国外大型公共建筑的雨水收集与利用先进技术

摘要：城市大型公共建筑的雨水收集利用技术在国外日趋成熟，并取得了较好的经济效益和环境效益，通过对收集雨水的深度处理，使雨水可以达到低标准用水的水质要求，从而节约了日常生活用水，通过雨水调蓄，有效地减轻了排水管网的负担，这对我国大中型城市具有很好的借鉴意义。

城市大型公共建筑中雨水收集利用技术的应用正在日益受到人们的重视，本文件来自“海绵雨水收集公司”文章介绍了国外几个大型公共建筑的雨水收集与利用的先进技术，对我国城市大型建筑的雨水利用发展进行了展望。

城市的夸张，将不可避免地造成不透水地面面积的增加，地表雨水径流系数和径流量的提高，从而导致雨水大量流失而需要加大排水系统的减少规模和投资资金，同时，由于减少了雨水的地下渗入量，使得地下水得不到充分涵养，对城市的生态环境也将产生不利的影响。为此，自20世纪70年代末起，世界各国都开始重视城市雨水特别是城市建筑中雨水的收集，渗透与利用技术的开发应用，城市建筑雨水利用设施按尺度大小可分为两类，第一类是在小尺度上的，一般安装于独立式住宅或公寓楼，将屋顶雨水收集并储存于地下或地面的蓄水池，经简单处理后直接用于浇花，冲洗厕所或者洗衣等，该设备安装和使用都很方便，在德国等国家得到了广泛的应用，另一类是在大尺度上的，通常安装拥有大面积屋面和不透水地面的大型城市建筑，雨季期间收集大量雨水，处理后可直接作为用水，如果屋顶面积庞大，收集的雨水量也相对较大，就可以起到调节径流和节约用水的双重目的，当然，对该类设施雨水的处理也比较严格，通常的方法包括湿地生态处理，膜处理，砂滤，紫外线消毒灯，以确保雨水使用的安全性，本文主要介绍国外大型公共建筑的雨水利用设施，希望为国内的雨水利用设计提供参考。

1、英国世纪穹顶

英国为了庆祝新千年的到来在格林威治兴建了世纪穹顶，该建筑耗资7.58亿英镑，中心穹顶高50m，周长1公里，屋顶面积达100000m²，作为该穹顶环保和水回用措施的一部分，泰唔士河公司为该建筑安装了大型的中水回用装置，为全建筑的厕所冲洗提供500m³/d的回用水，回用水源来自：穹顶收集的雨水，轻度污染的生活污水（来自厕所洗手水）以及该建筑下含水层的地下水。

世纪穹顶的雨水利用主要是依靠巨大的屋顶面积收集的雨水径流，收集到的雨水通过24个专设的汇水斗引入地表排水系统，然后通过水泵将部分雨水抽送入雨水处理系统集中处理回用，由于储存空间的限制，水泵每天最多抽取100m³的水量，其余的雨水则排入泰唔士河。

经分析显示，雨水中可能携带大量的碳氢化合物和重金属物质，比如镉、铜、铅等，它们主要来自汽车尾气的污染，另外，由于降雨的强度、持续时间和时期的不同，雨水中各种污染物质含量的变化相当大，同时，设计中还要考虑到长期干旱后初期雨水污染严重的问题，针对以上所述的雨水水质水量特点，该雨水处理系统采用湿地预处理与膜深度处理联用的处理工艺，收集的雨水首先通过三级湿地处理系统，该系统按照雨水的通过顺序依次为一级芦苇床，泻湖及三级芦苇床，芦苇床的面积各为250m²，泻湖的容积为400m³，人流大量为100m³/d，其余过量雨水斗排入泰唔士河，芦苇床深0.6m，坡度为0.5％，为防止冲刷，湖床地铺河卵石，直径在5-10mm之间，同时终止当地高耐盐性的芦苇，湿地处理不仅通过自然的方式预处理了雨水，同时可以很好的融入到世纪穹顶的景观建设当中。

经过预处理的雨水与经过预处理的生活污水及地下水一同进入调节池混合，然后依次通过超滤膜和反渗透膜进行深度处理，去除水中的病原菌和细小颗粒并降低水的硬度，最后加氯消毒回用，回用水质超过了英国现有的冲洗水水质标准。

