城市雨水污染控制技術(shù)探討

劉 亮

雨水是一種可以利用的水資源,在用水日趨緊張的今天已越來越受到人們的關(guān)注。如果放任自流,不僅會造成環(huán)境水體的污染,而且造成水資源的浪費。雨水經(jīng)過處理后[1-3],可以用于廁所沖洗、綠地和樹木澆灌、道路清潔、車輛沖洗、基建施工、景觀水以及接受其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的其他用水。20世紀(jì)80年代以來,美日歐等發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)改變了把雨水直接排放水體的做法,進(jìn)行了雨水資源化方面的研究和實踐[4-6]。但是雨水徑流存在著污染,必須經(jīng)過處理后才能夠資源化利用。因此,發(fā)達(dá)國家的雨水徑流污染控制經(jīng)驗,可以為我們控制城市雨水污染提供參考和借鑒。隨著缺水城市越來越多的出現(xiàn),雨水資源化并加以利用將大有前景。

1 雨水徑流的水質(zhì)特征

雨水不同于一般的生活污水,一般溶解性的COD濃度不高,SS濃度相對較高,水質(zhì)變化大,水質(zhì)隨著降雨呈現(xiàn)一定的規(guī)律。雨水徑流的污染主要集中在降雨初期,在降雨時,雨滴攜帶空氣中的污染物質(zhì)降落到地面,沖刷地表,進(jìn)入管道后沖刷管道內(nèi)旱流期間的沉積污染物,污染特別嚴(yán)重。隨著降雨時間的延長,雨水徑流污染程度下降并逐漸趨于穩(wěn)定[1]。有資料顯示,降雨初期的雨水COD高達(dá)3 000 mg/L左右,SS達(dá)到1 000 mg/L左右[7]。

2 城市雨水污染控制

2.1 源頭控制

加強路面和屋面的清潔管理,清掃街道,加強對施工現(xiàn)場、機修廠、停車場廢棄物的管理,控制城市綠地肥料、農(nóng)藥的使用等。清掃街道、停車場對去除汽車尾氣中的重金屬顆粒物十分有效,掃除落葉和碎草可減少進(jìn)入水體的磷總量的30%～40%。

選擇合理的屋面和路面材料也可以在一定程度上減少徑流污染。根據(jù)北京建筑工程學(xué)院車武的研究顯示[9],匯水面性質(zhì)對雨水徑流水質(zhì)有著最直接的影響,油氈屋面明顯比瓦屋屋面污染嚴(yán)重,經(jīng)測試瓦制材料屋面徑流COD值只有瀝青油氈屋面的1/3,且瓦屋面的雨水徑流水質(zhì)比較穩(wěn)定[7,9]。

2.2 雨水傳輸過程污染控制

從傳輸過程來看,控制雨水徑流污染的措施主要有屋面雨水利用,建設(shè)調(diào)蓄設(shè)施,滲透設(shè)施等。

2.2.1 屋面雨水利用

屋面雨水的利用達(dá)到了既控制污染且節(jié)約飲用水的目的。日本在一些城市的建筑物上設(shè)計了收集雨水的設(shè)施,將收集到的雨水用于消防、植樹、洗車、沖廁和冷卻水補給等,經(jīng)處理后也可以供居民飲用。

在建筑物上收集雨水多采用沉淀和過濾的方法,維修管理很方便,一般只需清掃沉淀池和過濾池。為解決降塵和酸雨,通常采用分離設(shè)置微濾網(wǎng),以清除雨水貯存池內(nèi)的泥砂。部分集雨設(shè)施還備有注氯裝置,對雨水貯存池進(jìn)行定期消毒。

2.2.2 調(diào)蓄設(shè)施

雨水調(diào)蓄設(shè)施包括地面調(diào)蓄和地下調(diào)蓄。

地面調(diào)蓄充分利用城市地表條件,利用城市的低洼溝道,河流,蓄水池,水庫等蓄水。地面調(diào)蓄最直接、最經(jīng)濟的辦法是將城市低洼地進(jìn)行優(yōu)化改造,并配以適當(dāng)?shù)囊O(shè)施。城市低洼地能很好地蓄存雨水徑流,雨水還是景觀水的重要補充水源。在公園湖水、居住小區(qū)的人工湖、公共場所等的水景中可考慮接納雨水作為補充水,對于景觀水體系而言,雨水水質(zhì)較好,不需特別處理,可直接用于景觀水體。

