法国家庭屋顶径流收集系统的水质监测和水力评估外文翻译资料

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法国家庭屋顶径流收集系统的水质监测和水力评估

摘要：对法国西南部一所私人住宅中用于冲厕的雨水质量进行了为期一年的评估。用标准分析技术筛选了21个理化参数。调查了储存在屋顶径流的微生物质量，并分析了22℃和36℃的总菌群，总大肠菌群，大肠杆菌，肠球菌，隐孢子虫卵囊，贾第虫囊，军团菌种，嗜肺军团菌，气单胞菌和铜绿假单胞菌。在研究过程中，化学和微生物参数波动较大，夏季收集的屋顶径流中观察到的微生物污染水平最高。总体而言，收集的雨水具有相对较好的理化质量，但变化较大，还不满足饮用水的要求，并且观察到了水的微生物污染。本次案例研究还计算了一套4人标准家庭雨水收集系统的水平衡。计算了以下参数：降雨、厕所冲水需水量，总用水，雨水利用和节水效率。试验节水效率计算为87%。从屋顶收集雨水，储存起来并随后用于冲厕，每年可为该研究系统节省42m³的饮用水。

关键词：雨水收集 理化质量 微生物质量 节水效率 案例研究 冲厕

1. 引言

目前，淡水资源的可利用性是人类面临的主要问题之一。虽然已经提出了许多解决方案，但是人们对使用屋顶收集的雨水有很大的兴趣。该过程包括收集和储存雨水以备将来使用，例如冲厕，花园浇水等，是为了节省宝贵的饮用水。因此，一些最近的参考文献中涉及对雨水收集潜力的评估（Aladenola和Adeboye，2010年； Zhang等，2010年）。

在欧洲，由于欧盟水框架指令的实施来保护水生环境，对其潜在使用雨水收集提出了某些要求。但是，由于对欧洲指令98/83 / CE（欧洲官方公报，1998年）中“国内”一词的单独解释，每个欧洲国家对于雨水的使用都采取了不同的观点。

在法国，只有外部用途（浇水，清洁等）除特殊情况（干旱，无主干网）外是允许的。尽管如此，市场上已经有雨水收集装置，据供应商称，其在2007年占了10000套系统。尽管卫生当局不愿意（CSHPF 2006），但由于私人客户需求增加，还是重新考虑了雨水收集和新法令授权并澄清建筑物内的雨水使用（法国官方杂志，2008年）。目前，法国法律仍然禁止将收集到的雨水用于饮用、淋浴或沐浴，但允许冲厕、清洁地面以及仅在有条件的情况下洗衣服。尽管从生态学角度来看，这种解决方案似乎很有吸引力，但是由于化学和微生物污染物可能导致健康风险，因此有必要测量雨水的收集质量。

在过去的几十年中，在包括美国，尼日利亚，新西兰，印度，赞比亚，巴西，加拿大，澳大利亚，约旦，新几内亚和韩国在内的许多国家进行了研究，对收集到的雨水的质量进行了调查（Crabtree等，1996； 1996）。 Uba和Aghogho 2000； Simmons等2001； Kulshrestha等2003； Handia 2005； May和Prado 2006； Al-Khashman 2009； Despins等2009； Evans等2009； Horak等2010； Lee等。 （2010年）。在欧洲，Fouml;rster在1999年进行了雨水质量评估。 Albrechtsen 2002； Polkowska等。 2002年； Fewtrell和Kay，2007年； Melidis等。 2007; Oesterholt等。 2007; Sazakli等。 2007; Schriewer等。 2008年； Tsakovski等。 2010年。尽管许多研究发现收集的雨水是非饮用水，显示出不可接受的微生物污染水平和较差的理化质量，但“关于与屋顶收集的雨水相关的质量和健康风险尚未达成明确共识”（Evans等，2006）。其他研究集中于雨水收集的水文或经济数据（Chilton等，1999； Fewkes，1999a； Herrmann和Schmida，1999； Villarreal和Dixon，2005； Kastagir和Jayasuriya，2011）。这篇文献综述让人们注意对雨水收集的卫生和水文方面进行研究和开发的必要性。

因此，本案例研究是使用在法国西南地区安装的商用雨水收集系统进行了超过一年的研究。其目的首先是监测水箱中的水和输送的使用水，以便提供有关理化和微生物质量的科学数据，其次是收集与屋顶径流收集有关的水力方面的数据。

