工業廠房屋面雨水收集利用技術研究與應用

劉華平，吳衛平

（1.鑫緣繭絲綢集團股份有限公司 江蘇海安2266002.海安市水務局 江蘇海安226600）

1 前言

隨著城市及工業現代化的發展，造成建筑、路面、廣場、停車場等地面硬化面積不斷增加，產生了一系列負面影響。這一種人為干預而產生的負面效應就是雨水大量流失、城市道路經常積水影響交通、雨水峰值突變增加排水系統難度、地表及地下水位下降等現象加劇。目前我國有66%的城市缺水，以至國家拆巨資搞城市調水工程。

我國水資源的短缺已成為現實，以往的水資源利用模式已不能滿足當前城市發展不斷增加的水資源需求時，回收雨水就成為了一種新的水資源合理利用方式，即把從建筑、路面、廣場收集的雨水通過集中和儲存利用，使人類從大自然水文循環中獲取了寶貴的水資源，緩解了當前和今后人類發展所需的水資源短缺現象。

城市雨水回收是水資源綜合利用中的一種新模式，體現了很好的經濟效益和生態效益。目前，我國水資源短缺日益嚴重，針對存在問題，我國正在大力推廣海綿城市，因此，工業廠房屋面雨水回收利用技術研究與應用適應了社會發展的現狀與需求。

應海安縣水務局聘請，作者參與了海安市江蘇鷹球集團有限公司占地面積相對較大且較為集中的生產廠房屋面雨水收集利用工程，現將該工程技術的研究與應用情況分析如下，供絲綢生產企業實施雨水回收利用工程時參考。

2 國內外屋面雨水收集利用現狀

2.1 屋面雨水的收集

目前，國內外廠區屋面的雨水收集是將雨水集中引入綠地、透水路面，或經過簡單的過濾處理引入儲水設施蓄存，用于廠區觀賞水景、澆灌廠區綠地、沖洗廠房內設備或地面，或供企業職工洗車和沖洗廁所。

2.2 屋面雨水的處理

目前，國內外廠區屋面雨水收集后的處理與常規的水處理方法相同，唯一區別的是回收的雨水水質要比一般企業回收的中水水質好，通過實施項目收集的雨水化驗數據顯示，雨水的pH值平均約在5.6左右，只要將初期收集的雨水所帶入的污染物（如樹葉、泥砂等）經由濾網篩除、沉淀及過濾的處理過程就可以去除。

2.3 雨水的供應

目前，國內外廠區屋面雨水收集后由于未經過相應的處理（如消毒等），所收集的雨水，經簡單預處理與儲存后，用水泵將雨水提升至水塔，用于替代不與人體接觸的方面，如沖洗設備和廠房地面、沖洗廁所、澆灌花木等為主。

3 項目實施企業現狀

江蘇鷹球集團有限公司目前擁有專業熱處理爐40多臺，這些設備的工作溫度在攝氏900℃～1300℃，產品生產過程中需用自來水逐步降溫，每臺設備每小時的耗用冷卻水量約3噸，40多臺設備每小時耗水量約1200噸。

企業對產品生產過程中排放回收處理的中水和雨水收集處理回收利用工程方面做了大量研究與工程實踐。近年來，企業投入資金，改造企業熱處理設備原有冷卻水供給系統，將原有熱處理設備冷卻采用的自來水改用收集的雨水來代替，進行回收雨水替代自來水冷卻熱處理設備并循環利用的試驗研究和應用，經不斷總結提高，目前已經實現雨水替代自來水目標，大幅度減少了自來水的耗用量和污水排放量，有效降低了企業生產成本。

4 項目主要研究內容

4.1 存在問題分析

雨水作為企業生產補充水源并納入原有用水系統與其聯合運行從技術上是可行的，但實際應用中需要解決以下問題。

（1）加劇原用水系統的水量波動。實際使用中水量平衡計算不合理是用水設施設計與運行存在的主要問題之一，而由于用水系統的使用對象主要是企業熱處理等大型設備，用水的來源隨著用水設備排放的水量和時間的分布呈現差異，常出現時多時少的情況，控制水量平衡的難度增加。如對雨水進行回收利用其季節波動和隨機性較大，如將雨水與企業原生產用水系統聯合運行，將會加劇用水系統的水量波動。

