市政道路雨水的利用及初期雨水分離處理方案初探

1、市政道路雨水的利用及初期雨水分離處理方案初探論文導(dǎo)讀：雨水是自然界水循環(huán)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。陸地上一切形式的水資源利用都是雨水利用。同時(shí)也造成了初期雨水對(duì)水體的污染。經(jīng)泵站提升后排入人工濕地或其他處理設(shè)施。雨水利用，市政道路雨水的利用及初期雨水分離處理方案初探。關(guān)鍵詞：雨水，雨水利用，初期雨水，人工濕地1.概述雨水是自然界水循環(huán)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)調(diào)節(jié)、補(bǔ)充地區(qū)水資源和改善及保護(hù)生態(tài)環(huán)境起著極為關(guān)鍵的作用。在城市范圍內(nèi)，可有目的地采用各種措施對(duì)雨水資源進(jìn)行保護(hù)利用，主要包括收集、儲(chǔ)存和凈化后的直接利用；利用各種人工或自然水體、池、濕地或低洼地對(duì)雨水徑流實(shí)施調(diào)蓄、凈化和利用，改善城市水環(huán)境和生態(tài)環(huán)

2、境；通過(guò)各種人工和自然滲透設(shè)施使雨水滲入地下，補(bǔ)充地下水資源。從廣義上講，陸地上一切形式的水資源利用都是雨水利用，而我們所說(shuō)的雨水利用是特指有目的地對(duì)降雨資源進(jìn)行收集、調(diào)配和利用等過(guò)程。城市雨水利用包括雨水的收集、儲(chǔ)存、控制并高效利用等過(guò)程。雨水用途包括：補(bǔ)充地下水、綠化用水、景觀用水、城市雜用（洗車(chē)、沖洗道路及建筑物、消防等）、居民雜用、工業(yè)用水，深度處理后甚至還可以用作飲用。由此可見(jiàn)，雨水是一種極有價(jià)值的水資源。近年來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家城市雨水的資源化和雨水的收集利用技術(shù)發(fā)展很快。但是我國(guó)在以往的城鎮(zhèn)雨水排水工程中主要以排放為主，基本上沒(méi)有考慮雨水的利用。大量雨水通過(guò)管道直接排入水體，這對(duì)于中

3、國(guó)這個(gè)世界上嚴(yán)重缺水的國(guó)家來(lái)說(shuō)是一種極大的資源浪費(fèi)，同時(shí)也造成了初期雨水對(duì)水體的污染。隨著國(guó)家的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和公民素質(zhì)的逐步提高，環(huán)保理念逐步深入人心，政府對(duì)環(huán)境污染防治的投入也在逐漸的增加。雨水利用技術(shù)在我國(guó)一些區(qū)域逐漸發(fā)展起來(lái)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)雨水的利用主要集中在社區(qū)、廣場(chǎng)及公共綠地等范圍內(nèi)，對(duì)于城市市政雨水的收集與利用工程在國(guó)內(nèi)還處于起步階段。2.方案介紹本文所要論述的雨水利用主要是對(duì)市政道路系統(tǒng)徑流的雨水以及各細(xì)胞社區(qū)棄流或外排雨水（本文將這部分雨水通稱(chēng)為“市政雨水”）的收集與利用。需要強(qiáng)調(diào)和說(shuō)明的是，對(duì)于市政雨水，無(wú)論是否采取收集利用措施，都必須設(shè)置完備的市政雨水的收集與排放系統(tǒng)。我們

4、所討論的雨水利用，應(yīng)該是在避免洪澇災(zāi)害的發(fā)生，保障城市安全的前提下，適當(dāng)?shù)目紤]對(duì)市政雨水進(jìn)行收集與利用。筆者曾有幸參與了中新天津生態(tài)城的市政基礎(chǔ)設(shè)施方案設(shè)計(jì)工作，借此文提出該工程在市政雨水收集利用方面的一些粗淺的思路和設(shè)計(jì)方案，供廣大排水專(zhuān)業(yè)人員批評(píng)指正，以起到拋磚引玉的作用。論文檢測(cè)，雨水利用。2.1市政雨水滲透、滯蓄利用方案雨水的收集與利用方式呈多樣化，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析顯示，雨水滲透、滯蓄方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、效果顯著。通過(guò)在機(jī)非隔離帶內(nèi)設(shè)置滲透、滯蓄設(shè)施對(duì)市政雨水進(jìn)行控制，達(dá)到雨水入滲地下和滯留灌溉等利用目的，其工藝流程如下圖。雨水滲透、滯留工藝流程本方案成立的前提條件是須在道路兩側(cè)設(shè)置

