高校雨水回收利用系统建设研究——以南方科技大学为例

　　 文/刘涛 赵文章 马兵 曾维浩

　　2019年8月，水利部、教育部、国管局联合印发《关于深入推进高校节约用水工作的通知》，要求加快推进用水方式由粗放向节约集约转变，提高高校用水效率，积极建设雨水集蓄和再生水利用系统，提高非常规水利用率。 

　　我国自20世纪80年代开始组织雨水利用试验研究，直至20世纪末才大面积推广应用。进入新世纪，在国家水利部门的政策支持下，雨水收集利用得以蓬勃发展，但技术成熟度较低，尚未形成完整的技术规范和标准，研究重点在雨水回收利用系统的设计和优化方面，包括系统的水质处理、储存和利用等，以提高系统的效率和可靠性。 

　　作为高校节水工作的重要环节，雨水回收利用对于缓解水资源供需矛盾，提高水资源配置效率和利用效益等方面具有重要作用。通过雨水收集、处理和利用，可以降低污水排放，提高水资源利用效率。同时，雨水回收利用作为一种新型的水资源管理方式，具有环境友好、节能减排等优点，已成为解决水资源短缺和环境污染的重要途径。但是，由于雨水回收利用技术和管理的复杂性，还存在一些问题和挑战，需要进一步研究和探索。 

　　南方科技大学作为国家“双一流”建设高校，紧紧围绕国家“双碳”目标，以节水型校园建设为抓手，加强节水管理、技术改造及宣传教育，搭建综合能源管理平台，建设雨水回用系统进行水资源再利用，提升水资源利用效率等措施，取得了显著成效，并于2021年底顺利通过节水型高校验收。 

　　技术路线 

　　——高校校园节水特点。相比于一般建筑，高校建筑包含行政办公、教学科研、生活娱乐等多种功能，具有用水规模大、设施水平高、师生环保意识强、节水参与度高等特点。据教育部相关资料统计，截至2021年，全国普通高校在校生规模达3829.37万人，抽查45所高校人均用水量为145.2立方米/年，相比全国城市人均生活用水量74.5立方米/年，节水潜力巨大。 

　　高校节水工作主要有节水宣传、节水监管、节水器具改造、雨水回收利用等。其中，雨水回收利用是指通过收集、处理和利用雨水，实现水资源的节约和利用的过程，是一种可持续的水资源管理方式。通过合理设置收集设施、选择适当的处理方式和利用设施，可以实现雨水的高效利用，减轻学校水资源压力，降低排污量，促进学校的可持续发展。 

　　——雨水利用可行性分析。深圳是海滨城市，属亚热带季风气候，长夏短冬，雨量充沛，年降水量平均为1932.9毫米，其中86%的降雨出现在汛期（4至9月），全年雨水资源丰富，利用潜力大。 

　　位于深圳的南方科技大学校园占地面积194.38万平方米，绿化养护面积约105万平方米，景观湖水域面积1.5万平方米，汛期水量主要来源于降雨地表径流，非汛期缺乏自然基流。 

　　学校东临长岭陂水库，北靠部九窝蓄水池，校外雨水资源丰富，其中部九窝蓄水池水域面积约8万立方米，蓄水量约50万立方米，为避免丰水期蓄水满库溢洪至长岭陂水库，需定期对其腾库调蓄，可调蓄水量约30万立方米；长岭陂水库每年丰水期进行蓄水，集雨面积5.7平方千米，总库容627万立方米。由于地理位置较高，水库以山为拦坝体，每年山体渗漏水量约为16万立方米。两处水源原经学校北侧及西侧山脚水道就近排入大沙河，通过水道改造，对流经学校的雨水截流利用，可补充学校人工湖及绿化灌溉用水。 

　　——雨水回收利用原理。雨水回收利用是指通过收集、处理和利用雨水，实现水资源节约和利用的过程，主要包括雨水收集、处理和利用3个环节。 

　　雨水收集主要借助收集设施将雨水收集起来，然后通过排水管道或其他方式输送至雨水处理系统。雨水处理是指对收集到的雨水进行处理，以符合后续利用要求，常见处理方式包括物理、化学和生物处理等。物理处理主要是通过过滤、沉淀等方式去除雨水中的杂质和悬浮物；化学处理主要是通过加入化学药剂，去除雨水中的有机物和营养物质；生物处理则是通过利用微生物的作用，去除雨水中的有机物和营养物质。雨水利用是指将处理好的雨水用于农业灌溉、城市绿化、汽车洗涤等。雨水利用需要根据不同的用途进行处理和设计，以保证水质符合要求，常见的雨水利用设施包括雨水花园、雨水塘、雨水收集池、雨水压力泵等。 

