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城市初期雨水收集與處理的探討
隨著(zhù)城市大氣污染及地面污染的嚴重,雨水徑流污染愈加嚴重,尤其是污染物較多的初期雨水。下面就來(lái)看看城市初期雨水收集與處理的探討吧。
1 國內外城市雨水利用現狀
1.1 國外城市雨水利用
從20世紀80年代開(kāi)始,世界各國就開(kāi)始探索雨水資源化利用。目前世界上很多國家已經(jīng)認識到了雨水的利用價(jià)值,采用各種技術(shù)、設備和措施對雨水進(jìn)行收集、利用、控制和管理。美國、加拿大、意大利、德國、法國、日本、蘇丹、也門(mén)、澳大利亞等五大洲約40多個(gè)國家和地區已經(jīng)開(kāi)展了不同規模的雨水利用與管理的研究和應用[1]。
技術(shù)方面,國外城市雨水利用的方式主要有三種:一是屋面雨水集蓄系統,收集下來(lái)的雨水主要用于家庭、公共場(chǎng)所和企業(yè)的非飲用水;二是雨水截污與滲透系統,道路雨水通過(guò)下水道排入沿途大型蓄水池或通過(guò)滲透補充地下水;三是生態(tài)小區雨水利用系統,小區沿著(zhù)排水道建有滲透淺溝,表面植有草皮,供雨水流過(guò)時(shí)下滲,超過(guò)滲透能力的雨水則進(jìn)入雨水池或人工濕地,作為水景或繼續下滲[2]。
政策方面,許多國家和地區已經(jīng)出臺了相應的技術(shù)手冊、規范和標準,另外還制訂了一系列有關(guān)雨水利用的法律法規,對雨水利用給予支持。如德國聯(lián)邦水法、建設法規和地區法規均以法律條文或規定的形式,要求加強對自然環(huán)境的保護和水的可持續利用,如規定新建項目的業(yè)主必須對雨水進(jìn)行處置和利用。同時(shí),通過(guò)經(jīng)濟手段控制雨水排放量,如向業(yè)主征收不透水地面面積的雨水費用等[3]。
設備方面,專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)雨水利用設備的廠(chǎng)家和公司也逐漸增多。德國GEP公司的雨水過(guò)濾器、屋頂雨水利用控制設備、雨水儲存罐等產(chǎn)品暢銷(xiāo)整個(gè)歐洲市場(chǎng);德國UFT公司的流量控制和監控設備已經(jīng)開(kāi)始在全球20多個(gè)國家和地區銷(xiāo)售和使用;荷蘭WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整體式雨水檢查井、雨水口等雨水利用設備已經(jīng)在全球30多個(gè)國家使用。
此外,德國在污水聯(lián)合會(huì )ATV規范框架下,基于水體的分類(lèi)、空氣的污染狀況、匯水區域的被污染狀況、雨水處理設施的效果四個(gè)方面,做出雨水攜帶的污染負荷對水體影響的評價(jià)。根據評價(jià)結果,可以分析應該如何布置雨水處理設施或提出改進(jìn)現有雨水處理設施的建議。另外還提出了雨水攜帶污染負荷對水體影響的定量評價(jià)方法,將計算出的污染負荷評價(jià)指數與水體目標指數相比較,就可以方便地評價(jià)雨水攜帶的污染負荷對水體的影響,并初步判斷應采取哪些處理措施[4]。
1.2 國內城市雨水利用
我國城市雨水利用具有悠久的歷史,而真正意義上的城市雨水利用的研究與應用卻從20世紀80年代開(kāi)始,并于90年代發(fā)展起來(lái)?偟膩(lái)說(shuō)技術(shù)還較落后,缺乏系統性,更缺少法律、法規保障體系。20世紀90年代以后,我國特大城市的一些建筑物已建有雨水收集系統,但是沒(méi)有處理和回用系統。在技術(shù)和資金缺乏的情況下,收集后的雨水未經(jīng)任何處理直接排入水體,對城市水體水質(zhì)造成了很大的影響。
隨著(zhù)城市和工業(yè)的發(fā)展,水源危機和雨洪危害日益嚴重。雨水作為重要的水資源加以收集利用,實(shí)行綜合治理已成為重要的新興課題。在城市總體規劃上,過(guò)去普遍采用的合流制排水系統大多數已被改制,改為分流制或截流制排水系統。但是,對于初期雨水未進(jìn)行截流處理,多與中后期雨水一樣排入水體。
