城市雨水處理與凈化技術(shù)分析探討

董春君，黃陽(yáng)陽(yáng)，趙怡超，陸 海

（1.吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118；2.長(zhǎng)春科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

城市雨水處理與凈化技術(shù)分析探討

董春君1，黃陽(yáng)陽(yáng)1，趙怡超1，陸 海2

（1.吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118；2.長(zhǎng)春科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

隨著城市化的持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)城市地面硬化面積不斷增加。這導(dǎo)致城市雨水徑流不能及時(shí)排泄，長(zhǎng)時(shí)間滯留在地表，使得城市內(nèi)澇加劇，雨水質(zhì)量變差。本文以城市雨水處理與凈化技術(shù)為研究對(duì)象，詳細(xì)探討了常規(guī)處理工藝的沉淀、過(guò)濾及消毒等流程，指出人們應(yīng)結(jié)合城市雨水的水質(zhì)特征和雨水利用系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇和設(shè)計(jì)雨水處理工藝，以達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。

城市雨水；凈化處理；沉淀；過(guò)濾；消毒

城市化是導(dǎo)致自然水文循環(huán)改變的首要因素。過(guò)度城市化使城市的不透水面積不斷增加，當(dāng)降雨發(fā)生時(shí)，地表徑流不能被透水下墊面截留，使得地表徑流量不斷上升，導(dǎo)致城市內(nèi)澇的發(fā)生[1]。同時(shí)，城市地表徑流沖刷下墊面產(chǎn)生的非點(diǎn)源污染也是城市化進(jìn)程的產(chǎn)物，城市人口逐漸增多，人類的頻繁活動(dòng)導(dǎo)致降雨徑流中攜帶大量的營(yíng)養(yǎng)物、沉積物、油脂、重金屬等污染物，研究發(fā)現(xiàn)，129種重點(diǎn)污染物中約有一半都在地表徑流中出現(xiàn)。在我國(guó)城市化發(fā)展較早的城市，受納水體的有機(jī)污染負(fù)荷量的一半以上來(lái)自降雨徑流。城市化引發(fā)的自然水文循環(huán)的改變使城市中內(nèi)澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，徑流非點(diǎn)源污染不斷加重，還會(huì)引起城市河流和湖泊的生物棲息地退化、單一化及河道侵蝕等生態(tài)問(wèn)題[2-3]。

1 研究背景

建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)。因此，人們必須樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，像對(duì)待生命一樣對(duì)待生態(tài)環(huán)境。早在2013年，習(xí)近平總書記就在中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議上指出：“在提升城市排水系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來(lái)，優(yōu)先考慮利用自然力量排水，建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市’。”因此，建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化和環(huán)境資源協(xié)調(diào)發(fā)展的重要體現(xiàn)，也是今后我國(guó)城市建設(shè)的重大任務(wù)。

2 雨水處理技術(shù)分析

根據(jù)雨水的不同用途和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，城市雨水一般需要通過(guò)處理后才能滿足使用要求，常規(guī)的各種水處理技術(shù)通常都可以用于雨水處理[4]。同時(shí)，人們應(yīng)注意城市雨水的水質(zhì)特征和雨水利用系統(tǒng)的特點(diǎn)，根據(jù)其特殊性來(lái)選擇、設(shè)計(jì)雨水處理工藝，從而提高處理效率。通常，常規(guī)雨水處理工藝主要包含沉淀、過(guò)濾及消毒等工藝步驟。

