城市雨水污染控制技術探討

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注。如果放任自流,不僅會造成環境水體的污染,而且造成水資源的浪費。雨水經過處理后[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標準的其他用水。20世紀80年代以來,美日歐等發達國家就已經改變了把雨水直接排放水體的做法,進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,必須經過處理后才能夠資源化利用。因此,發達國家的雨水徑流污染控制經驗,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,雨水資源化并加以利用將大有前景。

1 雨水徑流的水質特征

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,水質變化大,水質隨著降雨呈現一定的規律。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降落到地面,沖刷地表,進入管道后沖刷管道內旱流期間的沉積污染物,污染特別嚴重。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定[1]。有資料顯示,降雨初期的雨水COD高達3 000 mg/L左右,SS達到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,加強對施工現場、機修廠、停車場廢棄物的管理,控制城市綠地肥料、農藥的使用等。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。根據北京建筑工程學院車武的研究顯示[9],匯水面性質對雨水徑流水質有著最直接的影響,油氈屋面明顯比瓦屋屋面污染嚴重,經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比較穩定[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,建設調蓄設施,滲透設施等。

2.2.1 屋面雨水利用

屋面雨水的利用達到了既控制污染且節約飲用水的目的。日本在一些城市的建筑物上設計了收集雨水的設施,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,通常采用分離設置微濾網,以清除雨水貯存池內的泥砂。部分集雨設施還備有注氯裝置,對雨水貯存池進行定期消毒。

2.2.2 調蓄設施

雨水調蓄設施包括地面調蓄和地下調蓄。

地面調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。地面調蓄最直接、最經濟的辦法是將城市低洼地進行優化改造,并配以適當的引水設施。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,雨水水質較好,不需特別處理,可直接用于景觀水體。

地下調蓄:當地面土地緊缺時,就得考慮利用地下蓄水池,在城市雨水管道系統上設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,再將貯存在池內的水慢慢排出。這樣的調蓄池暫時調蓄了洪峰的流量,削減了洪峰,極大的降低了下游雨水干管的斷面尺寸[12,13]。歐美和日本等發達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,設置了暴雨洪水時的匯集和調蓄設施,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的雨水,通過在溢流口附近設置線外貯存設施,當雨水達到一定流量后,通過管線轉移到管線系統之外的水池貯存,待流量減少后,再由重力流或者泵抽升返回到管網系統送到污水廠處理[15]。

2.2.3 滲透設施

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、雜質有著一定的凈化作用[18]。在城區可以多規劃建設一些低于附近地面、路面的綠地和花壇。宜將城市公園、草坪、苗圃、公路綠化帶等現有綠地改造成良好的入滲場地來接納居民區和道路上的雨水徑流[19]。

滲透路面:通過多種途徑,將城區有些不透水地面改造成透水地面。諸如在人行道上鋪設透水方磚,草皮磚、步行道以下設置回填砂石、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造做法,城市現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。日本等發達國家20世紀80年代提出“滲透型雨水管道”設想,該做法是將傳統的非透水性排水管道或溝槽改造成類似于打孔PVC管的可透水結構,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 生態系統處理

柏林Potsdamer廣場Daimlerchrysler區域城市水體工程設計是雨水生態系統成功范例。該區域年產徑流雨水量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,雨水先收集進入貯存池,在貯存池中,較大顆粒的污染物可經沉淀去除,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,鴨子、水鳥、魚等動物都可棲息在水體中或水體周圍,達到比較和諧統一的狀態[17]。

2.3.2 高效溢流雨水處理工藝

在當前發達國家,為了處理降雨初期的溢流雨水,進行了人工凈化溢流雨水技術的研究,開發出了幾種高效溢流雨水處理工藝,其中Densadeg,Actiflo等處理工藝已經商業化并得到大量應用。法國Densadeg是種處理工藝,結構緊湊,易于封閉,對環境影響小,是一種高效靈活的處理工藝[21],Densadeg具體流程如圖1所示。

該工藝結構緊湊,水力負荷較高;對流量與污染物負荷的變化適應性強;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60%[18]。

3 化學強化處理工藝處理雨水

19世紀后期,英美等國廣泛采用化學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,限制了其廣泛應用,隨著生物處理技術的發展,化學沉淀法逐漸較少采用。20世紀80年代,為進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沉淀的應用研究。近年來引進的“化學強化一級處理”(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研究中,化學強化一級處理法與混凝劑的發展密切相關,隨著絮凝劑生產技術的發展,化學強化一級處理工藝在城市污水處理中得到廣泛應用。

針對溢流污水水量水質變化大,溢流時間短,沖擊負荷大等特點,化學一級強化處理是溢流污水高效處理裝置的首選方法,國外商業化的溢流污水處理裝置,本質就是化學一級強化的改進和應用。

4 結語

雨水污染控制技術是一個綜合的體系,它需要從雨水的收集,傳輸,貯存和處理等多方面進行系統的規劃,協調。需要因地制宜,結合各地具體情況采用合適的技術手段,收集和有效地利用雨水資源,不但節約水資源,還大大提高了經濟效益,實現城市的可持續發展。

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