城市雨水处理与资源化利用研究进展

摘要：城市雨水资源化利用是缓解城市水问题的有效途径。在阐述城市雨水资源化利用必要性的基础上，综述了国内外雨水利用的现状，如今雨水资源化利用的各种技术，以及雨水利用的经济、社会和生态效益，提出加强城市雨水资源化利用的建议。

关键词：雨水，资源化利用，收集，处理，回用，效益

Abstract: urban rainwater utilization is to alleviate the problem of urban water efficient way. In this paper the necessity of the urban rainwater utilization, based on both at home and abroad were reviewed with the present situation of rain, now the rain of utilization technology, and rainwater to use economic, social and ecological benefits, strengthening the urban rainwater utilization Suggestions.

Key words: the rain, utilization, collection, processing, reuse, benefit

0 引言

随着人口的增长及资源退化，水资源面临越来越大的压力。过去10年，全球水资源消耗量达到了过去的6倍，是人口增长速率的两倍，以这种趋势发展，到2050年全球将有25%的人面临水资源匮乏的危机。

同时，城市化的发展致使雨水径流对水体的污染程度更为严重。随着城市建设的不断发展，地面硬化面积大大增加，导致径流量和洪峰流量加大，给城市防洪排涝带来极大的压力。此外，城市大气及地表会有大量来自生产与生活过程的污染物累积，雨水径流会携带大量的污染物，成为城市水体的潜在威胁。

城市雨水作为一种潜在的水源，其资源化利用不仅可以缓解水资源危机，而且可以有效减小城市径流量、削减洪峰量、延滞汇流时间，同时还可以利用雨水资源增加城市生态水源补给量，美化城市环境，改善城市小气候，回补地下水，减缓地面沉降，是解决我国城市洪涝灾害、干旱缺水及城市水环境污染等问题的一个很好的途径。

1 国内外雨水利用现状

1.1 国外雨水利用

从20世纪70年代开始，发达国家为保护水环境及充分利用水资源，开始研究、开发和应用雨水收集、处理与回用技术，使雨水成为重要的淡水资源之一。

一些工业发达国家（如德国、日本、美国和澳大利亚等）都在积极开发利用雨水，并已建成一批不同规模的示范工程。

在发达国家，一般将不同汇水面上的降雨分别加以收集。对于屋顶上的雨水，稍加处理便可用水冲厕、灌溉等用途。而对于机动车道上的雨水径流，则需经过处理达标后才能加以利用，居民小区雨水利用和家庭式的雨水利用技术也较成熟，并已有了较广泛的利用。

1.2 国内雨水利用

我国城市雨水利用发展于90年代，主要在缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。由于缺水，北京、天津等已在城区建立多项雨水利用示范工程，奥运会场馆建设、上海浦东国际机场航站楼等都采用了雨水利用技术，但总的来说我国雨水利用技术还较落后，缺乏系统性，更缺少法律法规保障体系。

2 雨水资源化利用技术

城市雨水资源利用的关键在于如何采取措施就地吸收和利用降雨后产生的水流，减少雨水流失量。成熟的雨水利用技术需要对雨水的收集、截污、储存、过滤、渗透、提升、回用及运行维护的整个过程综合考虑，是一个系统的过程，需全盘考虑，合理规划。对于雨水的回用可分为三个部分：雨水的收集、处理及回用。

2.1 雨水的收集

雨水收集的方式有多种，如屋顶集水、地面径流集水、截水网等。

雨水收集效率会随着收集面的材质、气象条件以及降雨时间的长短等因素而有所差异。如果建筑物屋顶硬化，雨水应该集中引入绿地、透水路面，或引入储水设施蓄存；如果是地面硬化的庭院、广场、人行道等，应该首先选用透水材料铺装或建设汇流设施，将雨水引入透水区域或储水设施中；如果地面是城市主干道等基础设施，应该结合沿线绿化灌溉建设雨水利用设施。此外，居民小区也将安装简单的雨水收集和利用设施，雨水通过这些设施收集到一起，经过简单的过滤处理，就可以用来建设观赏水景、浇灌小区内绿地、冲刷路面，或供小区居民洗车和冲洗马桶，这样不但节约了大量自来水，还可以为居民节省大量水费。

2.2 雨水的处理

雨水径流对汇水面的冲刷，会累积在上面的大量污染物质，特别是初期雨水，其COD、SS及N、P和重金属的含量超过地表水环境质量标准V类标准限值，需要进行处理才能重新利用。目前国内外对雨水径流的处理方法有如下几种处理技术。

2.2.1 人工湿地(Constructed Wetland)处理系统

湿地是一种高效的控制雨水径流污染的措施，它可以同化入流中大量的悬浮物或溶解态物质。去除的机理主要是沉淀截留和植物吸附。湿地处理系统一般包括前处理系统和主体湿地：前处理系统通过自然沉淀去除较重颗粒和浮渣，降低后续湿地的处理负荷，以保证其正常运行和使用寿命；主体湿地种植芦苇等挺水植物，通过物理截留和植物吸附作用以及土壤的吸附渗透作用进一步处理雨水。

