上海都市建筑设计有限公司200135
摘要：随着城市化进程的不断发展，新建住宅或公共建筑对于雨水的回收利用已逐渐通过规范性文件的制定，以及政府的鼓励政策，特别在南方地区逐渐得到应用和普及。但对于建设年代较早的住宅小区，由于缺乏规划，利用集中绿地、景观等建设雨水收集系统显然对于居民的日常生活影响比较大，且投入较高收益交底。鉴于此，本文主要讲述对老旧住宅小区雨水收集系统的设计以及利用方式。
关键词：老旧小区；雨水收集、利用；生物制肥；自动喷灌系统
1、雨水回收利用的必要性
1.1应用背景。我国是一个较为缺水的国家，人均水资源仅占世界人均的1/4，并且一定程度上制约了经济增长和社会的可持续发展。雨水是地表水的主要来源，对生态系统均有极其重要的意义，如何对其进行有效利用已成为人们近几年不断关注的问题。
1.2应用优势。将回收的雨水作为低质水以代替生活用水，它所创造的长期效益是无法估量的。雨水的回收利用更加有利于提高人们珍惜水资源、节约水资源的意识，有着巨大的社会效益。
1.3国内外雨水回收利用的现状。日本是亚洲最早实行雨水回收利用的国家，从1982年开始就逐步将雨水回收利用纳入国家发展日程。我国20世纪90年代将雨水的回收利用作为一门单独的学科展开研究，雨水回收利用在部分地区得到较快的发展并产生了客观的经历效益与生态效益。
2、项目概况
本项目位于上海市浦东新区某小区，该小区建于上世纪80年代初，均为6层住宅。配合小区绿化改造，自行设计制作屋面雨水收集系统，并结合生物制肥装置和喷灌系统，从而达到小区绿化自动浇灌的目的。
3、方案设计
3.1屋面雨水利用工艺流程
本次项目住宅原屋面均为平屋面，后经平改坡工程改造，屋面采用彩钢板屋顶铺装仿真沥青瓦。屋面水质较好，考虑到经济性及国家倡导，收集屋面雨水作为小区绿化灌溉及路面冲洗、垃圾厢房的冲洗等具有实际意义。图1为屋面雨水收集处理工艺流程。
图1屋面雨水收集处理工艺流程
在该设计中，屋面雨水经雨水管道进入初期弃流装置，通过初期弃流装置将初期较脏的雨水排至小区雨污水管道，防止初期径流中的污染物对环境造成影响。水箱内设消毒装置，中水经水泵加压可用于小区路面冲洗，另外一路进入分集水器。在分水器位置与生物制肥装置液肥水箱连接，混合后用于小区的绿化灌溉。
3.2主要设施设计
3.2.1初期弃流装置
单栋建筑屋面面积约为400㎡，初期弃流流量按2mm降雨量计算。利用水箱隔层设置弃流系统，雨水管道末端设带阻尼的翻板，当径流量较小时翻板处于水平状态，雨水直接通过水平管道排向污废系统；当降雨量加大，径流量不断加大时翻板逐渐转向变为垂直状态，雨水经纱网滤网简单过滤后进入储水箱。阻尼翻板的设计灵感来源于车用弹簧缓冲胶，主要构件为：翻板、轴、弹簧缓冲胶、限位装置等。当雨量减小后，利用弹簧弹力可实现自动复位。
3.2.2储水箱
储水箱采用PE材质1t成品水箱，水箱设进水口、弃流夹层、排污口、初效过滤、出水口、溢流口、泄水口、潜水泵。潜水泵流量为2.5t/h，扬程5m。初效过滤采用袋式滤棉过滤器。水箱内部另装有紫外线杀菌灯，定时开启杀死藻类等微生物，确保水体不被生物污染。
3.2.3生物制肥装置
生物制肥装置原理为有氧分解，完全靠微生物的自然作用形成堆肥，可利用小区生活垃圾中厨余、果皮、枯枝败叶、修剪下来的草坪等作为堆肥的原材料。
堆肥箱的构造：PE材质加聚氨酯保温，有效容积约500L。顶部设通气管直至堆肥中心保证空气交换，通气管设进气阀，可进行手动调节，可有助于控制堆肥的进程。进料口考虑自动支撑器，进料前宜切碎，分解时间与进料细碎程度及含水量成反比。底部设固液分离，上层为固体有机肥，下层为液体肥料。上中下部分别设有温度计，监测分解情况。
堆肥过程分为三个阶段：升温阶段（上层），热阶段（中间层），以及冷却阶段（底层），可通过设置温度计进行监测。每次取肥不可取尽，应至少保留1/3以上，是其中有足够的微生物完成下一次有氧分解工作。
3.2.4混水及喷灌装置
利用虹吸原理将生物制肥装置底部液体肥料吸至分水器中混合，再分为多路管道供给至各分散绿化带片区。由于中水过滤系统做的比较简单，水体内仍含有一定量的杂志，为防止堵塞，采用大孔径喷头，低位喷灌方式实施浇灌。喷灌直接作用于土表，可降低水的蒸发，同时有效防止液肥直接作用于植物叶面而导致的病害。
