發布時間：2022-01-05所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：綜合國內外綜合資料對城市不同建筑材料屋面和不同路面的雨水徑流水質特征進行了對比分析闡明了影響城市雨水徑流水質的三大因素并論述了城市雨水收集利用的現實意義。 關鍵詞：雨水徑流;水質分析;雨水收集利用 城市雨水作為一種寶貴資源長期以來卻未得到應有的重
摘 要：綜合國內外綜合資料‚對城市不同建筑材料屋面和不同路面的雨水徑流水質特征進行了對比分析‚闡明了影響城市雨水徑流水質的三大因素‚并論述了城市雨水收集利用的現實意義。
關鍵詞：雨水徑流;水質分析;雨水收集利用
城市雨水作為一種寶貴資源‚長期以來卻未得到應有的重視。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、有機物、氮、磷、重金屬、細菌和某些病原菌等‚ 故雨水水質與當地空氣質量、建筑屋面材料、道路路面、降雨間隔、降雨強度以及降雨歷時等因素有關。筆者綜合了國內外資料‚對城市不同建筑材料屋面和不同路面的雨水徑流水質特征進行了研究。
1 國內外城市雨水徑流污染研究概況
隨著點源污染控制的不斷完善和城市的快速擴張‚非點源污染的矛盾日益突出‚對城市水系構成嚴重的威脅。在很多發達國家‚點源污染基本得到有效控制‚雨水徑流帶來的非點源污染已成為水體污染的主要因素。如美國約有 60%的河流和 50%的湖泊污染與非點源污染有關;在已實現污水二級處理的城市‚水體生化需氧量 (BOD)年負荷約 40% ～ 80%來自雨水徑流[1-2]。
我國雨水徑流引起的污染很嚴重。在太湖、滇池等重要湖泊‚非點源污染已經成為水質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重污染[4]。據初步的保守估算‚目前在北京和上海的城區雨水徑流污染占水體污染負荷的比例約占 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速度。到 2010 年的規劃實施后‚城市雨水徑流污染負荷的比例北京將上升至 12%以上‚上海將上升到 20%左右。
事實上‚考慮徑流污染物輸送的非連續性和爆發性‚其污染負荷所占的比例在雨季的短時段內會成倍升高‚超過點源污染‚對城市水體造成沖擊性影響‚嚴重制約城市水環境質量的徹底改善‚許多城市暴雨后發生的水污染事件都是很好的例證。近 20 ～30年間‚城市雨水污染在發達國家受到廣泛關注‚許多國家對城市徑流污染及控制進行了深入的研究‚制定了系統的法規、管理和技術體系。
近年來‚我國非點源污染矛盾有加重趨勢‚水污染控制的力度也在加大‚城市徑流污染開始引起越來越多的重視。如北京 1998年開始對城市雨水徑流污染控制和雨水資源利用進行系統研究[5]‚不僅分析徑流污染指標及變化范圍‚對污染物的沖刷輸送規律、主要影響因素、污染物負荷和控制對策等都進行了研究。雖然研究取得了一批成果‚但對徑流量及其水質缺少全面監測數據‚對徑流污染源、輸送機制、污染總量及相適應的合理排水體系和控制管理對策缺乏系統研究‚所以我國目前尚未建立與雨水徑流控制配套的技術和法規體系。
2 國外發達國家城市雨水徑流水質研究
2.1 美國城市雨水徑流水質特征
美國國家環境保護局 (USEPA)于 1983年提出城市暴雨徑流的主要污染評價指標‚如懸浮固體、有機物、植物營養物和重金屬 (表 1)[6]。美國 EPA的研究報告未明確區分路面、屋面匯水面徑流‚其主要反映城市綜合的徑流水質。研究報告指出‚美國城市及不同地域之間暴雨徑流水質的統計結果無明顯區別污染成分的加權平均濃度 EMC(eventmeanconcentration)與城市、地理位置和地面條件等沒有明顯關系‚但各種指標的變化范圍很大。
2.2 法國巴黎不同匯水面雨水徑流污染物分析
國外是近年才開始注意屋面徑流的污染‚法國的研究者對巴黎市中心 4個屋面 (2瓦、1石板、1鋅板 )、3個庭院和 6個街道取樣點的 16場降雨數據分析‚結果見表 2 [7]‚據此可做出圖 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‚庭院和道路徑流中 SS的中值大大超出了歐共體對處理廠排放的規定‚特別是最大污染濃度的初期雨水‚更是遠遠超出規定值‚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準‚但其最大值同樣遠遠超過排放規定‚若不進行棄流就直接排放‚會對水體帶來嚴重污染。
圖 1b為巴黎不同匯水面雨水徑流中 COD污染物濃度狀況。根據圖表分析可得‚庭院和道路徑流的 COD污染較為嚴重‚約有 60%超標。不同匯水面雨水徑流的 COD平均值基本滿足排放標準‚但是最大污染濃度仍然大大超出規定值。
