雨水收集回用技术是海绵城市建设中一项重要举措。早在海绵城市概念提出之前, 绿色建筑便对这项技术提出了要求, 国内外绿色建筑评价体系中均对其进行了规定^[1,2], 使这项技术在建筑与小区领域得到了应用与实践。而伴随着海绵城市概念的提出, 雨水收集回用技术被更加广泛应用, 将雨水资源化利用作为海绵城市规划控制目标之一^[3]。

　　 但在绿色建筑发展过程中, 雨水收集回用技术也出现了很多问题, 包括经济性较差、二次污染问题, 甚至出现安全事故, 不少项目由于问题的出现而被迫停止运行。以上问题将严重阻碍这项技术的发展, 因此亟待解决。

　　 本文通过对上海市5个已建成的绿色建筑雨水收集回用项目进行调研 (见表1) , 对其中存在的问题进行分析, 并提出优化建议和对策, 有助于该技术进行改进和优化。

　　 雨水收集回用系统从组成上包括雨水收集、雨水储存、雨水处理以及雨水供水4部分。其中雨水收集包含用于初期雨水排除的雨水弃流设施, 雨水储存包含用于过量雨水排放的雨水溢流设施。根据调研项目, 目前雨水收集回用系统在雨水弃流、雨水处理、雨水溢流方面的问题较为突出, 从而影响整个系统的正常运行。

　　 雨水弃流是雨水收集回用技术中一个重要的组成单元。《建筑与小区雨水利用工程技术规范》^[4] (下文简称“规范”) 针对屋面雨水和地面雨水分别以2~3mm和3~5mm为界, 将降雨分为初期径流和持续径流, 其中雨水弃流装置的主要目的是使初期雨水不被系统收集。目前上海地区采用较多的为雨量型雨水初期弃流装置, 如图1所示^[5]。所调研的项目一、二、四均采用雨量型弃流的方式。

　　 根据调研结果, 目前设置的初期雨水弃流装置起到的作用较小, 弃流后的雨水水质没有显著提升。这一问题在设置弃流系统的项目一、二、四中普遍存在。

　　 分析其原因, 发现雨水收集管线过长, 导致收集面上雨水流行时间差异较大, 最远点到达弃流井的时间远大于收集面上的近点。流行时间的差异使弃流井实际弃掉的雨水均为较近区域雨水, 包括初期径流雨水和持续径流雨水。这样不仅远距离区域地表径流的初期雨水得不到弃流, 而且近距离区域中较为洁净的持续径流雨水被弃流掉, 使优质的雨水流失, 收集雨水的水质得不到提升。

　　 在雨水处理方面, “规范”也进行了规定:“收集回用系统处理工艺可采用物理法、化学法或多种工艺组合”。但根据调研结果, 很多工程项目以物理、化学为主的工艺在水质方面无法得到保障为由, 改用生物处理为主的处理方式, 或是将物化工艺复杂化, 但实际效果不佳。

　　 项目三采用的雨水处理工艺为生物处理工艺MBR, 由于雨水的可生化性较差, MBR池中微生物几乎无法形成絮体, 因此无法产生有效的生物处理作用。此外系统因为鼓风机产生的噪声, 遭到了居民投诉, 使雨水处理系统被迫关停。

　　 项目四在地下车库采用斜管沉淀池处理雨水 (见图2) 。由于雨水降雨的不连续性, 雨水处理过程实际上为间歇式运行, 斜管沉淀池的“浅池原理”作用并不能得到发挥, 失去了沉淀池设置斜管的意义。反而斜管由于其附着性, 为蚊虫的产卵繁殖提供了良好的条件, 机房中有较多蚊虫, 影响了雨水机房及地下空间的环境。

　　 关于雨水溢流, “规范”做了较为详细的规定, 要求“雨水储存设施应设有溢流排水措施, 溢流排水措施宜采用重力溢流”且对在室内设置溢流口的, 要求“当设置自动提升设备排除溢流雨水时, 溢流提升设备的排水标准应按50年降雨重现期5 min降雨强度设计, 并不得小于集雨屋面设计重现期降雨强度”。

　　 在所调研的项目当中, 除项目二外所有项目均采用在地下车库中设置雨水储存设施的方法, 并在地下车库内设置雨水溢流设施, 通过溢流提升水泵将雨水排出。但项目四和五的溢流提升水泵及排出管径选取不满足50年重现期5min降雨排出 (见图3) , 存在严重的安全隐患。