地下調(diào)蓄:當(dāng)?shù)孛嫱恋鼐o缺時,就得考慮利用地下蓄水池,在城市雨水管道系統(tǒng)上設(shè)置較大容積的蓄水池,把雨水徑流的洪峰暫時存在里面,待洪峰流量降下來以后,再將貯存在池內(nèi)的水慢慢排出。這樣的調(diào)蓄池暫時調(diào)蓄了洪峰的流量,削減了洪峰,極大的降低了下游雨水干管的斷面尺寸[12,13]。歐美和日本等發(fā)達(dá)國家建立許多地下蓄水池,如名古屋的若宮大通蓄水池(316 m×47 m×10 m),建于城市街道下面,與地面僅有一層混凝土板相隔,最大貯留量約為1.0×105m3[14]。

上海市為了有效利用雨水資源,設(shè)置了暴雨洪水時的匯集和調(diào)蓄設(shè)施,既避免了雨水初期徑流對收納水體的污染,又提高了雨水的利用率。當(dāng)合流制管道中流量很大時,雨水泵站向河流排放超過溢流倍數(shù)的雨水,通過在溢流口附近設(shè)置線外貯存設(shè)施,當(dāng)雨水達(dá)到一定流量后,通過管線轉(zhuǎn)移到管線系統(tǒng)之外的水池貯存,待流量減少后,再由重力流或者泵抽升返回到管網(wǎng)系統(tǒng)送到污水廠處理[15]。

2.2.3 滲透設(shè)施

城市雨水徑流的滲透主要是通過綠地滲透,管道滲透,路面滲透等多種渠道對地面滲透[17]。

綠地滲透是最好的滲透設(shè)施,不僅滲透能力強,而且植物根系還對雨水徑流中的懸浮物、雜質(zhì)有著一定的凈化作用[18]。在城區(qū)可以多規(guī)劃建設(shè)一些低于附近地面、路面的綠地和花壇。宜將城市公園、草坪、苗圃、公路綠化帶等現(xiàn)有綠地改造成良好的入滲場地來接納居民區(qū)和道路上的雨水徑流[19]。

滲透路面:通過多種途徑,將城區(qū)有些不透水地面改造成透水地面。諸如在人行道上鋪設(shè)透水方磚,草皮磚、步行道以下設(shè)置回填砂石、礫料的滲溝等,可以很好的增加入滲量,同時也可降低暴雨徑流的流速、流量,延長滯留時間。美國、墨西哥等國有些地方采用透水性瀝青路面、混凝土透水路面,這些技術(shù)極大地增加了雨水滲透量[14]。

管道滲透:借鑒透水性鋪裝的構(gòu)造做法,城市現(xiàn)有的不透水雨水管溝通過改造也能起到類似透水性鋪裝的作用。日本等發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代提出“滲透型雨水管道”設(shè)想,該做法是將傳統(tǒng)的非透水性排水管道或溝槽改造成類似于打孔PVC管的可透水結(jié)構(gòu),雨水通過滲透型管道同樣可以下滲到底部土壤層。

2.3 末端治理

2.3.1 生態(tài)系統(tǒng)處理

柏林Potsdamer廣場Daimlerchrysler區(qū)域城市水體工程設(shè)計是雨水生態(tài)系統(tǒng)成功范例。該區(qū)域年產(chǎn)徑流雨水量2.3萬m3。采取的主要管理措施:建有屋頂花園4 hm2,雨水貯存池3 500 m3,主要用于沖廁和澆灌綠地(包括屋頂花園);建有人工湖12 hm2,人工濕地1 900 m2,雨水先收集進(jìn)入貯存池,在貯存池中,較大顆粒的污染物可經(jīng)沉淀去除,之后用泵將水輸送至人工濕地和人工水體。通過基層、植物和藻類等來凈化雨水。此外,在這里水不斷循環(huán),鴨子、水鳥、魚等動物都可棲息在水體中或水體周圍,達(dá)到比較和諧統(tǒng)一的狀態(tài)[17]。

2.3.2 高效溢流雨水處理工藝

在當(dāng)前發(fā)達(dá)國家,為了處理降雨初期的溢流雨水,進(jìn)行了人工凈化溢流雨水技術(shù)的研究,開發(fā)出了幾種高效溢流雨水處理工藝,其中Densadeg,Actiflo等處理工藝已經(jīng)商業(yè)化并得到大量應(yīng)用。法國Densadeg是種處理工藝,結(jié)構(gòu)緊湊,易于封閉,對環(huán)境影響小,是一種高效靈活的處理工藝[21],Densadeg具體流程如圖1所示。

該工藝結(jié)構(gòu)緊湊,水力負(fù)荷較高;對流量與污染物負(fù)荷的變化適應(yīng)性強;排泥濃度高(為30 g/L～50 g/L),無需濃縮,可直接脫水;對SS的去除率在85%左右,對 COD和BOD5的去除率可達(dá)60%[18]。

