城市雨水处理工艺与技术（廖日红,等）

摘要：城市化的快速发展使不透水地面面积迅速增长, 雨水径流量也随之增加, 由于降水淋洗大气污染物及其对地表污染物的冲刷, 其污染威胁不能再被忽视。雨水径流有明显的初期冲刷作用, 污染物集中在初期的数毫米雨量中, 因此, 控制初期雨水成为雨水利用系统和城市径流污染控制的一项主要举措。初雨弃流装置主要有优先流法弃流池、切换式或小管弃流井、旋流分离式初雨弃流设备、自动翻板式初雨分离器等多种型式。弃除初雨的径流建议采用物化方法进行处理, 宜采用筛网格栅、混凝沉淀及过滤等工艺。

关键词：城市雨水 水质 处理

中图分类号TV213.9 文献标识码A 文章编号1673 - 4637 ( 2006) 04 - 0046 - 03

1 城市雨水处理技术

1.1 城市雨水用途与对水质的要求

城市雨水用途主要包括以下方面: 生活杂用( 如冲洗厕所、洗衣洗车、消防用水等) , 市政杂用( 如绿地灌溉、构造水景观等) , 地下水回灌等。不同的回用用途应满足相应的水质标准, 针对雨水的特点, 也有其特殊的使用要求。

冲洗厕所对雨水水质要求: 从使用价值观点看,冲洗厕所的雨水只要看上去干净, 无不良气味即能满足使用要求。雨水中的重金属和盐类冲厕使用影响关系不大。

洗衣用雨水水质要求: 洗衣用水应能保证良好的洗涤效果, 不应在衣物上留下任何会影响外观和人体健康的物质, 例如会引起皮肤过敏的物质。由于雨水有硬度水的优点, 就此而言它比源自地下水、地表水的城市给水系统的饮用水水质更适合衣物清洗, 如此可减少洗衣时洗衣剂的用量, 也可不再用织物柔软剂。但是冶金厂附近的雨水中含有铁和镁, 若用于洗衣会使衣物发黄, 公路附近的雨水含有害健康的芳香烃物质, 当这类有害物含量高时也不适合洗衣, 若雨水中落入很多鸟兽粪, 会造成细菌污染, 同样不能使用。灌溉用雨水水质要求: 目前对观赏植物浇灌用水无特殊水质要求, 对于农作物浇灌用水水质应防止芳香烃类物质及重金属物质在植物中聚积, 通过生物链进入人体, 而城市绿化使用雨水应是较佳选择。总体来说, 冲厕、洗衣、洗车、灌溉等市政与生活杂用应符合《生活杂用水水质标准》( CJ 25.1 - 89) 。回用于景观用水水质应符合《景观娱乐用水水质标准》(GB12941- 91) 。食用作物、蔬菜浇灌用水还应符合《农田灌溉水质标准》(GB5084- 85) 要求。雨水用于空调系统冷却水、采暖系统补水等其他用途时, 其水质应达到《空调用水及冷却水水质标准》(DB131/T143- 94) 。1.2 初期雨水控制与弃流雨水径流有明显的初期冲刷作用, 即在多数情况下, 污染物是集中在初期的数毫米雨量中, 因此, 控制初期雨水成为雨水利用系统和城市径流污染控制的一项主要举措。由于初期雨水污染程度高, 处理难度大, 因此对初期雨水的控制主要采用弃流处理。初期雨水弃流可去除径流中大部分污染物, 包括细小的或溶解性污染物, 因此是一种有效的水质控制技术。初雨弃流装置有多种设计型式, 可以根据流量或初期雨水排除水量来设计控制装置。

(1) 优先流法弃流池。初期雨水弃除最常用的方法是优先流法, 即将设计的集雨面的初期径流量优先排入相应容积的需水空间内, 然后再流入收集系统的下游, 如图1 所示。弃流池一般用砖砌、混凝土现浇或预制, 可设计为在线或旁通方式, 所截留的初期雨水在降雨结束后或者由水泵排入污水管道, 或者逐渐渗入周围的土壤。相应的雨水弃除设施如图1 所示。该方法设计根据雨水径流的冲刷规律合理确定弃流水量。优点是简单有效, 可以准确地按设计要求控制初期雨水量, 效果好。主要缺点是当汇水面较大收集效率不高, 需要较大的池容。

(2) 切换式或小管弃流井。在雨水检查井中同时埋设连接下游雨水井和下游污水井的2 根连通管, 在2 个连通管入口处设置简易手动闸阀或自动闸阀进行切换。可以根据流量或水质来设计切换方式, 人工或自动调节弃流量。这种方法最大的问题是对随机降雨操作控制比较困难。当弃流管与污水管直接连接时,应有措施防止污水管中污水倒流入雨水管线, 可采用加大2 根连通管的高差等方式。由于降雨过程和径流过程均表现出初期水质差而流量小的特点, 可以考虑将初期雨水弃流管设计为分支小管, 初期水质差的小流量首先通过小管排走, 超过小管排水能力的后期径流再进入雨水收集系统。该法的特点是自动弃流, 可以减少切换带来的运行和操作的不便, 但弃流量难以合理控制, 尤其是在降雨强度较小而降雨量很大时可能会使弃流量加大, 减少收集水量甚至收集不到雨水。该法一般适用于汇水面较大, 有足够的收集水量时。