2.1 雨水沉淀池選擇

城市雨水的水質(zhì)特點(diǎn)決定其主要為自由沉淀類型，沉淀過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。雨水中密度大于水的固體顆粒在重力作用下沉淀到池底與水分離，沉淀速率主要取決于固體顆粒的密度和粒徑。事實(shí)上，由于不同的顆粒有不同的沉降速率，一些密度與水接近的顆粒在水中停留時(shí)間很長(zhǎng)，因此城市雨水的實(shí)際沉淀過(guò)程也很復(fù)雜。另外，對(duì)于降雨過(guò)程中的連續(xù)流沉淀池來(lái)說(shuō)，固體顆粒不斷隨雨水進(jìn)入沉淀池，流量隨降雨歷時(shí)和降雨強(qiáng)度變化，水的紊流使顆粒的沉淀過(guò)程難以精確描述。在雨水利用系統(tǒng)中，如果不考慮降雨期間進(jìn)水過(guò)程，雨停后池內(nèi)基本處于靜止沉淀狀態(tài)，沉淀效果較好。

雨水沉淀池可以按照傳統(tǒng)污水沉淀池的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以采用平流式、豎流式、輻流式、旋流式等形式，其目的是在流動(dòng)過(guò)程中將固體顆粒從雨水中分離出來(lái)。考慮降雨的非連續(xù)性，可根據(jù)雨水沉淀的特點(diǎn)將其設(shè)計(jì)為靜態(tài)沉淀池，與調(diào)蓄池共用以減少投資。當(dāng)雨水中含有較多的砂粒等顆粒物且雨水利用系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)，也可以在調(diào)蓄池之前設(shè)計(jì)旋流式沉砂池。具體設(shè)計(jì)時(shí)，人們應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的、場(chǎng)地、水質(zhì)、后續(xù)工藝和運(yùn)行要求等情況加以選擇。

2.2 雨水過(guò)濾池選擇

雨水過(guò)濾是使雨水通過(guò)濾料（如砂等）或多孔介質(zhì)（如土工布、微孔管、網(wǎng)等），以截留水中的懸浮物質(zhì)，從而使雨水凈化的物理處理法。這種方法既可用于后續(xù)處理工藝的預(yù)處理，也可用于最終的處理工藝。雨水過(guò)濾的處理過(guò)程主要利用的是懸浮顆粒與濾料顆粒之間粘附作用和物理篩濾作用。在過(guò)濾過(guò)程中，濾層空隙中的水流一般處于層流狀態(tài)，被水流攜帶的顆粒將隨著水流流線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水中顆粒遷移到濾料表面時(shí)，則在范德華力、靜電力相互作用，以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力下，其被粘附于濾料顆粒表面，或者濾料表面原先粘附的顆粒上。此外，也會(huì)有一些絮凝顆粒的橋架作用。在過(guò)濾后期，表層篩濾作用會(huì)更明顯。

雨水的過(guò)濾以表面過(guò)濾為主，它是利用過(guò)濾介質(zhì)的空隙篩除作用截留懸浮固體，而被截留的顆粒物聚集在過(guò)濾介質(zhì)表面的一種過(guò)濾方式。根據(jù)雨水中固體顆粒的大小及過(guò)濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，表面過(guò)濾可以分為粗略、微濾、膜濾。粗濾以篩網(wǎng)或類似的帶孔眼材料為過(guò)濾介質(zhì)，截留的顆粒約在100 μm以上，雨水篩網(wǎng)和截污掛籃等粗濾在雨水處理中往往作為預(yù)處理或源頭處理措施。微濾所截留的顆粒約為100～0.1 μm，所用的介質(zhì)有篩網(wǎng)、多孔材料等，在截污掛籃中鋪設(shè)土工布即屬此類。膜濾所用過(guò)濾介質(zhì)為人工合成的濾膜，電滲析法、納濾法即屬這一類。膜濾在雨水凈化中較少采用，僅在雨水回用有較高水質(zhì)要求和有相應(yīng)的費(fèi)用承擔(dān)能力時(shí)采用。