在路面径流的污染控制方面，人工湿地在国外得到广泛应用。Yousef [3]等人的研究表明，暴雨径流在湿地中停留72h，SS的去除率可达95%。在美国的佛罗里达州，已经有许多为处理暴雨径流而设计的人工湿地，他们在控制暴雨径流的污染方面起到十分重要的作用。Herricks[4]总结经验，认为在一般情况下，湿地对SS，BOD及TN的去除效率可达到较好的效果（60%~85%）。

2.2.2 植被控制(Vegetation control)系统

植被控制是一种利用地表密植的植物对径流雨水中的污染物进行截留的方法，它能够在径流雨水输送的过程中将污染物从径流中分离出来，使到达收纳水体的径流水质得到明显的改善，研究表明，地表植被去除污染物的机理主要为吸附、沉淀、过滤、共沉淀和生物吸收过程。国外对于植物控制系统处理径流雨水的研究较多。

2.2.3 湿式滞留池(Wet detention basins)

湿式滞留池是池中平时保持有一定水量的滞留池，是除地表径流污染的实用有效的方法之一。其效率取决于滞留池的规模、流域面积和暴雨特征等，水在滞留池中的停留时间是影响去除效率的关键因素。滞留池去除污染物的基本机理是沉淀。

2.2.4 MR(Mulden Rigolen)处理系统

MR系统，又称“水洼——渗透渠组合系统”，是德国近十年发展起来的雨水处理技术。该系统由上至下可分为两层，上层为种植草类植物的浅水洼，下层为渗透渠。通常，水洼层铺设活土，深度不超过0.3 m，通过土壤与植物的处理作用净化雨水，同时种植的植被绿色可以很好融入到建筑周围的生态景观当中，下层渗透渠一般填充高渗透性的棱柱状颗粒，例如砾石或熔岩颗粒等，可储存大量雨水，并逐渐将雨水释放以补充地下水，多余的雨水通过排空管排走。

2.2.5 MBR(Membrance Bio-reactor)处理系统

MBR雨水处理技术是目前国际上流行的一种中水回用技术。该工艺是曝气生物滤池与膜分离器相组合的工艺，充分发挥了滤池的生物降解与膜的高效分离作用，雨水通过膜分离器去除剩余的微细颗粒与溶解性物质，该工艺的优点在于占地面积小，维护较方便，处理水质好。

2.2.6 渗滤(Infiltration basins)系统

渗滤系统式使地表径流雨水暂时存储起来，并渗透到地下的一种暴雨径流控制方法。渗滤系统在美国的许多地方都作为一种处理暴雨径流的可选方案，可单独使用也可与其它常规方法结合使用。

2.2.7 雨水深度处理系统

城市公共建筑中的雨水深度处理技术一般可分为吸附、膜分离、消毒等工艺，通常可取得良好的处理效果。雨水深度处理技术也是多数雨水回用前必须采取的处理措施，该技术可极大提高雨水水质，避免雨水简单回用所带来的卫生隐患。

2.3 雨水的回用

经处理过的雨水，按照回用目的的不同通过管渠将其供应到各个使用点。回收的雨水主要用在不与人直接接触的地方。灌溉系统是最常见的回收雨水的利用方式（占50%），其次是双网（dual reticulation，占35%）和低压泵（占15%）[5]。

澳大利亚莫那什大学的Belinda E. Hatt等人[5]调查研究了澳大利亚雨水综合处理与回收情况，发现回收的雨水大部分用于“灌溉”，占44%，其次是“冲厕”，占15%，另外有10%的回收雨水经处理后直接排放环境，8%作为“消防”用水；另外还有一部分回用做汽车的清洗水、工业循环水，及地下水的回灌。

3雨水利用的效益

3.1 经济效益

雨水收集后，能够在农业、工业和居民生活等方面产生较大的经济效益。在农业方面，利用收集的雨水进行喷灌或滴灌等先进手段，可以有效地促进农作物的生长，提高当地的农业收入。在工业方面，尤其是在缺水的大城市，用雨水来补给工业生产用水量的不足，便可以促进工业生产总值的增加，提高国民经济收入。在居民生活方面，雨水可以满足人们一部分的正常生活用水，减少地下水的开采。

3.2 社会效益

雨水收集可以产生较大的社会效益。同时，雨水还可以保持大气清洁，改善水环境。德国柏林广场年产径流水量2.3万m3，采取的措施有：建屋顶花园4 hm2，雨水贮存池3500 m3，建人工湖4 hm2，人工湿地1900 m2。武汉某小区工程用地约8.3hm2，绿化面积3.35hm2，景观水面0.5 hm2，平均水深1 m，可蓄水量500hm2，年平均汇集雨水径流量80012m3。可见，收集的雨水可以较大程度的缓解居民和生产用水压力[6]。

3.3 生态效益

雨水渗透虽然只是间接利用雨水，但是仍能产生较大的生态效益。

（1）保持土壤水分。雨水渗透可以及时补充地下水，维持湖泊、河流的水量，保持井泉，改善植被和生态，实现水土保持。

（2）抑制暴雨。雨水渗透可以减少地面水量，减少洪峰，减少合流管及处理厂的负荷，改善水体环境。当城市出现暴雨时，雨水收集可以有效地减少路边积水，保证交通。