豫南某高校雨水水質(zhì)污染情況研究

楊瀟劍 李謾 陳環(huán)宇 劉蓓 馬明揚

摘要：雨水作為一種自然資源，對其進行回收再利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。當前大多數(shù)高校硬化程度高，各面層雨水徑流量大，區(qū)域涵養(yǎng)水源能力差，致使豐富的雨水資源被白白浪費，同時校園人數(shù)眾多，用水量巨大，可見這種矛盾勢必要得到妥善的解決。因此為了能夠更好的利用雨水資源，本文以豫南某高校為例，對其不同面層不同環(huán)境下雨水水質(zhì)進行檢測分析，以期為后續(xù)雨水回用裝置技術(shù)的開發(fā)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：雨水;水質(zhì);污染;高校;豫南

中圖分類號：X508 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-0-03

Abstract：Rainwater is recycled and reused which meets the requirements of sustainable developmentas a natural resource. At present， most colleges and universities have a high degree of hardening that make large surface runoff and poor rainwater conservation capacity， resulting in the waste of abundant rainwater resources. At the same time， the number of campuses is large and the consumption of water is huge， which shows this contradiction must be properly solved. Therefore， in order to make better use of rainwater resources， this paper takes a university in southern He'nan as an example to test and analyze the rainwater quality in different surface layers and environments， in order to lay a foundation for the development of rainwater reuse technology devices.

Key words：Rainwater;Water quality;Pollution; University;Southern Henan

目前，我國正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速增長期，城鎮(zhèn)面積和數(shù)量快速增加，不可避免地產(chǎn)生越來越多的硬質(zhì)不透水面層（路面、屋頂?shù)龋?，由于排澇標準體系的滯后，城市下水管道難以承受各種突發(fā)天氣狀況的考驗，致使地表徑流增加，城市內(nèi)澇災害頻發(fā)，給人民人身財產(chǎn)安全帶來嚴重損害[1];另一方面原始的生態(tài)環(huán)境也不可避免的遭到嚴重破壞，表現(xiàn)為用以涵養(yǎng)水源的林地、草地、濕地和湖泊等大幅減少，致使80%的降水資源都被浪費掉了[2];同時許多地方雨污水并未進行妥善的分類處理，不僅對自然水體和地下水造成進一步的污染，而且會增加后期處理成本[3]。綜上所述，當前城市所面臨的內(nèi)澇、降水資源浪費、二次污染等問題日益嚴重。

除了大規(guī)模城鎮(zhèn)化建設(shè)需要面對這些問題以外，多數(shù)高校因基礎(chǔ)設(shè)施眾多致使整體硬化程度高并使得區(qū)域涵養(yǎng)水源能力降低、雨水徑流增加，再加上現(xiàn)行的雨水排放系統(tǒng)使得大量降水資源無法得到很好的利用而被白白浪費掉[4];另一方面由于高校人口密集，用水量巨大，使得財政支出增加，所以雨水作為一種資源，如何更好的進行收集和再利用，這勢必會得到廣泛的關(guān)注。

為了更好的設(shè)計和運行雨水收集再利用裝置，需要首先對區(qū)域內(nèi)的降雨和雨水徑流水質(zhì)進行分析研究，以弄清楚不同環(huán)境不同面層以及不同時段下的水質(zhì)情況。本文主要針對豫南某高校不同環(huán)境不同面層下雨水水質(zhì)進行收集檢測，再結(jié)合相關(guān)理念和技術(shù)，對雨污水進行吸收、儲存和凈化，從而有效提升整個校園在雨水資源利用上的能力，為打造生態(tài)、低碳、節(jié)約型校園提供實踐經(jīng)驗。

1 研究方法

1.1 水樣采集

考慮到可能會給降雨和徑流帶來的污染，本研究設(shè)置了6個水質(zhì)取樣點，包括一個自然降雨水樣取樣點。這6個水質(zhì)取樣點均選在河南省南部某高校校區(qū)內(nèi)，分別為山地降水取樣點（降水）、觀光校車停車場取樣點（降水）、餐廳外圍取樣點（降水）以及屋面雨水取樣點（徑流）、塑膠跑道取樣點（徑流）和斜坡坡面取樣點（徑流）。其中山地降水取樣點位于學校理工樓和行政樓之間的山頂上，由于地勢較高、受周圍環(huán)境干擾較少，因此可作為自然降雨水樣取樣點;斜坡坡面取樣點選在外國語樓附近的大下坡位置，可代表城區(qū)一般污染情況下的路面情況，且該位置雨水徑流量較大;屋面雨水取樣點選取圖書館西北角雨水立管，可代表一般污染情況下的屋面情況;觀光校車停車場取樣點選在學校機動觀光車停車點，可代表機動車對降水的污染情況;塑膠跑道取樣點位于校園塑膠跑道雨水流動存水洼中，可代表了塑膠場地對雨水徑流的污染影響情況;餐廳外圍取樣點選自餐廳后廚油煙口位置，可代表餐飲行業(yè)排煙對降水水質(zhì)的影響情況。其中山地降水取樣點、停車場取樣點和餐廳外圍取樣點收集降雨雨水，其他三個采樣點收集面層雨水徑流。

