郑州大学新校区雨水回收与利用

程霞++程贤敏++韩思迪++王梦瑶++万一平

摘 要：雨水是自然界水循环过程中重要环节，雨水的回收与利用与景观结合是生态校园建设的主要内容。在对郑州大学新校区进行雨量平衡和雨水径流水质监测的基础上，设计了以混凝沉淀为主的雨水处理工艺流程，提出了雨水收集方式。收集的雨水主要用于景观用水和补充杂用水，在节约水资源方面有较大意义。

关键词：校园雨水；雨量平衡；混凝沉淀；雨水回用

1 前言

中国是人口最多的发展中国家，水资源总量十分匮乏，用水形势十分严峻。面对日益严峻的水资源危机和亟待解决的城市雨涝问题，雨水回收与利用成为城市节水的有效方法之一。高校校园作为城市集中用水大户，合理利用校园的雨水资源有利于缓解城市用水的压力，能使节约用水的观念深入大学生内心，形成良好的学习和生活氛围，具有较好的经济效益、环境效益和社会效益，符合建设资源节约型社会的主题。

郑州大学新校区位于郑州高新技术开发区，总用地面积284.4万m2，其中屋面面积30.15万m2，道路面积59.4万m2，绿地面积112.8万m2。屋顶、道路和绿地是主要的下垫面。其中，绿地径流雨水以渗透为主，可收集量小，屋面和道路雨水径流大，水质较为理想，尤其是屋面雨水，从水量和水质上来说都具有很高的利用价值。

2 雨量平衡分析

通过中华人民共和国水利部水资源公报提供的数据，郑州市2008—2012年年平均降水量为602.4mm[1].

收集雨水量可按下式计算：

Q=×α×β×A×（H×10-3）

式中：Q为年平均可用雨量（m3）；为径流系数；α为季节折减系数；β为初期弃流系数；A为汇水面积，即各用地占地面积（m2）；H为年平均降水量（mm）。

结合郑州气象局多年统计资料可知郑州汛期降雨量（主要集中在6-9月）约占全年降雨量的64.65%，故可取α为0.65；郑州多年平均降水量602.4mm，校园屋面、道路、绿地初期弃流量分别取2、4、1.5mm，年平均降雨次数取40次，则β分别取为0.87、0.75、0.91； 径流系数屋面、地面取0.85，绿地取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，绿地收集雨量60291.28 m3，总计295875.01 m3。

回收雨水用于景观用水。眉湖总面积为2.5256万m2，水深平均为1m，眉湖需水量为2.5256万m3，考虑到换水情况，眉湖总用水5.0512万m3。由此可知，收集的雨水足够眉湖景观用水。剩余的雨水24.5488 m3，我们可用于补充杂用水。主要用于补充草坪灌溉，绿地面积为112.8万m2，参考室外设计给水规范（GB50013-2006）[3]，以用绿地用水2.0L/（m2·d）来计算，代入绿地面积，可得年用水量为33.84万m3。由此看来剩余的雨水可补充72.54%的草坪灌溉用水。

3 雨水水质及其处理

3.1 雨水水质及其分析

分别选择校园教学区路面、行政区路面、宿舍区路面、宿舍区屋面的雨水及混合雨水进行监测分析，监测指标为COD、NH3-N、TP、pH、浊度。2014年10月20日雨水水质。监测情况如表1。

*景观用水水质标准（GB/T18921 2002）；**城市杂用水水质标准（GB/T18920 2002）；***城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）。

从表中指标数据分析，未落地雨水和屋面径流的水质指标基本满足景观用水水质标准（GB/T18921 2002）限值和城市杂用水水质标准（GB/T18920 2002）限值；混合雨水径流雨水COD超过城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）2倍；浊度超过杂用水水质标准（GB/T18920 2002）约7倍，NH3-N、TP接近标准限值。根据城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中COD≦50-60mg/L的要求，路面径流雨水以及混合雨水水质有机物浓度明显超标；因此，如果将其回收作为景观用水，需进行进一步净化处理。对比可发现，路面雨水较屋面污染较重，未落地雨水的污染程度较低，反映出导致高浓度COD、SS、NH3-N、浊度的原因主要还是下垫面因素，与路面材料、来往车辆、人员流动、路面卫生状况等因素有关。

