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城市初期雨水收集與處理的探討
隨著城市大氣污染及地面污染的嚴(yán)重，雨水徑流污染愈加嚴(yán)重，尤其是污染物較多的初期雨水。下面就來看看城市初期雨水收集與處理的探討吧。
1 國(guó)內(nèi)外城市雨水利用現(xiàn)狀
1.1 國(guó)外城市雨水利用
從20世紀(jì)80年代開始，世界各國(guó)就開始探索雨水資源化利用。目前世界上很多國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了雨水的利用價(jià)值，采用各種技術(shù)、設(shè)備和措施對(duì)雨水進(jìn)行收集、利用、控制和管理。美國(guó)、加拿大、意大利、德國(guó)、法國(guó)、日本、蘇丹、也門、澳大利亞等五大洲約40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)開展了不同規(guī)模的雨水利用與管理的研究和應(yīng)用[1]。
技術(shù)方面，國(guó)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(tǒng)，收集下來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(tǒng)，道路雨水通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補(bǔ)充地下水;三是生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)，小區(qū)沿著排水道建有滲透淺溝，表面植有草皮，供雨水流過時(shí)下滲，超過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(xù)下滲[2]。
政策方面，許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)出臺(tái)了相應(yīng)的技術(shù)手冊(cè)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，另外還制訂了一系列有關(guān)雨水利用的法律法規(guī)，對(duì)雨水利用給予支持。如德國(guó)聯(lián)邦水法、建設(shè)法規(guī)和地區(qū)法規(guī)均以法律條文或規(guī)定的形式，要求加強(qiáng)對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)和水的可持續(xù)利用，如規(guī)定新建項(xiàng)目的業(yè)主必須對(duì)雨水進(jìn)行處置和利用。同時(shí)，通過經(jīng)濟(jì)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(fèi)用等[3]。
設(shè)備方面，專門生產(chǎn)雨水利用設(shè)備的廠家和公司也逐漸增多。德國(guó)GEP公司的雨水過濾器、屋頂雨水利用控制設(shè)備、雨水儲(chǔ)存罐等產(chǎn)品暢銷整個(gè)歐洲市場(chǎng);德國(guó)UFT公司的流量控制和監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)開始在全球20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)銷售和使用;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(shè)備已經(jīng)在全球30多個(gè)國(guó)家使用。
此外，德國(guó)在污水聯(lián)合會(huì)ATV規(guī)范框架下，基于水體的分類、空氣的污染狀況、匯水區(qū)域的被污染狀況、雨水處理設(shè)施的效果四個(gè)方面，做出雨水?dāng)y帶的污染負(fù)荷對(duì)水體影響的評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，可以分析應(yīng)該如何布置雨水處理設(shè)施或提出改進(jìn)現(xiàn)有雨水處理設(shè)施的建議。另外還提出了雨水?dāng)y帶污染負(fù)荷對(duì)水體影響的定量評(píng)價(jià)方法，將計(jì)算出的污染負(fù)荷評(píng)價(jià)指數(shù)與水體目標(biāo)指數(shù)相比較，就可以方便地評(píng)價(jià)雨水?dāng)y帶的污染負(fù)荷對(duì)水體的影響，并初步判斷應(yīng)采取哪些處理措施[4]。
1.2 國(guó)內(nèi)城市雨水利用
我國(guó)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(yīng)用卻從20世紀(jì)80年代開始，并于90年代發(fā)展起來�？偟膩碚f技術(shù)還較落后，缺乏系統(tǒng)性，更缺少法律、法規(guī)保障體系。20世紀(jì)90年代以后，我國(guó)特大城市的一些建筑物已建有雨水收集系統(tǒng)，但是沒有處理和回用系統(tǒng)。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(duì)城市水體水質(zhì)造成了很大的影響。
