城市初期雨水處理技術(shù)路線探析

王 斑

（深圳市市政工程咨詢中心有限公司，廣東 深圳 518028）

降雨是自然界水循環(huán)過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，在水的自然循環(huán)中扮演重要角色。降雨是一個隨機(jī)事件，不同地區(qū)降雨的差異性非常大，同一地區(qū)不同時間點降雨差別也比較大。降雨是產(chǎn)生面源污染的前提條件，雨水下落過程中會攜帶空氣中的污染物，降落到地面上的雨水會對地面進(jìn)行沖刷作用，將沉降在地面上的污染物帶入受納水體，從而導(dǎo)致水環(huán)境的惡化。我國是一個淡水資源匱乏的國家，充分利用好雨水資源是解決水資源危機(jī)的重要途徑。

由于降雨產(chǎn)生徑流攜帶的污染物濃度是隨降雨歷時變化的，整個降雨過程中初期雨水水質(zhì)是最差的，因此沒有必要對全部雨水進(jìn)行處理。本文首先介紹了城市初期雨水沖刷規(guī)律，分析了初期雨水水質(zhì)，然后對現(xiàn)階段城市初期雨水處理思路進(jìn)行總結(jié)，最后對城市初期雨水處理技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1　城市雨水沖刷規(guī)律

初期雨水與初期沖刷是初期雨水污染控制過程中兩個非常重要的概念。初期雨水，顧名思義指的是降雨初期的雨水；初期沖刷分為濃度初期沖刷與質(zhì)量初期沖刷，兩者都是從初期雨水污染物濃度相對較高的角度提出的。車伍等對北京市不同下墊面降雨徑流污染物進(jìn)行了測定，通過對大量數(shù)據(jù)的分析得出了雨水徑流源頭污染物沖刷模型，徑流主要污染物如固體懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）等，隨降雨歷時的增加呈指數(shù)形式下降，即徑流污染物主要集中在降雨初期。因此，在進(jìn)行雨水處理時應(yīng)該從初期雨水著手。

2　城市初期雨水水質(zhì)

城市化的加快使城市下墊面發(fā)生了巨大變化，城市化之前的原始土壤被城市化后的擾動土壤、不透水路面等代替。雨水下落到地面以后可以在下滲過程中得到凈化，城市化改變了城市下墊面的下滲性質(zhì)，因此不同的下墊面產(chǎn)生的污染物濃度也是千差萬別的。不同地區(qū)雨水徑流水質(zhì)差別較大，同一地區(qū)不同的下墊面雨水徑流水質(zhì)差別也較大。

表1為我國不同地區(qū)城市道路雨水徑流水質(zhì)，由此可以看出，不同城市的雨水徑流中的TP差別不大；COD從南寧的50.24 mg/L變化到廣州的317.0 mg/L，后者是前者的6倍；南寧市的SS濃度為248.0 mg/L，西安市為2 150.0 mg/L，后者是前者的近9倍；西安市TN濃度為2.40 mg/L，廣州市為11.71 mg/L，廣州市道路雨水徑流中TN濃度是西安市的5倍。由表1還可以看出，不同地區(qū)道路雨水徑流水質(zhì)與該市的經(jīng)濟(jì)、人口密度等密切相關(guān)，經(jīng)濟(jì)程度發(fā)達(dá)的城市能吸引更多的人口，人口密度的增加對城市交通運行產(chǎn)生作用，從而影響道路污染物的累計量。

表1　不同城市道路雨水徑流水質(zhì)

馮偉等研究了北京市與蘇州市不同下墊面雨水徑流水質(zhì)，北京市的校園、高架橋、自行車道與商業(yè)區(qū)的雨水徑流水質(zhì)變化較大，校園中的TN濃度最高、高架橋上的SS濃度變化最大；蘇州市商業(yè)街、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)與居民區(qū)這些不同性質(zhì)的下墊面產(chǎn)生的雨水徑流水質(zhì)變化也比較大[2]。因此，在進(jìn)行雨水源頭處理時，人們應(yīng)根據(jù)不同下墊面選擇不同的處理設(shè)施。

3　城市初期雨水處理思路

初期雨水水質(zhì)受降雨強(qiáng)度、降雨時間間隔與雨型等不確定因素的影響，雨水污染物負(fù)荷的不確定性較高。因此，初期雨水處理應(yīng)采取源頭消減—調(diào)蓄滯蓄—污水廠集中處理的思路。以下對我國初期雨水處理在這三個方面的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)與分析。