　　雨水回收利用系统是根据需求收集雨水，并经过处理使其达到标准后使用，应该配备雨水收集、储存、处理和回用水管网等设施。 

　　雨水利用是开源节流的重要途径，可以缓解目前学校水资源紧缺的局面，在一定条件下产生直接经济效益和环境效益。 

　　应用与实践 

　　——系统设计方案。基于学校周边天然雨水资源配置，结合学校管渠现状，设计雨水回收利用系统总体方案。 

　　雨水回收利用系统工作方式为：部九窝蓄水池腾库调蓄水经地表径流入学校北区山脚水道，通过截流管道引入学校绿化供水管网，再经可拆卸过滤器简单过滤后进入欣园绿化泵房，泵房水箱蓄水作为校北区绿化灌溉用水，溢流经二线关路蓄水池流入人工湖；人工湖中流进入台州楼绿化泵房，作为校南区绿化灌溉用水；校北区山地雨水及水库渗漏水直接经校内雨水管道补给人工湖。 

　　——工程实施关键技术方案。南方科技大学校园用水主要包括生活用水、科研教学、绿化浇灌用水、景观补水、清洁用水等。绿化面积占校园总面积的54%，若将校园绿化、景观补水、清洁用水利用雨水代替，节水量相当可观。 

　　雨水收集阶段。为确保雨水能够顺畅地输送至雨水处理系统，从水源截流出至欣园绿化泵房的引水管选择承压能力为1.6兆帕的PE160的给水管，管径面积是PE110的2.2倍，可同时承接2条PE110给水管的供水量。同时，考虑到管道的材质、坡度、输送距离等因素，在输水管道两端及中间位置设置排气阀，防止因管道内空气聚集形成高负压导致管道受损甚至爆管。 

　　调蓄池设置。雨水调蓄池通过收集和储存雨水并逐渐释放，减少雨水径流的峰值，从而减轻排水系统的压力，防止雨水涝灾的发生。由于校园地面径流面积大，绿化喷灌及景观补水非实时发生，按照存水要求设计蓄水池，蓄水池容积计算公式为：W=QT（W为存蓄池容积；Q为日用水量；T为雨水利用天数。） 

　　根据《雨水利用规范》要求，雨水利用天数最大计算用水量要大于径流表面回收雨水径流总量的40%。结合校园内天然景观水体，将心湖、镜湖、阅湖设为存蓄池，并在校园地势最高处设置储水量384立方米的存水箱。 

　　——水质净化阶段。雨水利用的净化工艺主要根据径流雨水的水质、水量和雨水处理后所要达到的程度而定，处理工艺一般与污水处理过程相同，但南方科技大学校园雨水收集系统水源水质质量较优，且主要用途是绿化灌溉、景观补水等，基于此，设计出校园雨水处理工艺流程。 

　　雨水收集后，收集池内繁殖有大量的鱼、虾、螺、贝等各种生物和漂浮的植物，由粗格栅潜水泵去除较大悬浮物。在储水箱（池）前端，增设一级过滤器，用以阻挡通过粗格栅的杂物，使杂物不进入水箱。在储水箱（池）出口前增设过滤网，将那些在储水箱（池）滋生的鱼、虾等生物阻挡在里面。在水泵前端增设二级过滤器，作为最后一道屏障，阻止微小物体进入绿化喷灌管道，防止堵塞喷淋头。根据《地表水环境质量标准》，景观湖水水质和绿化灌溉水质需达到并保持国家地表水环境质量标准III类以上要求。通过第三方检测机构取样检测，净化后水质达到规范标准。 

　　雨水收集利用系统建设包括收集设施设置、收集管道设计、收集井和过滤器设置、贮水池设计和控制系统设置等多个环节，需结合实际情况进行设计和选择，以确保雨水收集系统的高效运行和管理。 

　　“双碳”背景下，建设雨水回收利用系统，优化雨水回收利用的具体方式，不仅仅是社会可持续发展的必然要求，也是关系现代人生活品质的重要因素。通过收集和利用雨水，可减少对自来水的依赖，节约水资源，缓解城市水资源供需矛盾，改善城市环境和水质，减少城市洪涝灾害等问题。同时，建设雨水回收利用系统会带来一定的经济效益，不仅降低了水资源成本和水处理成本，还减少排放成本，避免因排放超标而被处以罚款，是一项可持续发展的措施。 

　　自创建节水型高校以来，通过节水及非常规水源利用并举，南方科技大学年节水量约47万立方米，节约水费约215万元，同时降低了校区内生活供水及绿化景观水体运行维护成本，学校师生的节水意识也显著增强，基本养成了节约用水的习惯。