隨著城市和工業(yè)的發(fā)展，水源危機(jī)和雨洪危害日益嚴(yán)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(guī)劃上，過去普遍采用的合流制排水系統(tǒng)大多數(shù)已被改制，改為分流制或截流制排水系統(tǒng)。但是，對(duì)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(shè)備也不斷涌現(xiàn)。對(duì)于大型公用建筑、居住區(qū)、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(bǔ)充地下水，還可用于景觀環(huán)境、綠化、洗車場(chǎng)用水、道路沖洗、冷卻水補(bǔ)充、沖廁及一些其他生活用水用途。通過因地制宜的規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)合雨水收集、利用設(shè)備的實(shí)施，減少用于以上用途的自來水用量，既可以節(jié)約水資源，又可以節(jié)約大量自來水費(fèi)和排污費(fèi)。另外還有小型雨水利用設(shè)備如一體化HDPE雨水貯存利用設(shè)備，是以HDPE密封式貯罐為基體，在罐內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的機(jī)電設(shè)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(nèi)做簡(jiǎn)單處理。貯水可以通過自動(dòng)化設(shè)備提供給沖廁、澆灌綠地、洗車、水景等用途。罐內(nèi)設(shè)有水位計(jì)量裝置，最低水位時(shí)限制吸水，提示引入其他水源。該設(shè)備可廣泛應(yīng)用于小型建筑、別墅、洗車場(chǎng)、住宅的雨水收集與利用。但是這些設(shè)備中，對(duì)于初期雨水均采用棄流的方式，也沒有對(duì)棄流后的處理提出較好的方案。
目前，我國(guó)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展研究，已顯示出良好的發(fā)展勢(shì)頭。由于缺水形勢(shì)嚴(yán)峻，北京市開展的步伐較快，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(guī)劃(2004—2020年)》的描述，市政系統(tǒng)的中水將成重要水源，到2020年，中心城和新城區(qū)的雨水管道覆蓋率達(dá)90%以上，完善污水處理設(shè)施和回收系統(tǒng)，建立中水回用系統(tǒng)，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]。通過一批示范工程，爭(zhēng)取用較短的時(shí)間帶動(dòng)整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城市雨水利用的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化，從而加快我國(guó)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(xù)性。雨水污染的特點(diǎn)是：初期雨水中的污染物含量高，隨著徑流的持續(xù)，雨水徑流的表面被不斷沖洗，污染物含量逐漸減小到相對(duì)穩(wěn)定的濃度[5]。
隨著城市大氣污染及地面污染的嚴(yán)重，雨水徑流污染愈加嚴(yán)重，尤其是污染物較多的初期雨水。據(jù)調(diào)查，某些地區(qū)的初期雨水的污染物指標(biāo)最高值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于典型城市生活污水。北京市曾經(jīng)對(duì)道路地面徑流雨水污染情況進(jìn)行過測(cè)試，與《污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—96)及《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GBZB1—99)相比，SS、BOD5和COD指標(biāo)的最高值均超出許多�？梢�，初期雨水?dāng)y帶的污染負(fù)荷相當(dāng)高且難于控制，已經(jīng)嚴(yán)重超出直接排放水體的標(biāo)準(zhǔn)[6]。因此，對(duì)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題及建議
3.1 初期雨水量的計(jì)算
既然要進(jìn)行初期雨水的收集處理，初期雨水量的計(jì)算是必不可少的。但是目前在我國(guó)對(duì)初期雨水量還沒有較為統(tǒng)一準(zhǔn)確的計(jì)算方法。綜合設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，一般按照下雨10 min或者15 min的時(shí)間來計(jì)算初期雨水量。依據(jù)《給水排水工程快速設(shè)計(jì)手冊(cè)》中相關(guān)要求，確定建設(shè)項(xiàng)目初期雨水收集時(shí)間為5 min，根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出降雨歷時(shí)為8 min，由此按降雨歷時(shí)8 min計(jì)算初期雨水流量。這些不同的計(jì)算方法并沒有注明適用條件，在具體設(shè)計(jì)中不知如何選用。因此，期待有更準(zhǔn)確的計(jì)算方法，標(biāo)注有清楚的使用條件以及較為精確的公式系數(shù)，為初期雨水的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
3.2 初期雨水的截流
隨著初期雨水的危害性被人們所認(rèn)知，在我國(guó)一些大中型城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，已經(jīng)開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(yán)重，首先開始引起重視的是道路初期雨水的分流問題。在排水系統(tǒng)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)成為最普遍的問題。
