本项目为科技部办公楼B段加层改造工程, 工程位于北京市柳林馆路西侧、玉渊潭南路南侧中国科技部地块范围内。本工程占地面积为1 675m², 地上总建筑面积3 349m²。原有2层, 增加3层, 共5层, 建筑高度24m。新增加的3层结构与原有结构脱离, 即原有结构不需要承载新增3层的结构荷载, 屋顶设计为景观上人屋面。

　　 本项目按绿色三星级设计, 绿化景观浇洒用水采用屋面雨水收集处理后回用水。

　　 雨水汇集采用屋面径流, 初期雨水中夹杂着大量污染物、泥沙、杂质。COD高达200~700mg/L, SS高达300~800 mg/L。因此初期雨水应弃流排放, 收集中、后期洁净的雨水, 同时将雨水的杂质过滤排除, 保证后期储水系统的正常运行, 并且保障排水安全。

　　 针对北京地区的降雨水质和该项目的特殊性, 结合专业厂家的设备, 整个雨水收集回用系统分为雨水收集自动分流系统、处理系统、回用系统、电控系统, 配合在线动态监测调整装置和PLC编程智能程序, 实现安全高效稳定的运行。

　　 雨水收集应做到根据降雨量、汇流面积、雨水水质、降雨频率确定弃流时间;根据储水水位控制确定收集时间。同时考虑到此工程占地小, 必须改变传统方法中的分流井、弃流井、初过滤井等多个井点的分段式处理方式, 改为一站式智能分流设备。

　　 本项目屋面设计汇水面积为1 400m², 北京市年均降雨量517.9mm, 年均最大月降雨量185.2 mm (以上数据取自GB 50400-2006《建筑与小区雨水利用工程技术规范》附录A) , 综合径流系数取0.8, 年径流总量为:1 400 m²×517.9 mm×0.8=580.0m³。

　　 项目计划雨水收集用于绿化灌溉, 如表1所示, 项目规划绿化用水量为2 m³/d, 最大时需水量1m³/h, 最大月需水量62 m³。本项目雨水最大月平均收集量为1 400m²×185.2mm×0.8=207.4m³, 年日均收集水量为580m³/365d=1.59m³/d。项目年均雨水收集量基本满足大部分月份需求, 满足目前常用绿色建筑指标, 综合两项指标可满足雨水回用需求量。

　　 考虑到降雨的不确定性, 雨水作为杂用水水源具有不稳定性, 因此应设置备用补水。

　　 雨水收集量是确定雨水蓄水池的容积的影响因素之一, 根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》, 雨水储存设施的有效储水容积不宜小于集水面重现期1~2年的日雨水设计径流总量扣除初期径流弃流量;如采用最大24h降雨量计算, 可能导致雨水蓄水池偏大, 如采用年平均日降雨量计算, 则可能导致雨水蓄水池偏小。该项目雨水收集量用于绿化用水, 可考虑尽可能多的利用雨水, 北京市2009年最大日雨水量36mm (数据取自北京政务门户网站) , 如按此最大日的降雨量计算则为46m³。

　　 根据工程实况, 结合投资效益比, 蓄水池容积46m³, 回用水量为2m³/d, 满足调蓄要求。

　　 根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》, 雨水处理系统处理能力应为日用雨水量与处理设施运行时间的比值。考虑资源利用与节省能耗相给合, 尽可能减短运行时间和减少设备损耗, 处理设施运行时间取2h, 考虑每天用水量集中于绿化用水, 应尽可能有效利用雨水资源和节省投资, 则雨水机房的设计处理能力为2m³/h, 处理系统在多雨季节有能力及时收集处理雨水来满足雨水回用需求;同时在用水量集中且大的情况下, 按每天运行10h计算, 2~3天可处理完总蓄水量, 雨水蓄水充足时可提高运行时间来满足需要。

　　 清水池一般设计为日用水量的25%~35%, 考虑到绿化比较集中, 设计为有效容积2m³。雨水作为杂用水水源其供应水量有不稳定的特性, 应在清水池设置自来水补水做为备用水源, 可设定1m³断流水箱直接补充的方式;应严禁防止回流污染, 设醒目的中水误接、误用、误饮的标志。水池水位、备用水源水位启动与蓄水池水位及系统设备运行联控。

　　 初期径流弃流量应按照下垫面实测收集雨水的COD、SS、色度等污染物浓度确定, 当前无资料时, 屋面雨水弃流可采用2~3mm径流厚度;连续降雨期径流水质较好, 可适当减少弃流量。屋面雨水收集系统的弃流装置宜采用自动控制弃流装置, 同时保证安全排水、洪峰安全分流要求。此项目的雨水弃流采用成品雨水收集自动分流站 (口径200mm) 经弃流、过滤后汇集到雨水收集池, 见图2。考虑到后续蓄水池的容积, 并且考虑到雨水量的不确定性和收集最大化, 选择DN200的弃流器管径, 但为保证系统排水安全, 在雨水收集自动分流站设置分流口。

　　 通过组合式设计, 节省了以往需要挖多个井和池的投资。同时配合智能化设计, 实现雨水弃流智能化、合理化控制, 便于检查和维修。

　　 雨水经初期弃流后进入蓄水池, 蓄水池兼具沉淀功能, 进水和出水都需要避免扰动沉积物, 以免影响后续处理流程。进水可采取淹没式进水, 且进水口斜向上或水平, 在进水口设置消能散流槽, 具有消能散流的作用, 防止激起池底沉积物。此外, 集水池设有排泥装置, 以免过量沉淀。蓄水池设置超高、高、低水位控制, 与雨水收集自动分流系统及处理系统联动, 防止水位倒灌及无水运行, 并实现全自动控制。雨水蓄水池水位控制与清水池水位及处理系统联控制动, 优先收集、处理使用雨水。在蓄水池高位设置溢流口, 防止收集雨水漫出蓄水池。

　　 本项目雨水收集处理后作为冲厕和绿化浇灌用水, 处理后的雨水水质根据用途确定COD、SS指标, 采用《建筑与小区雨水利用工程技术规范》 (GB50400-2006) 、《城市污水再生利用城市杂用水水质》 (GB/T18920-2002) 的相关规定。

　　 雨水处理工艺可采用重力沉淀+过滤的方式, 并对处理后的雨水进行消毒, 以满足补充景观水的使用要求。该工艺成熟稳定, 污染物去除率可达到85%以上, 且运行操作简单, 完全自动化控制, 降低劳动强度。具体流程见图3。

　　 该项目于2012年底竣工交付使用, 其中自动弃流装置运行正常, 能确保水质稳定, 经测定其COD=70~100 mg/L;SS=20~40 mg/L;色度=10~40倍, 保障了净化处理后的出水水质, 同时调蓄池水量充沛, 满足办公楼日常绿化用水要求。

　　 根据现场反馈, 雨水处理成本在1元/m³左右, 目前北京非居民用水价格为水费4.2元/m³, 污水处理费为3元/m³, 回用水可节约6.2元/m³, 1年可节约用水730m³, 可节省水费4 526元。

　　 本项目的雨水收集回用系统总体采用一体化运行设计, 雨水收集、水位控制、回用及设备运行等智能一体化自动运行, 优先收集、回用雨水;基本全部采用物理、生化绿色环保的处理方式, 具有技术先进、占地少、投资省、管理方便、运行费用低等特点;雨水收集自动分流站、自动反应器、过滤消毒设备均为集成一体化成套设备, 安装方便。

　　 该技术成熟可靠, 处理效率高, 能耗低, 运行管理简单, 应用于此类工程可以取得较好的社会环保效益。