2、英国大型超市

在英国Thamesmead地区的Safeway超市，投资者决定安装一套雨水利用系统，首先，研究人员对安装系统做了一份评估报告，结果表明，与只安装一个同样体积的蓄水池相比，该系统要增加7700英镑的费用，回收期将长达12年，但是，安装该系统可以减少对自来水的需求，同时能减轻排水系统的负担，还可促进雨水利用技术的进一步发展，从而提升公司的形象，所以Safeway公司最终扔决定安装该设施。

该超市屋面外形如同一个金属甲板，并分别安装了一层绝热层和膜，屋顶雨水收集面积约2200m²（占总屋顶面积的50％）屋面雨水首先通过汇水口、输水管收集后送入聚酯玻璃强化绝热蓄水池，水池容积14.56m³，位于车间内，为了防止大颗粒进入系统，每根管都安装了WISY公司的WFF2型旋流过滤器，雨水必须首先通过入流过滤器后才能进入排水系统，通过恰当设计蓄水容积，可确保蓄水池至少每年发生两次溢流。这种方式可以有效去除蓄水池中的悬浮物，当蓄水池水位过低是，引入自来水以保证供应，雨水从蓄水池中抽出后送入Liff公司的紫外线（UV）消毒、过滤系统后，最终泵送至供水系统，此时水质已高于最终使用的要求，经处理的雨水通过AlleAquna公司生产的变压泵送至超市中厕所，在通常条件下，要注意管理维护，包括清理过滤器以及紫外线灯管的更换，由于雨水的PH植比较低，所以采用特殊的塑料管道和设备以防止腐蚀，具体流程见图1。

该系统每年的雨水收集和利用量为687.2m³，假设购买和处理自来水的费用为0.94英镑/m³，则这个装置每年可节约646英镑（参照英国1997/1998年的物价指数）而该装置的总建设费用为7700英镑，假设不考虑维护费用，回收期为12年。

3、德国汉诺威世博会

2000年德国汉诺威世博会的主体是“人类-自然-科技”因此，在场馆建设中，要求承包商承诺场馆建成后不增加当地的雨水径流量，作为世博会建设中的重要环节Kronsberg的城区（世博会期间供商用，闭会后发展为高密度的商业区）建设充分体现了世博会的精神，其中的雨水处理系统同样体现了这一先进的理念和技术，Krnsberg城区建设工程占地150万m²，截至2000年，共建造了3000座寓所，3个托儿所，1所小学，1个地区艺术和社区中心，一个健康中心和购物中心，整个工程规模庞大，覆盖了大面积的地面，但是通过一种全新的雨水收集利用方法，它的自然水资源还是被比较完整的保存了下来，在建筑区和铺筑地面，所有的降雨量都被吸收，收集并逐渐地释放，因此不会对附近林地中的地下水再生造成不利影响，现有的沟渠系统中的水位扔染得以保持，在公共街道，雨水流入设置在路边的MR系统。（水洼-渗水沟系统）中，依靠该系统强大的蓄水能力保留雨水并逐步渗透地下，多余的雨水依靠排水管排放，在私人开放空间，屋顶和铺筑地面的雨水也通过各种方式呗收集并逐渐释放，而在居住区域，这些雨水则被引入池塘等放水系，通过恰当的设计，形成良好的生态环境，并创造了高质量的开放空间，同时，还在所有的用水设备上安装节水器以节约用水量。

4、澳大利亚奥运会场馆

由于澳大利亚水资源短缺，在奥运会场馆设计中充分考虑了水资源的节约和开发，所有承包商必承诺节水达到50％以上，悉尼组委会对奥运会场去的雨水收集进行了综合规划，除一个主体育场的雨水收集和直接处理利用系统外，将整个场区的雨水收集和处理系统根据地形和地势分为3个收集系统，图2为场馆雨水污水利用回用的示意图。

雨水中的污染物主要是泥沙，氮磷，雨水经过收集后，需要经过处理才能被有效利用，这里仅介绍其中具有代表性的两个系统，它们分别占整个雨水收集量的40％和30％，在雨水处理时，这两个系统充分利用自然条件，一个是在原有抗塘基础上重新构建的，通过水力学设计使雨水在流动过程中，泥沙得到有效沉淀，然后进入氧化塘，通过在氧化塘中种植当地的挺水类水生植物，最大限度去除水中的营养物质氮和磷，另一个位于主体育馆南侧的处理系统，采用多个塘串联，第一个塘同样于沉淀泥沙，后几个塘采用水生植物氧化塘，由于一定的水面积和大量水生植物，使其成为鸟类和绿色金钟哇栖息的生态保护地，同时，这个系统还采用了一个特殊造型的喷水装置和一座渗入到水面的木桥，彩虹与自然水面相连，使得喷水池与自然水池浑然一体，相映成辉，形成了奥运会主场馆旁一个著名的景点。