若采用截流，當(dāng)雨量較大時(shí)，后期的雨水必然會(huì)對(duì)污水處理廠產(chǎn)生負(fù)荷沖擊，由此帶來截流管徑應(yīng)該取多少的問題;若按照截流井的做法把初期雨水截入污水系統(tǒng)，溢流井應(yīng)該按照怎樣的條件設(shè)計(jì);如何確定截流井的截流倍數(shù);截流點(diǎn)至匯流面積內(nèi)不同距離也導(dǎo)致截流的不科學(xué)性，通常會(huì)出現(xiàn)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，因此是否應(yīng)該采用截流和調(diào)蓄相結(jié)合的方式。諸如此類的問題在具體設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到。由于國(guó)外的污水雨水排水系統(tǒng)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(yàn)可借鑒。在我國(guó)初期雨水收集處理的經(jīng)驗(yàn)較少的情況下，對(duì)于這些問題的解決就依靠設(shè)計(jì)者從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，得出適合我國(guó)國(guó)情的初期雨水截流的方法。
3.3 初期雨水的污染負(fù)荷對(duì)水體影響的評(píng)價(jià)
前面已提到，德國(guó)在ATV規(guī)范框架下，做出雨水?dāng)y帶的污染負(fù)荷對(duì)水體影響的評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，可以分析應(yīng)該如何布置雨水處理設(shè)施或提出改進(jìn)現(xiàn)有雨水處理設(shè)施的建議。我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)雨水的收集處理還沒有較系統(tǒng)的污染負(fù)荷評(píng)價(jià)方式，對(duì)雨水的收集也未根據(jù)水質(zhì)而分類處理。因此，學(xué)習(xí)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)我國(guó)雨水收集技術(shù)的發(fā)展是相當(dāng)必要的。
3.4 初期雨水的處理方法
我國(guó)目前對(duì)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(duì)于初期雨水的處理和回用考慮得相當(dāng)少，多數(shù)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)給污水廠帶來較大的負(fù)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機(jī)雜質(zhì)，經(jīng)簡(jiǎn)單沉淀處理后水質(zhì)也可以達(dá)到較好的標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)于初期雨水的處理和回用應(yīng)該分具體情況而定，找出針對(duì)不同區(qū)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(rèn)為，對(duì)于道路初期雨水，可以在截流時(shí)設(shè)置一些穩(wěn)定塘作為雨水調(diào)節(jié)池，根據(jù)初期雨水量確定調(diào)節(jié)池的容積，中后期雨水溢流到水體中，雨水調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)成穩(wěn)定塘，可就地處理初期雨水。對(duì)于屋面初期雨水，可在小區(qū)內(nèi)設(shè)置集中的小型初沉設(shè)備，初期雨水經(jīng)收集和簡(jiǎn)單處理后，排入小區(qū)內(nèi)的水景系統(tǒng)或澆灑綠地，如果污染較為嚴(yán)重未達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，則可以在小區(qū)內(nèi)建設(shè)小型景觀式或園林式人工濕地，通過人工濕地對(duì)初期雨水進(jìn)行再處理，同時(shí)也可以豐富小區(qū)綠化樣式。
4 小 結(jié)
(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(yán)重破壞水體生態(tài)環(huán)境或者給城市污水處理廠帶來負(fù)荷沖擊。因此，從城市水處理的整體角度和長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，城市在道路建設(shè)和小區(qū)等工程項(xiàng)目中，都應(yīng)該設(shè)計(jì)相應(yīng)的雨水收集設(shè)施，同時(shí)要把初期雨水收集處理的問題考慮在內(nèi)，做出在不同情況下針對(duì)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(guó)部分大中型城市的建設(shè)中也開始考慮初期雨水。但是缺乏經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中存在一定的問題：初期雨水的計(jì)算還沒有較為準(zhǔn)確統(tǒng)一的設(shè)計(jì)依據(jù);城市排水系統(tǒng)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(fù)荷相對(duì)較小的屋面初期雨水也沒有得到普遍的收集和充分的利用。同時(shí)缺少較為系統(tǒng)的污染負(fù)荷評(píng)價(jià)方法來輔助分析初期雨水的處理方案。
(3)對(duì)于道路初期雨水，可在截流時(shí)設(shè)置一些雨水調(diào)節(jié)設(shè)施，就地處理初期雨水，減輕污水廠負(fù)荷。對(duì)于屋面初期雨水，可在小區(qū)內(nèi)設(shè)置小型處理設(shè)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(qū)內(nèi)建設(shè)小型景觀式或園林式人工濕地，對(duì)初期雨水進(jìn)行處理，豐富小區(qū)綠化樣式。
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