雨水徑流的采集方法：每場降雨從形成徑流開始，每隔十幾分鐘取一次樣，每場雨取一個系列，能反映出整個降雨過程中雨水徑流水質(zhì)隨歷時的變化情況。根據(jù)雨量大小，徑流采樣時間間隔定為15min。0min 開始為第一次采樣，即0～15min以內(nèi)的徑流視為0min降水，采滿200mL為止，記錄采樣開始時間和終止時間。15min開始為第二次采樣，即15～30min或以內(nèi)的降水視為15min降水，采滿200mL為止，記錄采樣開始時間和終了時間，以此類推第三、四次等的采樣時間。若在15min內(nèi)未采滿200mL，則只采集這15min內(nèi)的水樣，下一個時間段則采集另一個水樣。

對于降水水樣收集，我們選用特制的不銹鋼盆（深度25cm）作為簡易取樣裝置，可以較為容易的收集自然降水，并避免了外部污染。為了準確反映自然降水水質(zhì)，取樣前要清洗收集盆，較大的開口便于在短時間內(nèi)獲取足夠的雨水，本收集方式亦每隔15min取一次樣，取樣后立刻清洗并進行下一次收集，方式與徑流收集類似。

1.2 水樣分析檢測方法

根據(jù)研究對象的情況，我們采用如下污染指標來分析和研究降水水質(zhì)變化的情況。水質(zhì)指標均采用國家標準水質(zhì)分析方法進行檢測，具體見下表：

1.3 水質(zhì)評價標準

目前關(guān)于降雨及地表徑流水質(zhì)的相關(guān)標準和回用要求比較少，經(jīng)過對文獻和標準搜集整理，我們確定了以下幾個標準用以對雨水水質(zhì)進行評價分析，其中建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范中對CODcr和SS的要求為范圍值，相應(yīng)達標水體可用于冷卻系統(tǒng)補水、車輛沖洗和沖廁等不同場景。詳情見下表所述：

2 不同面層雨水水質(zhì)分析

根據(jù)上述水樣采集和分析檢測的方法，我們選擇在一次典型降雨中對山地降水取樣點、屋面雨水取樣點、停車場取樣點、塑膠跑道取樣點、餐廳外圍取樣點和坡面取樣點的六組水樣依次進行檢測分析，進而得出其變化規(guī)律。由于本次降雨量較大，三個地點的徑流形成非常快，所以降雨與徑流形成的時間差可以忽略不計。同時自然降水的污染來源，主要是空氣中的粉塵、硫化物和氮氧化物等，這些物質(zhì)在降水的過程中不斷受到雨水的沖刷，所以各項指標基本呈現(xiàn)隨降雨時間的增加而降低的趨勢，水質(zhì)情況一般較好，主要污染物濃度較低，所以也可作為雨水背景值。而其他特殊區(qū)域或不同面層的雨水則會受到各種各樣的污染，導致相關(guān)指標增大，詳情見下述分析。

2.1 雨水中CODcr變化分析

如上圖所示，各雨水類型中CODcr的濃度都隨著降雨歷時的增加而降低，在降雨60min后，基本趨于平緩。這是因為在一場降雨中，降雨以及形成的地表徑流分別淋洗了空氣中和地表上的污染物，所以隨著降雨的持續(xù)，CODcr濃度逐漸降低，并最終穩(wěn)定在較低值。同時我們可以發(fā)現(xiàn)塑膠跑道、屋面徑流和坡面徑流這三種徑流雨水CODcr的濃度要明顯高于其他三種降水的CODcr濃度，可見雨水沖刷各面層可帶走大量有機污染物。其中山地地區(qū)的自然降水CODcr濃度最低，起始濃度為55mg/L，可見雨水背景值比較低，而塑膠跑道的雨水徑流CODcr濃度最高，起始濃度達到430mg/L，歷時60min后逐步穩(wěn)定在200mg/L左右，遠高于相關(guān)標準，可見操場上使用的塑膠材料對雨水徑流造成了很嚴重的污染，其污染物質(zhì)在降雨的過程中還在不斷釋放和溶解，這一區(qū)域的降水需要經(jīng)過適當?shù)奶幚砗徒到獠拍鼙换厥绽?。而其他面層的降雨和徑流?jīng)過一段時間的淋洗沖刷基本都穩(wěn)定在15～40mg/L的范圍內(nèi)，其中山地自然降水為14.3mg/L，達到II類地表水中對CODcr的要求;餐廳外圍和停車場降水以及屋面徑流則都達到30mg/L以下，滿足城市雜用水水質(zhì)標準對CODcr這一指標的要求;坡面徑流的CODcr則維持在45mg/L左右，究其原因可能是該地段人流量和車流量較大，所帶來的有機污染物較多所致。