4、中水利用
通过对雨水水量分析，建筑屋面可利用雨量按下式计算：
Q=C*α*β*A*（H·10-3）
式中：Q——屋面年平均可利用雨量，m³；
C——径流系数，取0.9；
α——季节折减系数；
β——初期弃流系数；
A——屋面水平投影面积，㎡；
H——年平均降雨量，mm；
季节折减系数α应根据当地气象局多年统计资料分析确定，如上海其降雨量主要集中在汛期（6~9月），约战到全年降雨总量的75%左右，其他月份降雨强度较小，有的降雨过程不能形成径流，无法收集利用。故考虑了气候、季节等因素后，上海市的可利用雨量季节折减系数α定位0.75。初期弃流系数β根据降雨和水质资料定位0.85。上海市年平均降雨量为1178mm。
据此式计算本小区单栋住宅楼屋面年平均可利用雨量为275m³，实际可利用总量约为150m³，供给本小区绿化、冲洗道路、冲洗垃圾厢房等。
本次设计因系老旧小区改造，未严格执行《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》GB50400-2016、《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB/T18920-2002及《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2016等规范。要满足出水指标达到GB50400-2016《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》要求的雨水回用水水质要求即：
1）绿化：CODcr（mg/L）≤30mg/L；SS（mg/L）≤10mg/L。
2）道路浇洒：CODcr（mg/L）≤30mg/L；SS（mg/L）≤10mg/L。
3）车辆冲洗：CODcr（mg/L）≤30mg/L；SS（mg/L）≤5mg/L
该套系统还需增设一体化处理设备，内安装顶出式沙缸过滤器和加药消毒装置等。消毒系统采用自动加氯消毒装置，并联于处理管道上，根据处理量的多少进行自动调节。由于本项目收集装置较为分散、体量较小且经费有限，只能做到简单收集和简单利用，但其实际作用不可否认。
5、经济分析
该小区共有8栋住宅楼，中水利用总量为1200m³，按照2017年居民用水第三阶梯综合水价5.83元/m³计算，共节省水费7000元；单套系统造价6000元，年耗电量由于是在太低不做计算，维护成本每年400元。如在现有基础上将水箱加大一倍，可省水费14000元/年，造价成本增加600元，不到4年即可回收成本。
6、社会效益
老旧小区由于缺乏有效的物业管理，绿化建设和维护基本依靠社区志愿者完成，工作量繁重。雨水灌溉系统安装完成后，大大节约了绿化志愿者对小区绿化浇灌的时间，由原本需要4个志愿者花费1个多小时的浇灌
时间减少至由1个志愿者花费短短的15分钟就能完成，大大节省了志愿者的劳动强度。在夏季期间由于浇花的需要，在雨水灌溉系统未投入使用之前，志愿者如果需要浇水，必须要在每天上午7点之前或者晚上6点之后才能浇水，这2个时间段在绿化带内浇水难免会影响到小区居民出入，而在雨水灌溉系统投入使用之后，给绿化带内浇水的时间通过定时器开关自动启闭，系统自动浇灌，只需要1名志愿者根据天气巡查并做适当干预即可，这样既能保证植物在最适宜的时间得到浇灌满足生长需要，还不影响小区居民的正常作息。
7、小结
目前水资源紧张，城市雨水作为一种第二水源加以开发利用，实在必行。本次项目由于初期试运行，且场地有限，水箱设置不宜多大，所以并未考虑用水周期。在日后的研究中可就这一点继续深入研究，优化系统配置。
参考文献：
[1]台湾经济部水资源局.雨水贮留及中水道二次供水系统应用手册第二版.2000
[2]王铁铭，杜义.城市雨水的综合利用[J]黑龙江环境通报.2005，26（2）：91~92
[3]曹秀芹，车武.城市屋面雨水收集利用系统方案设计分析[J]给水排水.2002，28（1）：13~14