發(fā)布時(shí)間：2022-01-05所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：綜合國(guó)內(nèi)外綜合資料對(duì)城市不同建筑材料屋面和不同路面的雨水徑流水質(zhì)特征進(jìn)行了對(duì)比分析闡明了影響城市雨水徑流水質(zhì)的三大因素并論述了城市雨水收集利用的現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞：雨水徑流;水質(zhì)分析;雨水收集利用 城市雨水作為一種寶貴資源長(zhǎng)期以來(lái)卻未得到應(yīng)有的重
摘 要：綜合國(guó)內(nèi)外綜合資料‚對(duì)城市不同建筑材料屋面和不同路面的雨水徑流水質(zhì)特征進(jìn)行了對(duì)比分析‚闡明了影響城市雨水徑流水質(zhì)的三大因素‚并論述了城市雨水收集利用的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：雨水徑流;水質(zhì)分析;雨水收集利用
城市雨水作為一種寶貴資源‚長(zhǎng)期以來(lái)卻未得到應(yīng)有的重視。充分利用城市建筑物多、地面硬化程度高等條件‚收集雨水并加以利用‚是解決城市水資源缺乏的有效途徑。由于城市雨水在降落的過(guò)程中‚攜帶了一定濃度的溶解性氣體、懸浮物及溶解性固體、有機(jī)物、氮、磷、重金屬、細(xì)菌和某些病原菌等‚ 故雨水水質(zhì)與當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量、建筑屋面材料、道路路面、降雨間隔、降雨強(qiáng)度以及降雨歷時(shí)等因素有關(guān)。筆者綜合了國(guó)內(nèi)外資料‚對(duì)城市不同建筑材料屋面和不同路面的雨水徑流水質(zhì)特征進(jìn)行了研究。
1 國(guó)內(nèi)外城市雨水徑流污染研究概況
隨著點(diǎn)源污染控制的不斷完善和城市的快速擴(kuò)張‚非點(diǎn)源污染的矛盾日益突出‚對(duì)城市水系構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。在很多發(fā)達(dá)國(guó)家‚點(diǎn)源污染基本得到有效控制‚雨水徑流帶來(lái)的非點(diǎn)源污染已成為水體污染的主要因素。如美國(guó)約有 60%的河流和 50%的湖泊污染與非點(diǎn)源污染有關(guān);在已實(shí)現(xiàn)污水二級(jí)處理的城市‚水體生化需氧量 (BOD)年負(fù)荷約 40% ～ 80%來(lái)自雨水徑流[1-2]。
我國(guó)雨水徑流引起的污染很嚴(yán)重。在太湖、滇池等重要湖泊‚非點(diǎn)源污染已經(jīng)成為水質(zhì)惡化的主要原因之一[3]。雨水徑流攜帶大量污染物排入城市水系造成了嚴(yán)重污染[4]。據(jù)初步的保守估算‚目前在北京和上海的城區(qū)雨水徑流污染占水體污染負(fù)荷的比例約占 10%。北京申奧、上海申博的成功加速了排水工程和污水處理廠的建設(shè)速度。到 2010 年的規(guī)劃實(shí)施后‚城市雨水徑流污染負(fù)荷的比例北京將上升至 12%以上‚上海將上升到 20%左右。
事實(shí)上‚考慮徑流污染物輸送的非連續(xù)性和爆發(fā)性‚其污染負(fù)荷所占的比例在雨季的短時(shí)段內(nèi)會(huì)成倍升高‚超過(guò)點(diǎn)源污染‚對(duì)城市水體造成沖擊性影響‚嚴(yán)重制約城市水環(huán)境質(zhì)量的徹底改善‚許多城市暴雨后發(fā)生的水污染事件都是很好的例證。近 20 ～30年間‚城市雨水污染在發(fā)達(dá)國(guó)家受到廣泛關(guān)注‚許多國(guó)家對(duì)城市徑流污染及控制進(jìn)行了深入的研究‚制定了系統(tǒng)的法規(guī)、管理和技術(shù)體系。
近年來(lái)‚我國(guó)非點(diǎn)源污染矛盾有加重趨勢(shì)‚水污染控制的力度也在加大‚城市徑流污染開(kāi)始引起越來(lái)越多的重視。如北京 1998年開(kāi)始對(duì)城市雨水徑流污染控制和雨水資源利用進(jìn)行系統(tǒng)研究[5]‚不僅分析徑流污染指標(biāo)及變化范圍‚對(duì)污染物的沖刷輸送規(guī)律、主要影響因素、污染物負(fù)荷和控制對(duì)策等都進(jìn)行了研究。雖然研究取得了一批成果‚但對(duì)徑流量及其水質(zhì)缺少全面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)‚對(duì)徑流污染源、輸送機(jī)制、污染總量及相適應(yīng)的合理排水體系和控制管理對(duì)策缺乏系統(tǒng)研究‚所以我國(guó)目前尚未建立與雨水徑流控制配套的技術(shù)和法規(guī)體系。
2 國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家城市雨水徑流水質(zhì)研究