2.3 雨水消毒方法選擇

雨水經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾或滯留塘、濕地等處理工藝后，水中的懸浮物濃度和有機(jī)物濃度已較低，細(xì)菌的含量也大幅減少，但細(xì)菌的絕對(duì)值仍可能很高，并可能有病原菌。因此，根據(jù)雨水的用途，應(yīng)考慮在利用前進(jìn)行消毒處理。消毒是指通過(guò)消毒劑或其他消毒手段滅活水中絕大部分病原體，使雨水中的微生物含量達(dá)到用水指標(biāo)要求的各種技術(shù)。雨水消毒應(yīng)滿足兩個(gè)條件：經(jīng)消毒后的雨水在進(jìn)入輸送管網(wǎng)前，水質(zhì)必須符合相關(guān)用水的細(xì)菌學(xué)指標(biāo)要求；消毒的作用必須一致保持到用水點(diǎn)處，以防止可能出現(xiàn)的病原體危害或者再生。

雨水的水量變化大，水質(zhì)污染較輕，而且利用具有季節(jié)性、間歇性、滯后性，因此宜選用價(jià)格便宜、消毒效果好、具有后續(xù)消毒作用以及維護(hù)管理簡(jiǎn)便的消毒方式。人們可采用技術(shù)最為成熟的加氯消毒方式，小規(guī)模雨水利用工程也可以考慮紫外線消毒或投加消毒劑的方法。根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)際的雨水利用工程運(yùn)行情況，在非直接回用、不與人體接觸的雨水利用項(xiàng)目中（如雨水通過(guò)較自然的收集、截污方式，補(bǔ)充景觀水體），消毒可以只作為一種備用措施，加熱消毒、金屬離子消毒不宜采用。

3 結(jié)語(yǔ)

建設(shè)“海綿城市”，構(gòu)建“低影響開(kāi)發(fā)”的城市雨水系統(tǒng)，是從源頭上緩解城市內(nèi)澇、削減城市徑流污染負(fù)荷、節(jié)約水資源、保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境，從而解決水資源緊缺問(wèn)題的有效手段。在具體應(yīng)用常規(guī)工藝對(duì)雨水進(jìn)行沉淀、過(guò)濾和消毒處理時(shí)，人們應(yīng)結(jié)合城市雨水的水質(zhì)特征和雨水利用系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇和設(shè)計(jì)最佳的雨水處理工藝，并確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 車 武，李俊奇.從第十屆國(guó)際雨水利用大會(huì)看國(guó)內(nèi)外城市雨水利用的現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].給水排水，2002，28（2）：12-14.

2 車 武，李俊奇.城市雨水利用技術(shù)與管理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

3 喬翠平，孫緒金，孫萬(wàn)里，等.城市雨水利用技術(shù)開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用研究[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2015.

4 王 琳.城市水資源短缺與雨水收集利用[J].給水排水，2001，27（2）：1-3.

Analysis of Urban Rainwater Treatment and Purification Technology

Dong Chunjun1,Huang Yangyang1,Zhao Yichao1,Lu Hai2
(1.School of Municipal and Environmental Engineering,Jilin Architecture University,Changchun 130118,China; 2.School of Civil Engineering,Changchun Institute of Technology,Changchun 130022,China)

With the continuous promotion of urbanization,the area hardened in cities of our country is continuously increasing.This led to the urban stormwater runoff can not be excreted in a timely manner,stay in the surface for a long time,making the city more waterlogging,poor quality of rainwater.In this paper,the urban rainwater treatment and purification technology is taken as the research object,and the processes of sedimentation,filtration and disinfection of the conventional treatment process are discussed in detail.It is pointed out that people should select and design the rainwater treatment process according to the characteristics of the urban rainwater quality and rainwater utilization system,In order to achieve the best economic benefits.

urban rainwater; purification treatment; precipitation; filtration; disinfection

X703

A

1008-9500(2017)11-0054-03

2017-09-06

本文系吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201610191133）的階段性研究成果之一。

董春君（1995-），女，山東煙臺(tái)人，本科在讀，研究方向：給排水科學(xué)與工程。

陸海，haimm110@126.com