2.2 雨水中TP和NH3-N的變化分析

從圖3和圖4，我們可以看出所有水樣的TP和NH3-N濃度都滿足城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)標準中的要求，并都隨著降雨歷時的延長先大幅度降低后趨于平穩(wěn)，但各面層徑流雨水（塑膠跑道、屋面徑流、坡面徑流）中的TP和NH3-N濃度要始終高于降雨雨水（山地降水、餐廳外圍、停車場），其原因在于各面層的雨水徑流的污染源較為廣泛，所受到的污染程度也更嚴重。其中坡面徑流的水質(zhì)常常受到汽車尾氣、輪胎磨損、燃油和輪滑油、鐵銹以及路面磨損的影響，TP和NH3-N的污染較為嚴重，屋面徑流和塑膠跑道則由于面層材料、塵土和鳥糞等原因也受到一定程度的污染，都只停留在地表水IV類指標的水平。而降雨雨水則主要是沖刷大氣中的污染物，如汽車尾氣、油煙和塵埃等，所受污染程度較小，60min后雨水中的TP和NH3-N濃度分別降到0.1mg/L和0.5mg/L以下。

2.3 雨水中SS變化分析

從上圖可見，各面層徑流雨水中初始懸浮物質(zhì)（300～600mg/L）要遠遠高于降雨雨水（<100mg/L），這是由于不同面層在周圍環(huán)境的作用下積累了大量不溶物質(zhì)，例如塵土、植物組織和動物糞便等。同樣隨著降雨歷時的延長，六組水樣中的SS值越來越低、差距也逐漸縮小穩(wěn)定在10～60mg/L的范圍內(nèi)，這說明長時間的降雨對各面層的不溶性污染物有較好的沖刷去除作用，其中山地天然降水的SS最低，90min后降至10.3mg/L，基本達到了城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)標準和建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范中對回用雨水SS這一指標的要求，而塑膠操場、屋面徑流和斜坡徑流90min后則分別為60.5mg/L、59.8mg/L和43.7mg/L，餐廳和校車附近的徑流SS次之，可見其大都未達標。

綜上所述，我們將不同類型的降雨和徑流歷時90min后的水質(zhì)參數(shù)進行匯總，再結(jié)合表2水質(zhì)總體評價表后發(fā)現(xiàn)該高校區(qū)域自然降水的水質(zhì)質(zhì)量較好，其后段的雨水基本滿足城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)標準和建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范中的要求，積蓄起來可直接用于沖廁等生活衛(wèi)生用途;而塑膠跑道上的徑流雨水無論是可溶性還是不溶性的污染都最為嚴重，需要經(jīng)過相應(yīng)的處理才能排放和利用，不然會對周邊環(huán)境造成危害;同時坡面和屋面的雨水徑流以及停車場和餐廳外圍的降雨，其污染程度相對較小，個別參數(shù)略有超標，理應(yīng)進行適當?shù)奶幚砗蛢艋蠡厥赵倮谩?/p>

3 結(jié)論和建議

（1）該校作為河南南部地方高校，區(qū)域雨水資源十分豐富，總體受污染程度不高，接下來對雨水回收再利用進行具體研究和操作時，應(yīng)在該論文研究基礎(chǔ)上充分考慮處理技術(shù)、當?shù)貧夂?、植被和地形地貌等多方面因素，這樣才能將校園建設(shè)與雨水管控有機的結(jié)合起來。

（2）在分析檢測的過程中，我們發(fā)現(xiàn)塑膠跑道等特殊區(qū)域產(chǎn)生的徑流雨水受到了較為嚴重污染，遠遠超過國家相關(guān)標準，該問題還有待進一步的調(diào)查和研究。

（3）近年來，為了提高城市的排水防澇和雨水凈化再利用的能力，我國將海綿城市建設(shè)理念作為城市建設(shè)的指導思想并加以實施[5]，因此大學校園在設(shè)計和建設(shè)時應(yīng)積極推廣和應(yīng)用該理論技術(shù)。

參考文獻

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