城市初期雨水收集与处理方案研究

初期雨水,顾名思义就是降雨初期时的雨水。城市初期雨水在降雨初期溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体,降落地面后,又由于冲刷沥青油毡屋面、沥青混凝土道路、雨污渠道中存积的污水、污泥及垃圾等,使得雨水中含有大量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质。因此初期雨水的污染程度较高,通常超过了普通的城市污水的污染程度。如果将初期雨水直接排入河道或者自然承受水体,将会对水体造成非常严重的污染,必须对初期雨水进行收集、处理,本文针对城市初期雨水收集与处理的方法,结合目前国内已经或正在实施的相关项目做些归纳和整理。

城市初期雨水的特性

本文所叙城市初期雨水主要指携带城市主要面源污染、一定量的降雨初期时的雨水。随着城市化水平逐渐提高,城市人口聚集化程度加快,面源污染已经成为城市水环境污染的重要来源。

城市初期雨水的特性因区域差别而不同,对应的污染河流的初期雨水水质也不尽相同,这主要与区域人口分布情况、产业布局、截治污水平以及城市发展水平息息相关,比如深圳市的特区内、特区外河流初期雨水性质就有很大的差别。但是作为城市初期雨水还是有一定共性,表象上可以见到是垃圾漂浮物多、降雨初期水体黑臭明显,伴随着着降雨时间的持续,水体污染程度逐渐减轻;化学性质上初雨有机物、重金属、油脂等污染物质含量较高。城市中大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体,硬化路面灰尘颗粒,雨污渠道中存积的污水、污泥以及垃圾溶解入初期雨水是造成城市初期雨水污染的的主要原因。

城市初期雨水收集处理的必要性

河流作为城市中重要的环境资源,其作用无可替代。城市河流的价值正在广泛地为人们所重新认识,人们对河流的要求亦不仅限于传统的防洪和水利,进而提出了河流多样化和高品质的要求。城市河流特有的自然景观对于人们具有一种无可比拟的吸引力;河流空间是重要的生态环境,有很高的生物多样性,为鱼类、鸟类、昆虫、小型哺乳类动物以及各种植物提供了良好的生存环境和迁徙通道。

作为河流组成的基本元素水,是城市河流景观生态是否良好的最基本要求。随着城市的发展,城市面源污染负荷加大,污染的初期雨水进入河道是造成河流污染的主要原因之一,为保证城市河流原本脆弱的景观生态,实施区域污染初雨收集处理是污染减排的基本工程措施。

城市初期雨水收集处理方案

城市初期雨水收集方法

城市初期雨水流行路径一般是通过路面雨水篦子进入城市雨、污水管涵,大部分直接进入河道,少量进入污水管网至污水处理厂处理。根据城市初雨流行路径,通常采用收集方法的是在雨水口设置工程措施对其实施截流。

初雨水截流形式的选择

初期雨水截流方案大致分2种。

方案一：截流初期雨水半分流制排水系统,如图1。优点为管道简洁,且初期雨水得到有效处理。缺点为晴雨天污水相差大,影响污水厂运行;雨水调蓄池的建设用地协调难度大。

方案二：截流初期雨水的分流制排水,如图2。截流初期雨水的分流制排水系统是一种更高标准的排水系统。根据建调蓄池或初雨水处理设施及雨水管截流井设置位置的不同,具体可分为4种方式截流。优点为雨污各行其道,互不混掺,雨污分流彻底,且初期雨水和漏入雨水系统的污水得到收集处理。缺点为实施两套管道,投资大,建设难度也高,雨水澄清池用地协调难度也大。

初雨水截流井选择

初雨截流井有多种形式,应根据不同雨水口的情况有针对性的选择。

(1)跳跃堰式截流井。一般置于新设合流污水管道上,对于现状合流管道,如果距出水口较近,且下游溢流管道标高有降低的条件,才可采用跳跃堰式溢流井。

(2)侧流堰式截流井。一般设于现状合流污水管道上,侧流堰式截流井则可以在暴雨期间使进入截污管道的流量控制在一定的范围内。

(3)闸门式截流井。闸门截流井用于渠道截流。旱季和平

常雨水时闸门关闭,保证旱季时能有效地将污水截流到截污系统;平常雨水时上游水通过闸门顶溢流到下游;暴雨时可以把闸门打开,增加过流断面。

防倒灌设施。雨量特别大时,排水渠中的水位会急速增高,当截污口标高较低时,河道内的水将倒灌至截流井,使截流管道的实际流量会大大超过设计流量。在此情况下,截流系统必须考虑防倒流措施。推荐采用橡胶拍门,如图3。