1. 方法
2. 采样地点

在法国西南部的一个乡村中，安装了一个商用的家庭雨水收集系统（Sotralentz 居住中心）。房子由有两个父母和两个孩子所组成的家庭所居住。该地区的平均降雨量为760mm，日平均温度为7.9-18.3℃。在安装的系统中，首先从204m²的瓦面屋顶表面收集雨水。然后，这些水通过开式锌槽和下行管道输送到带网孔的铁丝网过滤器中，然后通过一个稳定的入口进入一个容量为5 m³的地下PEHD储罐。发生溢流时，多余的水将流入附近的运河。进水口处带有过滤器的浸入式潜水器附着在浮子上，用于房屋内泵水。在使用之前，收集的雨水通过物理过滤器和活性炭过滤器进行处理。当水箱中没有足够的水时，探针会触发阀门，以便从备用饮用水水箱中抽水。收集的雨水可用于冲洗两个9L的冲水器。雨水收集系统的原理图如图1所示。

该装置还包括一个带倾翻桶的雨量计和一个用于测量水箱水位的压力传感器。用一个三角堰和一个流量计来测量通过溢流口排出的体积。安装了水表来测量输送到厕所冲厕系统的总水量和总供水量。

为了监测水质，每周从水箱（图1，点1）和外部水龙头（图1，点2）收集水样。关于第1点，使用取样棒和烧杯从水箱表面取样，烧杯事先已用酒精消毒，并用UHQ水冲洗一次，用水箱内水冲洗了两次。关于第2点，在流水至少一分钟并且用酒精消毒水龙头后取样。将所有样品放入聚乙烯瓶中进行化学分析，或放在单个无菌瓶中进行微生物分析，然后放在冷藏箱中运送到实验室。样品温度在转移之前进行了原位测量。将样品保存在4℃并在24小时内进行微生物分析或冷冻以等待化学分析。

图1.法国西南部地区雨水收集系统原理图

1. 分析测定

对样本进行pH值和电导率分析。用标准溶液 CertiPUR （VWR） （4.01 和 7.00 ， 25°C）和标准溶液 KCl（0.01 mol·L^-1 ，即 25℃时的1413 mu;S·cm^-1）分别用于检查校准。还分析了样品的颜色、浊度、总硬度、简单碱度和完整碱度、总有机碳、化学需氧量、生物需氧量、总氮和总磷。

使用离子色谱系统对Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-、PO₄^3-、Mg² 、Ca² 、Na 、K 、NH⁴ 进行了分析，测定限量为0.1mg·L^-1。使用的设备如表1所示。

关于微生物质量，使用相关的ISO标准：ISO 6222用于22°C和36°C的总菌群，ISO 9308-1用于总大肠杆菌群和大肠杆菌，ISO 7899-2用于肠球菌，NFT 90-431用于军团菌种和嗜肺军团菌，NFT 90-455用于隐孢子虫卵囊和贾第虫囊，ISO 16266用于铜绿假单胞菌。最后，在过滤后鉴定了气单胞菌。

1. 结果与讨论
   1. 屋顶径流水质量

利用在水箱中收集的雨水的传统参数的最小值，最大值，平均值和中值，将测量变量与法国饮用水标准进行比较（法国官方杂志2007）（表2）。收集到的水的pH范围为5.6-10.4。实际上，2009年1月，克劳斯气旋在法国南部登陆，其特点是狂风（126 km/h）和暴雨（4天内55mm）。现在，在这些强烈的天气事件之后观察到了极端的碱性值。例如，暴风雨后记录的最高pH为10.4，在恢复至弱酸性之前保持5周较高。除了这些与气候有关的峰值外，pH范围为5.6-6.9。相比之下，欧洲文献报道了径流水的pH范围：6.0-8.2（Villarreal和Dixon 2005），7.6-8.8（Sazakli等人2007）和5.8-8.4（Schriewer等人2008）。本研究中收集的样品中有一半的饮用水色度（15 mg Pt / L）和浊度（2 NTU）超过了饮用水限值。离子浓度较低，89%的电导率低于100mu;S·cm^-1。这一发现表明，收集的雨水矿化程度较低。除氨外的离子浓度符合可用的饮用水标准，但氨含量通常很高，无法检测到。收集的雨水的理化质量相对较好，但变化较大，不符合饮用水标准。

表1.理化参数分析和用于研究的设备

表2.数据集的描述性统计数据（采样点1）

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