2.1 美國(guó)城市雨水徑流水質(zhì)特征
美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局 (USEPA)于 1983年提出城市暴雨徑流的主要污染評(píng)價(jià)指標(biāo)‚如懸浮固體、有機(jī)物、植物營(yíng)養(yǎng)物和重金屬 (表 1)[6]。美國(guó) EPA的研究報(bào)告未明確區(qū)分路面、屋面匯水面徑流‚其主要反映城市綜合的徑流水質(zhì)。研究報(bào)告指出‚美國(guó)城市及不同地域之間暴雨徑流水質(zhì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果無(wú)明顯區(qū)別污染成分的加權(quán)平均濃度 EMC(eventmeanconcentration)與城市、地理位置和地面條件等沒(méi)有明顯關(guān)系‚但各種指標(biāo)的變化范圍很大。
2.2 法國(guó)巴黎不同匯水面雨水徑流污染物分析
國(guó)外是近年才開(kāi)始注意屋面徑流的污染‚法國(guó)的研究者對(duì)巴黎市中心 4個(gè)屋面 (2瓦、1石板、1鋅板 )、3個(gè)庭院和 6個(gè)街道取樣點(diǎn)的 16場(chǎng)降雨數(shù)據(jù)分析‚結(jié)果見(jiàn)表 2 [7]‚據(jù)此可做出圖 1。
圖 1a為巴黎不同匯水面雨水徑流中 SS污染物濃度狀況。由圖可見(jiàn)‚庭院和道路徑流中 SS的中值大大超出了歐共體對(duì)處理廠排放的規(guī)定‚特別是最大污染濃度的初期雨水‚更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)定值‚因此不能直接排放。雖然屋面徑流的平均污染濃度略低于排放標(biāo)準(zhǔn)‚但其最大值同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)排放規(guī)定‚若不進(jìn)行棄流就直接排放‚會(huì)對(duì)水體帶來(lái)嚴(yán)重污染。
圖 1b為巴黎不同匯水面雨水徑流中 COD污染物濃度狀況。根據(jù)圖表分析可得‚庭院和道路徑流的 COD污染較為嚴(yán)重‚約有 60%超標(biāo)。不同匯水面雨水徑流的 COD平均值基本滿足排放標(biāo)準(zhǔn)‚但是最大污染濃度仍然大大超出規(guī)定值。
圖 1c為巴黎不同匯水面雨水徑流中 Pb污染物濃度狀況。由圖可見(jiàn)‚屋面、庭院以及道路徑流中Pb濃度均嚴(yán)重超標(biāo)。特別是金屬屋面產(chǎn)生的徑流中‚重金屬 Pb的污染物濃度最高‚其最大值甚至高達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的 55倍。如果直接排放‚對(duì)水體和現(xiàn)場(chǎng)滲透土壤可能造成嚴(yán)重危害。
此外‚從數(shù)據(jù)表中還可以看出一個(gè)較為明顯的情況。屋面徑流中 Zn含量的最大值嚴(yán)重超出排放規(guī)定的范圍‚其他情況下基本滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。
綜上所述‚本研究肯定了庭院和街道徑流污染的嚴(yán)重性‚主要表現(xiàn)為 SS和 COD污染。同時(shí)屋面徑流也有一定的污染‚由金屬屋面產(chǎn)生的一些重金屬污染最為嚴(yán)重‚甚至超過(guò)街道徑流。
2.3 德國(guó)屋面和道路雨水徑流污染
德國(guó)有資料 (W.F.Geiger教授：Modulestormwatertreatment)將屋面雨水徑流與路面雨水徑流水質(zhì)區(qū)分 (表 3)‚以便對(duì)不同的水質(zhì)進(jìn)行處理和利用。
3 國(guó)內(nèi)城市雨水徑流水質(zhì)的研究
北京連續(xù) 4年對(duì)城區(qū)雨水徑流進(jìn)行了分析。因初期徑流污染物濃度很高‚是需要重點(diǎn)控制的對(duì)象‚ 故將初期徑流水質(zhì)和各場(chǎng)雨平均污染物濃度結(jié)果分別列于表 4和表 5。路面和油氈屋面初期徑流 COD通常達(dá)數(shù)千 mg/L;COD、SS、合成洗滌劑、酚、石油類和重金屬鉛‚路面和屋面徑流都超出北京地下水人工回灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)‚如果直接回灌地下或排入水體將造成污染‚必須采取有效的初期雨水控制措施。瀝青油氈屋面的有機(jī)污染物比瓦屋面的約高 3倍‚路面徑流的主要污染物 COD、SS、TN、TP和部分重金屬的初期濃度和加權(quán)平均濃度都比屋面的高。
根據(jù)表 4和表 5‚分析初期徑流和平均徑流的污染物情況 (圖 2)‚可以看出‚北京市城區(qū)雨水初期徑流和平均徑流的污染物濃度有較大差別。
4 城市雨水徑流水質(zhì)分析
4.1 國(guó)內(nèi)外城市雨水徑流水質(zhì)分析