在截流井的溢流堰上或溢流管道上安装拍门止回阀,可以使防倒灌措施直接在截流井内部解决。拍门采用橡胶材料,水头损失小,耐腐蚀。

城市初期雨水截流规模

对于初雨截流系统规模的计算方法,国内外研究甚少。目前很多方法只适合应用于建筑小区、屋面等集雨面积较小的工程设计,对于全流域总口截流初雨的规模计算尚无准确的计算方法可以参考。

国内相关地区初雨收集规模

北京：通常同一场降雨,路面的初期雨水量比屋面大。初期屋面初期雨水净雨量约为2~3mm,可控制整场降雨径流污染负荷约60%以上,控制净雨量超过3mm,效果增加很少。初期路面初期雨水净雨量数据变化幅度大,但一般净雨7~8mm时,径流污染相对较轻。

邯郸：建立雨水污染物冲刷模型的基础上,通过取样分析,建立雨水中污染物浓度与降雨量的指数关系,确定出该市屋面、路面初期雨水弃流量为3mm和6mm,能分别去除COD总量的78.3%与77.9%。

郑东新区：根据经验及5规范6进行估算,初雨按3mm,可利用雨水按实测降雨减3mm初雨,若前日降雨量大于3mm,则按当日不扣除初雨考虑。

山东潍坊：雨水截流按暴雨重现期1年计算,相当于截流倍数为55,在河道两侧进行箱涵布设。

深圳排水规划中初期雨水收集规模

深圳市排水规划(2010-2020)6专家评审会建议在缺乏实测径流与污染物负荷浓度变化曲线资料的情况下,雨水截流设施容积暂按5建筑与小区雨水利用工程技术规范6计算,即屋面径流截流厚度按3~5mm进行计算;地面径流截流厚度5~7mm进行计算。

根据水文特点分析确定的初雨收集规模

在具有多年水文记录的区域,可对截流区域雨量站记录资料分析确定适宜的初雨截流规模。根据雨量站多年的实测年雨量资料,统计其其多年平均雨量,多年平均降雨天数。按照经验频率接近及降雨要素资料完整的原则,选择出P=25%的代表年P=50%的代表年,P=75%的代表年,分析不同降雨量级对应的降雨时间及相应的多年平均情况下年内可能出现的小时数及雨量天数。按照不同时间间隔统计降雨场数,根据代表年不同等级雨量及对应的统计频率计算确定满足河道或受纳水体水质保证率的截流规模。3.2.4 根据排水口初期雨水水质浓度确定。

城市初期雨水汇集过程相对复杂,其水质污染变化程度是个衰减的过程,对排水口初雨过程进行全程监测分析,根据排水口初雨实际水质状况来确定适宜的初雨截流量。

但一般情况下排水口相对较多,且每次初雨水质变化过程也不尽相同,很难归纳概化,此种方法一般适用于排水口数目少,区域内发展成熟的总口截流。

综上所述,城市初期雨水截流规模确定是个复杂的过程,相关因素多,到目前为止尚无一个完整的体系,截流规模的大小直接决定受保护水体的水质状况,同时也是决定工程造价高低基本因素。受纳水体水质保证率越高截流规模也就越大,工程造价也就越高,水质保证率与工程造价的曲线的交点即是最合理的工程规模。当然,每项工程都有不同的特点,不能一概而论,要结合工程实际情况确定最合适的规模。

城市初期雨水处理方方法

城市初期雨水量大、聚集时间短、水质变化快,城市污水处理厂没有足够的负荷处理初期雨水,普通污水厂的工艺也不适合大量接纳初期雨水。

初期雨水处理主要是为了去除雨水携带的污染物质降低对水体污染负荷,同时通过对雨水流量的时间、空间上的分配降低对水体的水力负荷。结合国内外研究成果和实际运用经验,城市初期雨水处理方式主要分为分散处理方案和集中处理两类,采取的工艺主要有植物吸收、混凝沉淀等。

对有土地空间、汇水面积小、适合结合景观设置生态工程措施的范围,可采用分散措施,布置形式如图4所示。

实际上,城市初期雨水的量大、汇水时间短,多半采取的是/调蓄+处理0的方式,即先将初期雨水用调蓄池收集储存,再利用处理设施处理。目前初雨处理的主要工艺构是混凝沉淀,工艺简图如图5所示,其主要工艺原理是利用积聚的泥渣与原水中的杂质颗粒相互接触、吸附,辅以絮凝剂达到清水较快分离的净水构筑物。此种工艺具有生产能力高、处理效果较好等有优点;但也受到原水的水量、水质、水温及混凝剂等因素的影响。随着工艺水平的提高,初期雨水处理的方法也越来越多,处理效率也会逐步提高。