雨水收集利用的新技術(shù)和新設備也不斷涌現。對于大型公用建筑、居住區、建筑群等屋面及地面雨水,經(jīng)收集和一定處理后,除用于土地入滲補充地下水,還可用于景觀(guān)環(huán)境、綠化、洗車(chē)場(chǎng)用水、道路沖洗、冷卻水補充、沖廁及一些其他生活用水用途。通過(guò)因地制宜的規劃設計結合雨水收集、利用設備的實(shí)施,減少用于以上用途的自來(lái)水用量,既可以節約水資源,又可以節約大量自來(lái)水費和排污費。另外還有小型雨水利用設備如一體化HDPE雨水貯存利用設備,是以HDPE密封式貯罐為基體,在罐內設置相應的機電設備。罐體可以安放在地面上或者埋入地下,自屋面或者其他集流場(chǎng)所收集的雨水在罐內做簡(jiǎn)單處理。貯水可以通過(guò)自動(dòng)化設備提供給沖廁、澆灌綠地、洗車(chē)、水景等用途。罐內設有水位計量裝置,最低水位時(shí)限制吸水,提示引入其他水源。該設備可廣泛應用于小型建筑、別墅、洗車(chē)場(chǎng)、住宅的雨水收集與利用。但是這些設備中,對于初期雨水均采用棄流的方式,也沒(méi)有對棄流后的處理提出較好的方案。
目前,我國大中城市的雨水利用基本處于探索與研究階段,北京、上海、大連、哈爾濱、西安等許多城市相繼開(kāi)展研究,已顯示出良好的發(fā)展勢頭。由于缺水形勢嚴峻,北京市開(kāi)展的步伐較快,城市雨水利用已進(jìn)入示范與實(shí)踐階段!侗本┏鞘锌傮w規劃(2004—2020年)》的描述,市政系統的中水將成重要水源,到2020年,中心城和新城區的雨水管道覆蓋率達90%以上,完善污水處理設施和回收系統,建立中水回用系統,使中水成為城市綠化、道路澆水、生活雜用和工業(yè)冷卻等主要水源[1]。通過(guò)一批示范工程,爭取用較短的時(shí)間帶動(dòng)整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展,實(shí)現城市雨水利用的標準化和產(chǎn)業(yè)化,從而加快我國城市雨水利用的步伐。
2 城市初期雨水收集處理的必要性
雨水徑流污染屬于非點(diǎn)源污染,具有突發(fā)性和非連續性。雨水污染的特點(diǎn)是:初期雨水中的污染物含量高,隨著(zhù)徑流的持續,雨水徑流的表面被不斷沖洗,污染物含量逐漸減小到相對穩定的濃度[5]。
隨著(zhù)城市大氣污染及地面污染的嚴重,雨水徑流污染愈加嚴重,尤其是污染物較多的初期雨水。據調查,某些地區的初期雨水的污染物指標最高值已遠遠高于典型城市生活污水。北京市曾經(jīng)對道路地面徑流雨水污染情況進(jìn)行過(guò)測試,與《污水排放綜合標準》(GB 8978—96)及《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GBZB1—99)相比,SS、BOD5和COD指標的最高值均超出許多?梢(jiàn),初期雨水攜帶的污染負荷相當高且難于控制,已經(jīng)嚴重超出直接排放水體的標準[6]。因此,對于城市初期雨水進(jìn)行收集處理是十分必要的。
3 初期雨水收集處理問(wèn)題及建議
3.1 初期雨水量的計算
既然要進(jìn)行初期雨水的收集處理,初期雨水量的計算是必不可少的。但是目前在我國對初期雨水量還沒(méi)有較為統一準確的計算方法。綜合設計院設計人員的經(jīng)驗,一般按照下雨10 min或者15 min的時(shí)間來(lái)計算初期雨水量。依據《給水排水工程快速設計手冊》中相關(guān)要求,確定建設項目初期雨水收集時(shí)間為5 min,根據實(shí)際工程經(jīng)驗計算出降雨歷時(shí)為8 min,由此按降雨歷時(shí)8 min計算初期雨水流量。這些不同的計算方法并沒(méi)有注明適用條件,在具體設計中不知如何選用。因此,期待有更準確的計算方法,標注有清楚的使用條件以及較為精確的公式系數,為初期雨水的設計提供理論依據。
3.2 初期雨水的截流
隨著(zhù)初期雨水的危害性被人們所認知,在我國一些大中型城市的規劃設計中,已經(jīng)開(kāi)始考慮到初期雨水的收集處理。由于道路初期雨水的污染最為嚴重,首先開(kāi)始引起重視的是道路初期雨水的分流問(wèn)題。在排水系統為合流制或截流制的城市,怎樣把初期雨水截流到生活污水管網(wǎng)成為最普遍的問(wèn)題。