3 化學(xué)強化處理工藝處理雨水

19世紀(jì)后期,英美等國廣泛采用化學(xué)沉淀方法處理城市污水,由于需投加混凝劑,處理運行費用較高,限制了其廣泛應(yīng)用,隨著生物處理技術(shù)的發(fā)展,化學(xué)沉淀法逐漸較少采用。20世紀(jì)80年代,為進(jìn)一步提高污水中有機物和磷的去除程度,又開始重新重視化學(xué)沉淀的應(yīng)用研究。近年來引進(jìn)的“化學(xué)強化一級處理”(CEPA)盡管對氨氮去除效果有限P[60]P,但能有效地去除污水中的懸浮物和膠態(tài)固體物,另外還能高效除磷。在城市污水一級處理的強化技術(shù)研究中,化學(xué)強化一級處理法與混凝劑的發(fā)展密切相關(guān),隨著絮凝劑生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,化學(xué)強化一級處理工藝在城市污水處理中得到廣泛應(yīng)用。

針對溢流污水水量水質(zhì)變化大,溢流時間短,沖擊負(fù)荷大等特點,化學(xué)一級強化處理是溢流污水高效處理裝置的首選方法,國外商業(yè)化的溢流污水處理裝置,本質(zhì)就是化學(xué)一級強化的改進(jìn)和應(yīng)用。

4 結(jié)語

雨水污染控制技術(shù)是一個綜合的體系,它需要從雨水的收集,傳輸,貯存和處理等多方面進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃,協(xié)調(diào)。需要因地制宜,結(jié)合各地具體情況采用合適的技術(shù)手段,收集和有效地利用雨水資源,不但節(jié)約水資源,還大大提高了經(jīng)濟效益,實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 王祖琴,李 田,吳今明.上海市雨水污染控制初探[J].上海環(huán)境科學(xué),2002,21(5):305-307.

[2] 徐 航,何品晶,宗兵年.城市雨水的“防洪、減污、回用”系統(tǒng)[J].中國給水排水,2001,17(2):61-64.

[3] 郭迎慶.我國城市雨水資源化利用的途徑[J].西南給排水,2002,24(2):31-32.

[4] Victoria Plum,Claus P.Dahl,Leif Bentsen,etc..The Actilo method[J].Wat.Sci,Tech,1998,31(1):269-275.

[5] Christian Desjardins,Boniface Koudjonou,Raymond Desjardins.Laboratory study of ballasted floccutation[J].Water Research,2002(36):744-754.

[6] H.Sieker,M.Klein.Best management practices for stormwaterrunoff with alternative methods in a large urban catchment in Berlin,Germany[J].Wat.Sci.Tech,1998,38(10):91-97.

[7] 汪慧貞,李憲法.北京城區(qū)雨水徑流的污染及控制[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2002,15(2):16-18.

[8] 車 武,劉 燕,李俊奇.國內(nèi)外城市雨水水質(zhì)及污染控制[J].給水排水,2003,29(10):38-42.

[9] 車 武.我國缺水城市雨水利用技術(shù)的探討[J].中國給水排水,1999,15(3):22-23.

[10] 車 武,歐 嵐,汪慧貞,等.北京城區(qū)雨水徑流水質(zhì)及其主要影響因素[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2002,3(1):33-37.

[11] 陳自強.雨水利用在日本[J].上海水務(wù),2001,20(1):30.

[12] 劉洪光,石 瑋,徐 偉.淺談雨水調(diào)蓄池的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2002(4):141.

[13] 宋進(jìn)喜,李懷恩,李 琦.城市雨水資源化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2003,22(2):32-35.

[14] 趙廷紅,牛爭鳴.實現(xiàn)城市雨水資源化的基本途徑[J].中國給水排水,2001,17(10):56-58.

[15] 劉樹人,周巧蘭.上海市暴雨積水災(zāi)害成因及防治對策研究[J].城市研究,2000,81(2):18-21.

[16] 李俊奇,車 武.德國城市雨水利用技術(shù)考察分析[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2002,15(1):47-49.

[17] 張榮峰.城市雨水貯留入滲措施探討[J].水土保持研究,1997,4(1):45-50.

[18] 李俊奇,車 武,施 曼.城市雨水利用與節(jié)約用水[J].城鎮(zhèn)供水,2001(2):40-42.

[19] 宋進(jìn)喜,李懷恩,王伯鐸,等.西安市雨水資源化及其利用的探索[J].水土保持學(xué)報,2002,16(3):102-105.

[20] 汪慧貞,車 武,胡家駿.淺議城市雨水滲透[J].給水排水,2001,27(2):4-7.

[21] 吳建磊.污水處理新工藝Densadeg-Biofor[J].中國給水排水,2003,19(1):103-104.