5、有隔離帶，且寬度盡量不小于3米。這樣，可將隔離帶設(shè)置為雨水滲透、滯蓄溝。在溝內(nèi)填入工程廢棄的混凝土塊和適量的爐渣等吸附性較強(qiáng)的土石料，其上鋪滲透系數(shù)較大的人工拌和土作為植被土，種植適宜在水中生長(zhǎng)的水生植物或喬木。在溝內(nèi)沿途設(shè)置雨水收水井，并將收水井井篦高程設(shè)置為高于植被土高程且低于路面高程。雨水沿道路徑流至溝內(nèi)，部分雨水可通過(guò)溝內(nèi)滲透性較好的土質(zhì)滲透到地下，可以對(duì)地下水起到補(bǔ)給作用。另外，具有一定吸附性的土石料可以對(duì)雨水中所含的污染物等雜質(zhì)起到一定的吸附作用。隨著水量的增加，溝內(nèi)水位升高至雨水收水井井篦的位置時(shí)，雨水可溢流到收水井內(nèi)，通過(guò)雨水管道輸送至雨水泵站，經(jīng)泵站提升后排入人工濕地或其他處

6、理設(shè)施。當(dāng)超過(guò)人工濕地接納容量時(shí)，可直接將雨水排入附近的水體。斷面示意圖該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以在快速有效的對(duì)雨水進(jìn)行收集的同時(shí)對(duì)雨水具有較好滲透和滯蓄作用。既可以有效的利用雨水對(duì)地下水資源進(jìn)行補(bǔ)給，也可以有效的節(jié)省綠化用水量。中小雨時(shí)，可通過(guò)設(shè)置在雨水泵站內(nèi)的中小雨水泵將雨水排入人工濕地或其他處理設(shè)施進(jìn)行凈化。該方案同時(shí)具有很好的景觀效果。該方案存在以下問(wèn)題：大雨或暴雨時(shí)，超過(guò)濕地處理容量的雨水無(wú)法進(jìn)入濕地，直接排入天然水體。距離雨水泵站遠(yuǎn)點(diǎn)的初期雨水在管道內(nèi)的流行時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)其到達(dá)雨水泵站時(shí)，可能濕地的處理容量已經(jīng)飽和，則這部分初期雨水被直接排入天然水體。雖然考慮大量的中期雨水會(huì)將初期雨水的污染

7、物濃度起到稀釋作用，但可能仍然會(huì)對(duì)天然水體造成一定程度的污染。滲透、滯蓄溝內(nèi)容易淤積初期雨水中的泥沙等污染物。2.2市政初期雨水分離、處理方案降雨初期，雨水溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車(chē)尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，降落地面后，又由于沖刷瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、建筑工地等，使得前期雨水中含有大量的有機(jī)物、病原體、重金屬、油脂、懸浮固體等污染物質(zhì)。關(guān)于初期雨水中所含污染物及其濃度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可參見(jiàn)表1、2（由于筆者手頭沒(méi)有國(guó)內(nèi)與此相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，故參考了美國(guó)的一些相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)?？紤]到發(fā)展水平、地域環(huán)境以及企業(yè)和人口素質(zhì)等因素，筆者認(rèn)為，國(guó)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)高于美國(guó)）。表1美國(guó)雨水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Ta

8、b.1 Rain runoff pollution in USA 檢測(cè)項(xiàng)目 BOD5/（mgL-1） SS/ （mgL-1） 大腸菌/（個(gè)L-1） 雨水徑流 0.41370 0.54800 15230000 合流制污水 4699 44420 11001645000 原污水 88451 118487 106109 表2地面徑流污染物濃度與城市污水廠進(jìn)水水質(zhì)比較 Tab.2 Comparison between surfacerunoff and domestic wastewater 污染物 地面徑流 城市污水廠生活進(jìn)水 分流制雨水系統(tǒng) 范圍 典型值 范圍 典型值 COD/（mgL-1） 100