3.2 混凝处理优化参数

落地雨水水质虽有超标，但相对污水来说，其水质还是比较好的。通过采用以混凝沉淀为主的处理工艺，可以有效改善水质，用作景观用水和城市杂用水。

收集多次雨水，按各采样点比例混合并预沉12小时后，NH3-N降至景观用水水质标准（GB/T18921 2002）以下。采用混凝沉淀工艺对其进行净化处理，以COD和浊度为指标，，通过实验确定聚合氯化铝（PAC）和聚合氯化铁（PFC）的最佳投加量，对比两种混凝剂的混凝效果，提出相关建议。各指标经混凝沉淀后结果在下图中体现。

从下图中分析可知， PAC投加量为25-35mg/L时，处理效果最佳；PFC的投加量为35-45mg/L时处理效果最佳。两者最佳投加量的水质COD去除率均达到40%左右，浊度达到杂用水水质标准（GB/T18920 2002），降至1NTU以下；但是由于投加PFC后，水中色度有所增加，因此应采用PAC作为絮凝剂对雨水进行净化处理，且适宜的投加量为25-35mg/L。

4 雨水收集与回收利用系统的设计

4.1 雨水回收利用工艺流程

通过实验室烧杯实验，进行雨水水质分析和混凝实验沉淀处理可以发现，混凝沉淀的处理工艺完全能够满足雨水的冲击负荷，且处理后的雨水能满足景观用水和城市杂用水标准，因此不需要采取初期弃流措施。雨水经过简单的混凝沉淀工艺就能回收利用。其工艺流程如图3：endprint

结合郑州大学新校区的特点，雨水主要用于补充景观用水和绿地浇灌。据了解，眉湖所在地地势相对较低，因此可以考虑在此建立储水池。

4.2 雨水收集方式

城市雨水利用尚属于一种新的、非标准化的项目，雨水收集也没有固定的系统。在此我们提出两种雨水收集方案。

方案一：充分利用校区现有地下雨水管网，不用单独铺设雨水回收的管道，由雨水落水管收集屋面雨水，雨水口收集路面雨水，经雨水管道汇集到储水池[5]。

方案二：路面雨水经雨水管网汇集储水池；在屋面建设雨水花园，具体做法是在屋顶结构上由里向外依次铺设保温层、不透水层、排水层、种植土层与植物蓄水层。降雨时，雨水降落到屋顶，通过雨水景观下渗，并通过其中埋藏的管道排出。新校区的建筑周围都有绿化，可以根据这一优点，适当的将绿化改造成雨水花园，既美观，又能有效地防止雨水对地面的冲刷。屋顶收集的雨水沿着管道流入雨水花园，多余的水可从雨水溢流口排出，流入雨水收集系统[6]。

5 结论

（1）雨量平衡结果：通过对郑州大学新校区的雨量平衡分析可知，收集的雨水可补充校园的景观用水和72.54%的绿地灌溉，在节约水资源方面有重大意义。

（2）水质监测结果：2014年10月20日未落地雨水和屋面雨水水质较好，基本满足景观用水水质标准（GB/T18921 2002）和城市杂用水水质标准（GB/T18920 2002）；混合径流雨水COD超过城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）2倍；浊度超过杂用水水质标准（GB/T18920 2002）约7倍；NH3-N、TP基本满足景观用水水质标准（GB/T18921 2002）混凝试验结果：对预沉后的雨水进行混凝沉淀实验可知，混凝沉淀处理工艺对预沉后雨水有很好的处理效果，其出水水质满足景观用水（GB/T18921 2002）和城市杂用水标准（GB/T18920 2002）。对于混凝剂的选择来看，对比浊度、COD去除率，发现PAC的效果略优于PFC；同时PAFC是具有颜色的混凝剂，对处理效果有一定影响。对于选择PAC进行雨水处理的混凝过程，25～35mg/L左右的加药量较为合适，浊度能降低到1NTU以下，COD去除率达40%左右。

参考文献：

[1] 河南省水利网.河南省水资源公报[Z]. http：//www.hnsl.gov.cn/viewCmsCac.do？cacId=ff8080812afa870c012afae4033c00c0

[2] 胡良明.雨水综合利用理论与实践[M].郑州：黄河水利出版社，2009.

[3] 室外给水设计规范[M]. 北京， 中国计划出版社， 2006.

[4] 给水排水设计手册[K].第二册，建筑给水排水.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5]徐锦生.雨水回收与利用生态工程.后勤工程学院学报.2012，1（01）.

[6] 赵萌.北京科技园区雨水景观规划设计策略研究[D].北京：北京工业大学，建筑与城市规划学院.2013.

项目：《郑州大学大学生创新创业训练计划》资助项目

作者简介：程霞（1994-），女，湖南岳阳人，在校本科，研究方向为环境工程。endprint