　　 而项目一和三按照“规范”要求进行雨水溢流设施的设计, 但仍然遇到问题, 例如项目一在2016年5月31日的强降雨中由于雨水机房的溢流雨水得不到排除, 导致地下车库被淹。通过对事故原因进行分析, 发现由于室外溢流雨水受纳管道均按照正常排水工况 (3~5年重现期) 进行设计, 在强降雨条件下, 室外雨水排水管道为满管流, 无法接纳用于雨水机房溢流的提升水泵排出雨水, 溢流雨水得不到有效排出。可见“规范”关于溢流雨水排放问题的规定无法保证溢流雨水的安全排出, 需进行改进。

　　 雨水弃流装置应针对收集面上的雨水流行时间差异较大的问题, 对设计方法进行改进, 可以采用“分段式”弃流, 即规定单个弃流设施的最大服务距离, 对收集区域较大的项目, 弃流设施分段设置。

　　 针对仅收集屋面雨水的系统, 可在每根立管上设置雨量型弃流装置^[5], 如图4所示。

　　 对于需要收集地面雨水的系统, 可在室外雨水排水管道中, 间隔一段距离设置一个雨水弃流井。考虑到若采用雨量型弃流装置, 分散的初期雨水排放点需要通过单独的弃流管线排至雨水排水系统末端, 会大大增加管网造价。此时建议采用渗透弃流井, 使初期雨水得到渗透排放, 如图5所示。

　　 根据海绵城市建设的基本原则, 提倡生态优先^[3], 因此有条件的项目宜优先利用场地生态设施进行雨水处理。对于土地资源较为紧缺的地区, 若无条件设置生态雨水处理设施, 应根据水质尽可能选用沉淀、过滤为主的雨水处理工艺, 以减少高耗能设备的使用, 且便于维护。在进行系统设计时应充分考虑系统的二次污染问题, 易产生二次污染的工艺应避免采用, 如生物法的鼓风机噪声、斜管沉淀池的蚊虫、气浮池的浮渣臭气等。

　　 在调研中, 使用者对雨水收集回用系统较为关心的是系统的经济性。简化雨水处理回用系统工艺, 降低雨水处理系统能耗是提高系统经济性的重要举措, 对雨水收集回用技术的推广有着积极的意义, 雨水处理系统的节能化、集约化产品的开发是该项技术发展的趋势。

　　 在调研项目中, 项目二将收集池设置在室外, 采用埋地塑料模块水池, 重力流进水, 在室外溢流, 从而在减少进水能耗的同时有效避免雨水溢流造成的事故。因此项目二对雨水溢流风险避免的经验可被借鉴。

　　 但对于部分项目因为地下空间开发没有足够空间设置的, 只能在地下室设置雨水收集池。此时, 若采用重力流进水方式, 溢流排水泵和下游受纳雨水管道均要求满足下游雨水汇水范围及溢流排水泵50年重现期5min降雨量之和。

　　 当不满足以上条件时, 认为不可采用重力流进水, 此时可以考虑在室外雨水排水管道上设置溢流井, 在雨水收集池未达到最高水位时, 雨水通过水泵提升进水, 雨水收集池达到最高水位的条件下, 水泵停止运行, 雨水通过溢流管排出, 如图6所示。

　　 雨水溢流的设置在保证安全性的同时, 综合考虑系统能耗和系统初期投资要求进行选择。

　　 在绿色建筑推广过程中, 已建成的雨水收集回用项目在雨水弃流、雨水处理、雨水溢流存在一定问题, 应采取相应的对策进行解决:

　　 (1) 目前大多雨水弃流采用雨量式弃流, 这种弃流方式由于流行时间的差异, 使弃流效果较差, 可以通过在排水立管上设置雨量式弃流或是分段设置渗透式雨水弃流井来解决。

　　 (2) 部分项目的雨水处理工艺系统繁琐, 不仅雨水处理效果得不到提升, 反而造成能耗过大、二次污染等问题, 建议在选用处理工艺时, 优先采用生态雨水处理设施, 无条件的应尽可能选择能耗较低, 设备较少的沉淀、过滤工艺。

　　 (3) 当雨水收集池设置在室内时, 雨水溢流存在较大的安全隐患, 建议有条件的尽量采用室外地埋式雨水收集池, 当无法采用室外地埋式的, 且不满足重力流进水条件时, 可以在室外设置溢流井, 通过水泵提升将雨水收集至收集池中, 避免在室内溢流。