用低于工藝一，采用工藝二比較劃算；當(dāng)年處理水量為467 t時(shí)，運(yùn)行成本為1.4 元/t。

4 結(jié)語(yǔ)

1)重慶市屋面初期雨水污染相對(duì)較為嚴(yán)重，主要污染物為SS、濁度、COD，其總氮、總磷、BOD5含量較低。為減少后續(xù)處理設(shè)置的負(fù)擔(dān)，建議重慶市屋面雨水的合理?xiàng)壛髁繛? mm，SS去除率為40%～60%，濁度去除率為20%～50%，COD去除率為30%～60%。2)工藝運(yùn)行結(jié)果顯示：“混凝→沉淀→過(guò)濾→活性炭吸附工藝”處理效果優(yōu)于“預(yù)沉淀→過(guò)濾→活性炭吸附工藝”?！盎炷恋怼^(guò)濾→活性炭吸附工藝”對(duì)SS去除率為95%～99%，濁度去除率為95%～99%，COD去除率為85%～90%，BOD5去除率為65%～70%?！邦A(yù)沉淀→過(guò)濾→活性炭吸附工藝”對(duì)SS去除率為80%～85%，濁度去除率為85%～90%，COD去除率為80%～85%，BOD5去除率為70%～75%。3)從經(jīng)濟(jì)效益考慮，當(dāng)年雨水處理量介于0 t～467 t之間時(shí)，建議使用“混凝→沉淀→過(guò)濾→活性炭吸附工藝”；當(dāng)年雨水處理不小于467 t時(shí)，建議使用“預(yù)沉淀→過(guò)濾→活性炭吸附工藝”。

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建[Z].2015.

[2] 車 武,劉 紅,汪慧貞,等.北京市屋面雨水污染及利用研究[J].中國(guó)給水排水,2001,17(6):57-61.

[3] 李圭白.水質(zhì)工程學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)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

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[5] 楊 凱.屋面雨水凈化與直接利用技術(shù)研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010.

[6] 車 伍,李俊奇,劉 紅,等.現(xiàn)代城市雨水利用技術(shù)體系[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

胡龍輝(1990- ),男，在讀碩士； 童 愚(1968- )，男，高級(jí)工程師； 張 勤(1957- )，男，教授； 熊力劍(1991- )，男，工程師

TU991.114

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