经过氧化塘处理的雨水同时经过二级处理的场区污水混合后通过深度处理系统达到回用标准后用，其中水回用工艺主要采用的技术是微滤膜技术，这是澳大利亚Memtech公司的专有技术，其微滤膜采用聚丙烯中空纤维材料，孔径为0.2pm左右，可以去除水中的悬浮物和病原菌，之后，根据用水和含盐量的要求，可以采用反渗透进行除盐处理，反渗透水加氯消毒后用于冲洗厕所，而反渗透剩余水则用于场馆绿地灌溉，回用水厂的处理能力为7000m³/d，同时处理污水处理厂出水和储存塘中的雨水。

5、日本福冈体育场和国技馆

20世纪80年代初，日本的许多城市相续出现水供应短缺，促使大家逐渐意识到雨水利用的重要性，另一方面，雨水利用也被认为是径流控制的重要手段一直，1995年，日本西海岸发生了大规模地震，供水管道被严重破坏，导致水供应短缺，这使雨水利用的重要性显得更为突出，现在，日本的大型体育场都设计了雨水收集利用系统，这里就以福冈体育场为列进行介绍。

福冈市是日本九州地区最大的城市，福冈体育场建筑面积69130m²，可容纳观众52000人，屋顶面积50000m²，而雨水收集面积为25900m²，通过对该地长期的雨量现测，设计雨水蓄水池总容积2900m³，其中可利用水量容积为1800m³，另外用于控制径流的容积为1100m³，雨季收集的雨水储存在蓄水池中，通过砂滤进行预处理后采用加氯消毒，处理后不能满足需求时，通过砂滤进行预处理后采用加氯消毒，处理后的低质水用于场馆内的厕所用水以及绿地灌溉，当雨水量不能满足需求是，引入城市工业用水补充，预计年雨水收集量为42000m³，利用工业用水28900m³，而低质水的总需求量为70900m³，根据后来的用水统计，低质水自1993年4月到1994年10月的年用量为61230m³，具体为：雨水利用39507m³，工业水利用21723m³，雨水利用占到了低质水总量的65％，而福冈体育场上空的降雨量为52836m³，接近75％的雨水量得到了利用，福冈体育场的水费约每立方米3美元，通过雨水利用每年节约了12万美元的费用。

在日本，雨水利用最有特殊的工程之一是1984年11月竣工的国技馆，国技馆约有8360m²的屋顶面积和2000m²的水泥地面，每年使用约90天（相扑开业45天，其它集会45天）利用屋顶收集雨水，贮存的雨水水质较好，开业满足厕所冲洗水，冷却塔补给和其他用水等要求。

由于雨水初期的水质极差，因此在收集利用之前往往存在一个降雨后什么时间开始取水问的问题，国技馆采用降雨强度计，为了达到雨水利用的水质要求，收集后的雨水必须经过处理，常用的处理方式有直接处理和储存处理两种，国技馆采用储存处理，方法通常有砂滤，碎石滤和网滤，并采用微细网过滤器，除去直径约为100pm，以上的污染物，为了防止处理后的水质腐败和机物繁殖，定期将水在储存内循环，约3-4周循环1-2次，并重新加入次氯酸盐消毒，使用时，储存槽通过水泵的压力直接供水，如果储存槽内水位低于标准水位时，由雨水储存槽补充，从而确保一定量的储存水供消防或灾害时饮用水的使用，储存槽内的水位由数字式电极和投入式水位计算机两种仪器控制。

城市大型公共建筑的雨水利用技术在国外日趋成熟，并取得了较好的经济效益和环境效益，通过对收集雨水的深度处理，使雨可以达到低标准用水的水质要求，从而节约了日常生活用水，通过雨水调蓄，有效地减轻了排水管网的负担，这对我国大中型城市具有良好的借鉴意义。以雨水量丰沛的上海为例，由于上海是全国经济中心，城市扩张相当迅速，市内拥有许多诸如体育馆，大剧院，机场等大型公共建筑，这些都为运用大型建筑雨水利用技术提供了可能性与必要性，比如浦东国际机场航站楼，它的水平投影面积达176150m²，远大于英国的世纪穹顶，如果在该建筑内安装雨水处理系统，将取得很好的效果。让生活更美好，为了提升城市整体形象，达到人与自然的协调发展，建筑中也完全能够和应该考虑采用包括雨水利用技术在内的水资源的综合利用。

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