若采用截流,當雨量較大時(shí),后期的雨水必然會(huì )對污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生負荷沖擊,由此帶來(lái)截流管徑應該取多少的問(wèn)題;若按照截流井的做法把初期雨水截入污水系統,溢流井應該按照怎樣的條件設計;如何確定截流井的截流倍數;截流點(diǎn)至匯流面積內不同距離也導致截流的不科學(xué)性,通常會(huì )出現該截流的污水流入了水體,水質(zhì)較好的雨水進(jìn)入了污水處理廠(chǎng),因此是否應該采用截流和調蓄相結合的方式。諸如此類(lèi)的問(wèn)題在具體設計中經(jīng)常遇到。由于國外的污水雨水排水系統多為雨污分流制,因此少有合流制和截流制的技術(shù)經(jīng)驗可借鑒。在我國初期雨水收集處理的經(jīng)驗較少的情況下,對于這些問(wèn)題的解決就依靠設計者從失敗中總結經(jīng)驗,得出適合我國國情的初期雨水截流的方法。
3.3 初期雨水的污染負荷對水體影響的評價(jià)
前面已提到,德國在A(yíng)TV規范框架下,做出雨水攜帶的污染負荷對水體影響的評價(jià)。根據評價(jià)結果,可以分析應該如何布置雨水處理設施或提出改進(jìn)現有雨水處理設施的建議。我國現階段對雨水的收集處理還沒(méi)有較系統的污染負荷評價(jià)方式,對雨水的收集也未根據水質(zhì)而分類(lèi)處理。因此,學(xué)習引進(jìn)國外先進(jìn)的經(jīng)驗技術(shù),對我國雨水收集技術(shù)的發(fā)展是相當必要的。
3.4 初期雨水的處理方法
我國目前對初期雨水的收集處理還處于初期階段,收集初期雨水僅僅是不讓其排入水體污染水質(zhì),但對于初期雨水的處理和回用考慮得相當少,多數直接排入市政生活污水管網(wǎng)。初期雨水中含有的污染物濃度較高,尤其是道路初期雨水,直接排入生活污水管網(wǎng)會(huì )給污水廠(chǎng)帶來(lái)較大的負荷。另外,屋面初期雨水中污染物的含量雖高,但是多為固體顆粒和無(wú)機雜質(zhì),經(jīng)簡(jiǎn)單沉淀處理后水質(zhì)也可以達到較好的標準。因此,對于初期雨水的處理和回用應該分具體情況而定,找出針對不同區域初期雨水的處理利用方式,做到珍惜水資源,充分利用雨水資源。
筆者認為,對于道路初期雨水,可以在截流時(shí)設置一些穩定塘作為雨水調節池,根據初期雨水量確定調節池的容積,中后期雨水溢流到水體中,雨水調節池設計成穩定塘,可就地處理初期雨水。對于屋面初期雨水,可在小區內設置集中的小型初沉設備,初期雨水經(jīng)收集和簡(jiǎn)單處理后,排入小區內的水景系統或澆灑綠地,如果污染較為嚴重未達到回用標準,則可以在小區內建設小型景觀(guān)式或園林式人工濕地,通過(guò)人工濕地對初期雨水進(jìn)行再處理,同時(shí)也可以豐富小區綠化樣式。
4 小 結
(1)將棄流的初期雨水直接排入城市周邊水體或排入市政排水管網(wǎng)會(huì )嚴重破壞水體生態(tài)環(huán)境或者給城市污水處理廠(chǎng)帶來(lái)負荷沖擊。因此,從城市水處理的整體角度和長(cháng)遠角度來(lái)看,城市在道路建設和小區等工程項目中,都應該設計相應的雨水收集設施,同時(shí)要把初期雨水收集處理的問(wèn)題考慮在內,做出在不同情況下針對初期雨水的不同的收集及處理方案。
(2)目前初期雨水的危害已受到廣泛重視,我國部分大中型城市的建設中也開(kāi)始考慮初期雨水。但是缺乏經(jīng)驗,在設計中存在一定的問(wèn)題:初期雨水的計算還沒(méi)有較為準確統一的設計依據;城市排水系統如何截流初期雨水,以及截流后的初期雨水如何處理還未得到較好的解決;污染負荷相對較小的屋面初期雨水也沒(méi)有得到普遍的收集和充分的利用。同時(shí)缺少較為系統的污染負荷評價(jià)方法來(lái)輔助分析初期雨水的處理方案。
(3)對于道路初期雨水,可在截流時(shí)設置一些雨水調節設施,就地處理初期雨水,減輕污水廠(chǎng)負荷。對于屋面初期雨水,可在小區內設置小型處理設備,初期雨水經(jīng)簡(jiǎn)單處理后作為水景和綠地用水;或者在小區內建設小型景觀(guān)式或園林式人工濕地,對初期雨水進(jìn)行處理,豐富小區綠化樣式。
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