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‚屋面、庭院以及道路徑流中Pb濃度均嚴重超標。特別是金屬屋面產生的徑流中‚重金屬 Pb的污染物濃度最高‚其最大值甚至高達排放標準的 55倍。如果直接排放‚對水體和現場滲透土壤可能造成嚴重危害。
此外‚從數據表中還可以看出一個較為明顯的情況。屋面徑流中 Zn含量的最大值嚴重超出排放規定的范圍‚其他情況下基本滿足排放標準。
綜上所述‚本研究肯定了庭院和街道徑流污染的嚴重性‚主要表現為 SS和 COD污染。同時屋面徑流也有一定的污染‚由金屬屋面產生的一些重金屬污染最為嚴重‚甚至超過街道徑流。
2.3 德國屋面和道路雨水徑流污染
德國有資料 (W.F.Geiger教授：Modulestormwatertreatment)將屋面雨水徑流與路面雨水徑流水質區分 (表 3)‚以便對不同的水質進行處理和利用。
3 國內城市雨水徑流水質的研究
北京連續 4年對城區雨水徑流進行了分析。因初期徑流污染物濃度很高‚是需要重點控制的對象‚ 故將初期徑流水質和各場雨平均污染物濃度結果分別列于表 4和表 5。路面和油氈屋面初期徑流 COD通常達數千 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標準‚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平均濃度都比屋面的高。
根據表 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 城市雨水徑流水質分析
4.1 國內外城市雨水徑流水質分析
表 1至表 5的數據及分析處理基礎不完全一致‚難以做全面的精確對比‚通過主要污染指標數量級和變化范圍的比較可對污染程度做出評價。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都相對較低‚表明城市徑流的可生化性差‚與北京的研究結論相符。
根據美國 EPA的研究‚不同城市和地域間雨水徑流水質的統計結果無明顯區別‚故北京城區雨水水質分析結果應具有一定的代表性。考慮目前北京城市地面環境狀況、大氣質量等在中國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‚ 我國主要城市徑流污染比一些發達國家的城市徑流污染程度明顯嚴重。許多發達國家的經驗已經證明‚必須及早深入研究和制定控制對策。
4.2 影響城市雨水徑流水質的因素
影響城市雨水徑流水質的因素有很多也很復雜‚綜合起來主要有：降雨量、降雨時間、降雨強度、兩場降雨之間的時間間隔、屋面防水材料組成物質和老化程度、氣溫、日照強度等。目前北京市建筑物大多采用瀝青油氈作為防水材料‚老化的油氈經高溫日曬‚析出相當量的有機物溶入徑流‚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‚瓦質屋面徑流的水質較好‚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、路面老化程度有關外‚地面清潔度及水土流失也是主要影響因素。
(1)城區雨水徑流污染嚴重‚主要為有機物污染和懸浮固體污染‚一般規律是：初期徑流污染最嚴重‚可達到很高的濃度‚隨降雨歷時的延長‚濃度逐漸下降并趨于穩定。
(2)匯水面性質對雨水徑流水質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‚水質比屋面雨水更復雜‚隨機性更大‚初期徑流的 COD和 SS濃度一般均超過城市污水 (圖 4)。
(3)氣溫、降雨的間隔時間、降雨強度和雨量對城區雨水徑流水質均有明顯影響‚這些因素相互交錯或同時作用‚使徑流水質變化規律比較復雜。氣溫主要對油氈屋面水質影響顯著‚夏季可導致油氈屋面初期徑流 COD高達數千 mg/L‚色度大‚主要為溶解性難生物降解有機物‚ρ(BOD5)/ρ(COD)值一般為 0.1～0.2。通常以在 25℃ 下 5日內所消耗的溶解氧量為標準‚記為 BOD5。
由于上述因素影響及北京的降雨特點‚屋面及道路雨水徑流污染負荷均表現隨季節變化趨勢。
5 結論
城區雨水徑流的污染直接關系到雨水資源的合理利用和城市非點源污染的控制、城市生態環境建設及可持續發展‚必須給予足夠的重視‚并采取相應的控制措施‚如城市排水系統的合理規劃與設計、屋面材料的改進、初期雨水徑流的有效控制、路面環境及雨水管理的立法等。
雨水利用是一個系統工程‚必須全盤考慮‚合理規劃。需要掌握當地水資源狀況、可利用的雨水資源及季節分配;城市規劃和給排水基礎設施‚如不透水面積、城區發展、排水體制、污水處理廠、目前節水技術設施等;地下水位和地質條件;雨水水質及處理要求;水利設施及旱澇情況;雨水利用與現有水資源的合理調配等。這些必要的基礎研究和資料是合理開發利用雨水的前提及技術保障。——論文作者：蔣德明 1‚蔣瑋 2
參考文獻：
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