（2）要將原有用水系統與雨水回收利用系統聯合運行，并使系統運行正常必須增加調蓄設施以容納雨水，但由于收集的雨水總量少且相對集中，所以增容后的用水系統在缺雨季節通常不能滿負荷運行，在降雨季節，儲水系統又難于將屋面所有的雨水收集并處理，雨水進入用水系統往往還會造成原有用水的溢流，造成雨水代替原水，并未有效增加水資源用量。

（3）對企業辦公樓和職工宿舍而言，由于可利用的屋頂面積有限，可收集的屋面雨水量與原有用水水量相比也有限，這些雨水進入用水系統使其復雜性和投入相對增加，因此可用性不大。

4.2 應用研究及分析

4.2.1 所在地降雨及資料分析

（1）全縣多年平均降水量1041mm，年均降雨次數為114.3次，其中4mm以上的降雨降雨量占總降雨的的比例為92.5%。

（2）設計重現期1年一遇日降雨量為79mm。水池容積計算取33.1mm，相當于重現期0.15年的降雨強度，此時雨水控制率（季節折減系數）為84.5%。

4.2.2 雨水收集利用的總體規劃及計算數據

（1）每年平均可利用雨水量的計算

式中W—屋面年均可利用雨水資源量(m3);H—多年平均降雨量(m);A—建造屋面總匯水面積(㎡)；ψ—綜合徑流系數(取0.45)；α—季節折減系數；該企業建造屋面總匯水面積為129650㎡。

W=0.845×0.45×1.041×129650＝51321m3

（2）雨水收集水池容積計算

雨水經過收集過濾后從而達到它的回用水質要求。本地24小時降雨量為33.1mm（0.15年重現期）。根據設計規范，屋面雨水初期棄流可采用1～3mm徑流厚度，本設計綜合取2mm，水池計算容積已去除棄流雨水量，即實際可收集雨水量為31.1mm。

一次降雨可直接收集下墊面雨水：Qy＝129650×0.45×0.0311＝1814.5m3

該工程設計用水周期取為3天，則每天的雨水回用量為：Qd=1200m3/d

絲綢生產企業可結合各自的實際用水量及水池的實際占地情況，建造雨水收集池，余量雨水以溢流形勢排放至市政雨水管網。各企業應根據所在地的實際情況來考慮雨水的保質周期及本地區兩場降雨間隔時間。

圖2 雨水收集利用系統布置示意圖

（3）處理雨水及使用

根據不同用途采用不同的處理方式，該項目的雨水主要用于企業熱處理設備的冷卻水?？紤]雨水的水質，以及對用水水質的要求，本項目所收集的雨水經雨水過濾裝置過濾后，可滿足以上用水水質要求。

雨水在經過初期棄流后的水質為：CODcr60～100mg/L；SS20～40mg/L。所以雨水在經過簡單的處理后即可達到使用要求。

4.3 雨水綜合利用系統的設置及用途

4.3.1 雨水收集利用流程

圖1 雨水收集利用系統流程示意圖

在上圖流程中，屋面雨水經雨落管進入初期棄流裝置：經初期棄流后的雨水通過貯水池收集后循環利用。

4.3.2 雨水收集利用系統布置

雨水利用系統布置在圖紙設計的位置和空間內，且全部構筑單元均在地面以下，雨水收集利用系統布置如下圖所示：

4.3.3 初期雨水的棄流

在屋面雨水收集過程中，初期收集的水質較差，應該將其棄除，收集那些中后期水質教潔凈所降雨水。能夠實現這一功能的設備稱之為雨水初期棄流裝置。屋面雨水的棄流需采用內置式初期雨水高效率棄流裝置。排除后的雨水進入廠區雨水排放管道，中、后期的潔凈雨水進入屋面雨水收集管道后流向雨水儲水池。

5 結論

（1）通過有效的截留和控制屋面雨水，可大幅減少廠區雨水排水管網的規模（約20%左右）。

（2）與中水回用項目相比，雨水收集利用系統可適合在廠區發揮作用。雨水收集系統建設較簡單，在廠區房屋基建時，在屋頂增設排放雨水的管道，地下建一個蓄水池就行了，其后期的運行管理也不復雜，既環保又經濟（雨水回用設備運行維護費用約為0.16-0.19元/立方米）。

（3）有效降低水中所含鈣鎂離子含量，大幅度降低水處理成本，可有效降用水設備的結垢和延長其使用壽命。

（4）雨水可以循環利用于設備冷卻，也可用于觀賞水景、澆灌廠區內綠地、沖洗設備、沖刷廠房地面或廠區路面，或供職工洗車和沖洗廁所。