3.1　源頭處理

2014年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》，旨在從水量與水質(zhì)兩個方面對雨水進(jìn)行控制。其中，指南中的下凹式綠地、雨水花園等都是對雨水徑流污染的源頭控制措施。田文龍等采用下凹式綠地處理城市初期雨水，試驗雨水來源于初期雨水收集罐[3]。試驗結(jié)果表明，下凹式綠地對城市初期雨水中COD、SS、TP、氨氮的平均去除率分別為90%、95%、50%、70%，同時對重金屬Pb、Zn的去除率也很高，分別為95.2%、93.4%。連續(xù)運行結(jié)果表明，當(dāng)水力負(fù)荷為1.150 m3/（m2·d）時，出水水質(zhì)滿足《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，水力負(fù)荷更低時能夠滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》定義的Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。李俊奇等在北京某辦公樓附近建立了一個雨水花園用于去除辦公樓區(qū)屋面雨水，然后對雨水花園在2008年降雨較集中的5、6、7月份降雨進(jìn)行檢測[4]。檢測結(jié)果表明，雨水花園對色度、SS以及濁度的去除率在90%以上，對COD的平均去除率為64%，對TN的平均去除率為34%，對重金屬Pb、Zn、Cu的去除率高達(dá)80%。由此可見，雨水花園在去除COD與重金屬方面有較高的去除率。

3.2　調(diào)蓄處理

雨水的調(diào)蓄處理指的是對雨水進(jìn)行調(diào)節(jié)和儲蓄。為了對雨水資源進(jìn)行合理的利用，雨天時對一部分雨水進(jìn)行儲存，降雨結(jié)束后調(diào)蓄池對雨水進(jìn)行凈化然后加以利用。調(diào)蓄池的作用主要有：減輕排水管網(wǎng)與污水處理廠壓力；減小洪峰流量，在城市防洪中起重要作用；凈化雨水，使雨水資源得到最大限度的利用；保護(hù)河流，避免水環(huán)境的惡化。調(diào)蓄池已經(jīng)在日本、德國以及我國上海世博園中得到了廣泛應(yīng)用，可以對雨水資源進(jìn)行充分利用，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。蘇州河環(huán)境綜合整治二期工程建造了5座國內(nèi)首批儲存式雨水調(diào)蓄池，在雨水調(diào)蓄與凈化方面取得了顯著的環(huán)境效益。程江等等從雨水調(diào)蓄池容積設(shè)計與效益實證分析、污染物減排容積設(shè)計方法兩個方面對雨水調(diào)蓄池的設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行了總結(jié)[5]。研究結(jié)果表明，雨水調(diào)蓄池的容積設(shè)計方法是影響雨水調(diào)蓄池污染物削減量的直接因素。

3.3　污水處理廠處理

對雨水管渠設(shè)置截留井，將初期降雨截留并引入污水處理廠進(jìn)行處理是一種處理初期雨水的有效方法。污水廠在雨天與晴天分別采取不同的處理方式，既保證了晴天污水處理的水質(zhì)，又能對雨天初期雨水進(jìn)行處理。上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司的徐文征通過計算機(jī)仿真軟件利用活性污泥2號模型對污水廠接納的初期雨水的處理進(jìn)行模擬研究，探討污水處理廠對初期雨水進(jìn)行處理的可行性。模擬結(jié)果表明，接納初期雨水后，污水處理廠COD、BOD5（生化需氧量）、SS、氨氮、TN與TP去除率分別為87%、95%、92%、85%、50%、84%，各污染物的去除效率較高。因此，污水處理廠接納初期雨水的處理是可行的，在建設(shè)污水廠時應(yīng)該考慮初期雨水量，并相應(yīng)地增加池容。林英對廣州市某污水廠三期工程初期雨水處理工藝進(jìn)行了探討，結(jié)合廣州市雨水水質(zhì)特點，提出了預(yù)處理-高密度沉淀池工藝，該工藝能適應(yīng)廣州市雨水波動大等特點，取得了較好的初期雨水處理效果[7]。

4　結(jié)論

雨水是寶貴的淡水資源，初期雨水的處理是充分利用雨水的關(guān)鍵。不同地區(qū)的雨水徑流水質(zhì)差別較大，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行初期雨水處理工藝設(shè)計。初期雨水的處理應(yīng)采取源頭分散治理、調(diào)蓄滯蓄凈化與污水廠處理相結(jié)合的方式。雖然初期雨水處理技術(shù)在我國實際工程中取得了較大的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益，但是仍存在一些急需解決的問題。

源頭初期雨水分散處理設(shè)施的凈化效率是逐年遞減的，如何對這些設(shè)施進(jìn)行維護(hù)以維持其對初期雨水污染物高效的去除效率是未來研究的重點。初期雨水水質(zhì)與降雨強(qiáng)度、降雨時間間隔密切相關(guān)，合理設(shè)計調(diào)蓄池的容積才能保證其出水水質(zhì)的穩(wěn)定，未來的雨水調(diào)蓄池設(shè)計應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮。如何提高雨天污水處理廠對初期雨水的抗沖擊負(fù)荷能力，保證污水處理廠高效運行是研究者要考慮的問題。