表 1至表 5的數(shù)據(jù)及分析處理基礎(chǔ)不完全一致‚難以做全面的精確對(duì)比‚通過(guò)主要污染指標(biāo)數(shù)量級(jí)和變化范圍的比較可對(duì)污染程度做出評(píng)價(jià)。分析比較可得‚巴黎 3種匯水面徑流主要污染物的中值和最大值明顯小于北京。巴黎、德國(guó)屋面徑流 COD中值和北京天然雨水的平均值接近‚但都低于北京屋面的 COD值。油氈材料和大氣的降塵是北京屋面 COD值偏高的主要原因。表 1、表 2的 BOD都相對(duì)較低‚表明城市徑流的可生化性差‚與北京的研究結(jié)論相符。
根據(jù)美國(guó) EPA的研究‚不同城市和地域間雨水徑流水質(zhì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果無(wú)明顯區(qū)別‚故北京城區(qū)雨水水質(zhì)分析結(jié)果應(yīng)具有一定的代表性。考慮目前北京城市地面環(huán)境狀況、大氣質(zhì)量等在中國(guó)城市中至少屬于中上等‚因此‚從定量和定性兩方面分析判斷‚ 我國(guó)主要城市徑流污染比一些發(fā)達(dá)國(guó)家的城市徑流污染程度明顯嚴(yán)重。許多發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明‚必須及早深入研究和制定控制對(duì)策。
4.2 影響城市雨水徑流水質(zhì)的因素
影響城市雨水徑流水質(zhì)的因素有很多也很復(fù)雜‚綜合起來(lái)主要有：降雨量、降雨時(shí)間、降雨強(qiáng)度、兩場(chǎng)降雨之間的時(shí)間間隔、屋面防水材料組成物質(zhì)和老化程度、氣溫、日照強(qiáng)度等。目前北京市建筑物大多采用瀝青油氈作為防水材料‚老化的油氈經(jīng)高溫日曬‚析出相當(dāng)量的有機(jī)物溶入徑流‚造成屋面徑流 COD居高不下‚這是屋面徑流主要污染源。與油氈屋面相比‚瓦質(zhì)屋面徑流的水質(zhì)較好‚兩者 COD相差 3～8倍‚而且氣溫越高‚兩者相差越大 (圖 3)。路面徑流的污染除與路面材料、路面老化程度有關(guān)外‚地面清潔度及水土流失也是主要影響因素。
(1)城區(qū)雨水徑流污染嚴(yán)重‚主要為有機(jī)物污染和懸浮固體污染‚一般規(guī)律是：初期徑流污染最嚴(yán)重‚可達(dá)到很高的濃度‚隨降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)‚濃度逐漸下降并趨于穩(wěn)定。
(2)匯水面性質(zhì)對(duì)雨水徑流水質(zhì)有最直接的重要影響。屋面污染物主要為干沉降物和屋面材料的分解產(chǎn)物‚油氈屋面是一種主要的污染源。路面污染狀況是道路雨水污染的決定性因素‚水質(zhì)比屋面雨水更復(fù)雜‚隨機(jī)性更大‚初期徑流的 COD和 SS濃度一般均超過(guò)城市污水 (圖 4)。
(3)氣溫、降雨的間隔時(shí)間、降雨強(qiáng)度和雨量對(duì)城區(qū)雨水徑流水質(zhì)均有明顯影響‚這些因素相互交錯(cuò)或同時(shí)作用‚使徑流水質(zhì)變化規(guī)律比較復(fù)雜。氣溫主要對(duì)油氈屋面水質(zhì)影響顯著‚夏季可導(dǎo)致油氈屋面初期徑流 COD高達(dá)數(shù)千 mg/L‚色度大‚主要為溶解性難生物降解有機(jī)物‚ρ(BOD5)/ρ(COD)值一般為 0.1～0.2。通常以在 25℃ 下 5日內(nèi)所消耗的溶解氧量為標(biāo)準(zhǔn)‚記為 BOD5。
由于上述因素影響及北京的降雨特點(diǎn)‚屋面及道路雨水徑流污染負(fù)荷均表現(xiàn)隨季節(jié)變化趨勢(shì)。
5 結(jié)論
城區(qū)雨水徑流的污染直接關(guān)系到雨水資源的合理利用和城市非點(diǎn)源污染的控制、城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展‚必須給予足夠的重視‚并采取相應(yīng)的控制措施‚如城市排水系統(tǒng)的合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)、屋面材料的改進(jìn)、初期雨水徑流的有效控制、路面環(huán)境及雨水管理的立法等。
雨水利用是一個(gè)系統(tǒng)工程‚必須全盤考慮‚合理規(guī)劃。需要掌握當(dāng)?shù)厮Y源狀況、可利用的雨水資源及季節(jié)分配;城市規(guī)劃和給排水基礎(chǔ)設(shè)施‚如不透水面積、城區(qū)發(fā)展、排水體制、污水處理廠、目前節(jié)水技術(shù)設(shè)施等;地下水位和地質(zhì)條件;雨水水質(zhì)及處理要求;水利設(shè)施及旱澇情況;雨水利用與現(xiàn)有水資源的合理調(diào)配等。這些必要的基礎(chǔ)研究和資料是合理開(kāi)發(fā)利用雨水的前提及技術(shù)保障。——論文作者：蔣德明 1‚蔣瑋 2
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