9、275 175 2501000 500 TSS/（mgL-1） 202890 150 100350 200 TP/（mgL-1） 0.24.3 0.36 415 8 TN/（mgL-1） 0.420 2 2085 40 鉛/（mgL-1） 0.011.2 0.18 0.020.94 0.1 銅/（mgL-1） 0.010.4 0.05 0.030.19 0.22 鋅/（mgL-1） 0.012.9 0.02 0.027.68 0.28 大腸菌/（個(gè)L-1） 40050000 106108 美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（EPA）對(duì)全美600座城市的雨水進(jìn)行監(jiān)測(cè)后對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出單位面積徑流的污染物產(chǎn)生

10、量見(jiàn)下表3。 表3單位面積徑流的污染物產(chǎn)生量Tab.3 Unit surface runoff pollutionKghm-2a-1 地面分類(lèi) TSS TP TN BOD5 COD Pb 商業(yè) 1121.0 1.7 7.5 69.5 470.8 3.0 停車(chē)場(chǎng) 448.4 0.8 5.7 52.7 302.7 0.9 高密度居住區(qū) 470.8 1.1 4.7 30.3 190.6 0.9 中密度居住區(qū) 213.0 0.6 2.8 14.6 80.7 0.2 低密度居住區(qū) 11.2 0.0 0.0 0.2 公路 986.5 1.0 8.9 0.0 工業(yè)區(qū) 964.1 1.5 4.3 2.7 公園

11、 3.4 0.0 1.7 2.2 0.0 平均值 468.7 0.7 4.0 41.8 209.4 0.9 由以上幾份統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出，初期雨水的污染程度是較高的，有一些污染物的含量接近甚至超過(guò)了普通城市污水。論文檢測(cè)，雨水利用。如果將初期雨水直接排入自然承受水體，將會(huì)對(duì)水體造成非常嚴(yán)重的污染。 一些國(guó)內(nèi)外檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，機(jī)動(dòng)車(chē)道的雨水徑流含有較高濃度的污染物質(zhì)?？梢哉f(shuō)，城市初期雨水中所含的污染物質(zhì)，很大部分來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)道的雨水徑流。研究表明：機(jī)動(dòng)車(chē)道徑流中主要的污染物成分為懸浮固體（SS）、COD、BOD、重金屬Pt、Cr、Cu、Ni等以及多環(huán)芳烴（PAHs）、油和脂等。機(jī)動(dòng)車(chē)道雨水徑流污染物

12、進(jìn)入水體后對(duì)水體水質(zhì)的影響很大，導(dǎo)致水體的物理、化學(xué)性質(zhì)和微生物特性發(fā)生變化，甚至成為影響水質(zhì)的主導(dǎo)因素，一些有毒有機(jī)物如PAHs及重金屬會(huì)對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并可能產(chǎn)生潛在的二次污染等。前文所述的市政雨水收集、利用方案，可以有效的對(duì)路面徑流的雨水起到減量、下滲的作用，但并未對(duì)初期雨水進(jìn)行棄流或處理。雖然滲透、滯蓄溝可以在一定程度上攔截雨水中的一部分污染物，但仍然會(huì)有相當(dāng)一部分的污染物會(huì)進(jìn)入到雨水管道并被直接排放至自然水體。而且，如果滲透、滯蓄溝在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有被清理，則溝內(nèi)的攔截的污染物會(huì)逐漸達(dá)到飽和，攔截效率亦隨之逐漸降低。則隨之而來(lái)的不僅僅是大量初期雨水中的污染物被直接排入

13、自然水體，而且溝內(nèi)攔截的污染物亦有可能對(duì)周?chē)h(huán)境造成二次污染。因此，有必要對(duì)前文所述的方案進(jìn)行完善。以下方案在前一方案的基礎(chǔ)上增加了路面徑流初期雨水的棄流和處理等內(nèi)容。擬采取小雨或下雨的初期，機(jī)動(dòng)車(chē)道雨水單獨(dú)收集并鋪設(shè)專(zhuān)用管道輸送至專(zhuān)用儲(chǔ)水池，最終排入污水處理廠進(jìn)行處理的設(shè)計(jì)思路。其工藝流程如下：機(jī)動(dòng)車(chē)道初期雨水棄流處理方案工藝流程本方案依然在機(jī)動(dòng)車(chē)道與非機(jī)動(dòng)車(chē)道之間的隔離帶內(nèi)設(shè)置雨水滲透、滯蓄溝，溝內(nèi)設(shè)置收水井篦。城市雨水沿慢行系統(tǒng)徑流至溝內(nèi)，當(dāng)溝內(nèi)水位升高至雨水收水井井篦的位置時(shí)，雨水可溢流到收水井內(nèi)，并通過(guò)城市雨水排水系統(tǒng)輸送至雨水泵站，經(jīng)泵站提升后排入人工濕地。濕地水量飽和后，城市雨水

14、可直接排入河道。機(jī)動(dòng)車(chē)道初期雨水沿路面徑流至設(shè)置于機(jī)動(dòng)車(chē)道內(nèi)側(cè)的收水井，并排入鋪設(shè)于滲透、滯蓄溝下面的機(jī)動(dòng)車(chē)道雨水管道，后被管道輸送至設(shè)置在污水提升泵站（或污水處理廠）附近的儲(chǔ)水池內(nèi)。當(dāng)儲(chǔ)水池容積飽和后，機(jī)動(dòng)車(chē)道的雨水可通過(guò)收水井內(nèi)的溢流管排入城市雨水系統(tǒng)。儲(chǔ)水池中儲(chǔ)存的初期雨水可在城市污水排放低峰期通過(guò)池中的污水泵排放至污水泵站出水管，經(jīng)污水管道排入污水處理廠進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后排放。橫斷面示意圖儲(chǔ)水池容積的確定：初期雨水棄流量的確定是比較復(fù)雜的，主要與所在地的氣象條件，周?chē)h(huán)境條件，地面污染物濃度等條件有關(guān)。目前，對(duì)于初期雨水棄流量尚沒(méi)有比較科學(xué)權(quán)威的計(jì)算依據(jù)。參考一些相關(guān)文獻(xiàn)，一般認(rèn)為，除一

15、些特殊環(huán)境（如化工廠、垃圾處置場(chǎng)等），降雨形成徑流后，前12.5mm的徑流量為污染物濃度較高的初期雨水?？梢越y(tǒng)計(jì)出雨水匯水面積范圍內(nèi)的道路面積總和為A平方米，按12.5mm的降雨量計(jì)算，儲(chǔ)水池容積S（立方米）應(yīng)為S=A12.51000。式中A雨水匯水面積（在本文中應(yīng)為匯流范圍內(nèi)的道路面積）。論文檢測(cè)，雨水利用。論文檢測(cè)，雨水利用。儲(chǔ)水池方案設(shè)計(jì)圖該方案的優(yōu)點(diǎn)是在方案一優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能夠有效的分離機(jī)動(dòng)車(chē)道徑流的污染物濃度較高的雨水，進(jìn)而可以大幅度的降低雨水對(duì)環(huán)境及水體的污染。該方案存在以下問(wèn)題：由于儲(chǔ)水池容積是按12.5mm降雨量設(shè)計(jì)，容積較小，當(dāng)雨量較大時(shí)，雨水需通過(guò)收水井內(nèi)的溢流管溢流至城市雨水管道。當(dāng)儲(chǔ)水池容積飽和后，水位逐漸升高，會(huì)有大量的雨水會(huì)滯留在機(jī)動(dòng)車(chē)道雨水管內(nèi)，若滯留時(shí)間較長(zhǎng)，管內(nèi)容易沉積泥沙等污染物。儲(chǔ)水池需要占用較大的地下空間。儲(chǔ)水池結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，池內(nèi)設(shè)備較多，為控制和管理帶來(lái)困難。因本方案增設(shè)機(jī)動(dòng)車(chē)道雨水專(zhuān)用排水管道及儲(chǔ)水池，與傳統(tǒng)的雨水收集、排放系統(tǒng)相比投資較大。為減小儲(chǔ)水池容積，本方案只考慮對(duì)12.5mm/小時(shí)的降雨量進(jìn)行收集和處理，雨量較大時(shí)，初期雨水仍會(huì)對(duì)受納水體造成一些污染。3.結(jié)語(yǔ)雨水是非常寶貴的淡水資源，雨水的收集與利用技術(shù)應(yīng)