(3) 旋流分离式初雨弃流设备。由雨水管道收集的雨水沿切线方向流入旋流筛网, 筛网由一定数目的合金材料制成。降雨初期当筛网表面干燥时, 在水的表面张力和筛网坡度作用下, 雨水在筛网表面以旋转的状态流向中心的排水管, 初期雨水即被排入雨水或污水管道。随着降雨延续, 筛网表面不断被浸润, 水在湿润的筛网表面上的张力作用将大大减少, 中后期雨水就会穿过筛网汇集到集水管道, 最终接入蓄水池。这种装置的主要特点是通过改变筛网的面积和目数可以按时间控制初期雨水弃流量; 初期雨水来临时,可以将上次残留在筛网上的树叶等滤出物冲入雨水或污水管道中, 自行清洁。

(4) 自动翻板式初雨分离器。该装置的工作原理是利用自动翻转的翻板进行弃流。没有雨水时, 翻板处于弃流管位置, 降雨开始后, 初雨沿翻板经过弃流管排走。随着降雨的增多, 一般降雨到2～3 mm 时,翻板依靠重力会自动反转, 雨水沿翻板经过雨水收集管进入蓄水池。当停止降雨一定时间后翻板依靠重力作用自动恢复原位, 等待下一次降雨。翻板的翻转时间和停雨后自动复位时间可根据具体情况在安装时调节。

该装置主要安装在雨落管上, 无需建设土建弃流池, 可以灵活地将初雨分离出去, 整个过程自动完成。通过使用该装置可以有效地控制每场降雨径流中的大部分污染物, 能显著地改善蓄水池中的雨水水质, 保证整个系统安全而高效地运行。

2 雨水处理工艺

实验研究结果表明屋面和道路雨水水质可生化性较差, 宜采用物化处理。雨水净化工艺视水质和使用目的确定, 若出水作为杂用水, 则处理工艺的选择应以简便、实用为原则, 优先考虑混凝、沉淀、过滤等物化处理方案。

2.1 屋顶雨水处理工艺

屋顶雨水集蓄利用系统主要用于家庭、公共场所和企事业单位的非饮用水, 如浇灌、冲厕、洗衣洗车、冷却循环等中水系统。参考屋顶雨水径流自然沉淀和混凝沉淀试验的结果, 当自然沉淀时间超过90 min 时,COD 去除率达到30%以上。混凝沉淀对COD 及SS 的去除率明显高于自然沉淀, 但混凝沉淀工艺增加了投药设备, 成本较高, 如果有足够的停留时间, 自然沉淀是一种简单而有效的处理方法。

2.2 道路庭院雨水处理工艺

道路雨水水质污染程度大, 水质复杂, 应先除去初期径流, 再进行混凝、沉淀、除油和过滤等工艺处理, 必要时增加生物活性炭工艺, 然后再回用或回灌地下水。在道路和庭院雨水径流中通常有许多大颗粒杂物和油污, 使用滤栅除去径流中的树叶、纸张、塑料废弃物及其他大颗粒杂物, 如果滤栅被堵塞, 采用溢流装置将水溢至沉淀池。

对于雨水中的油污, 采用弯管法拦截。例如, 在雨水由沉淀池进入过滤池的管道上安装弯头, 使正常水位在弯头的进水口上, 漂浮在水面上的油污就被拦截在沉淀池内了。

机动车道径流由于污染程度太高, 处理难度与成本非常大, 故不主张对其处理与回用, 可直接排入市政管道进污水处理厂。

2.3 常规雨水水质处理工艺

(1) 筛网与格栅。由于雨水中含有较粗的漂浮物与悬浮物, 如树叶、果皮、纤维等, 为减轻后续处理负荷, 需采用格栅或筛网对其进行截留。格栅采用金属栅条, 可用型钢直接焊接制成, 以细格栅为宜( 栅条间距为2～5 mm) ; 筛网采用平面条形滤网, 倾斜或平铺放置, 滤网间隔应在0.5 ～2 mm 之间。对于道路径流雨水需设格栅与筛网去除雨水中较粗的悬浮物质,对于屋顶径流, 可不设格栅, 直接采用筛网过滤, 能去除绝大部分树叶与粗颗粒物质。

(2) 混凝沉淀。对于悬浮物含量较高的雨水, 加设混凝设备能提高后续处理效率。混凝是水体中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。混凝剂推荐用铝盐、铁盐或聚合电解质, 助凝剂可用生石灰、活化硅酸等。混凝剂投加采用液体投加方式, 将固体溶解后配成一定浓度的溶液投入水中。沉淀是解决雨水泥沙与悬浮物的最适用的方法, 形式宜采用平流式沉淀池, 易于建造, 沉淀效率较高。沉淀池停留时间最小不应超过2 min, 对于屋顶径流( 去除初雨后) 等较清洁的雨水在沉淀后能去除70%的悬浮物、40%的有机污染物质, 可直接回用于绿地灌溉。对于道路径流等污染程度较严重的雨水, 混凝沉淀能去除60%～80%的污染物, 但仍需进一步过滤处理。

(3) 过滤。过滤的目的是为了进一步去除前处理中剩余的悬浮物固体颗粒、胶体物质、浊度及有机物等, 提高出水水质。雨水在过滤之间应去除初期雨水, 否则滤池极易堵塞, 对于道路径流, 在过滤之间还应增加沉淀工艺。雨水过滤池设计一般采用单层滤池和双层滤池, 单层滤池滤料可采用细砂, 滤料粒径以0.5～1.2 mm 为宜, 也可粗至1.5～2.0 mm,滤层厚度为80～120 mm。双层滤池滤料采用无烟煤和细砂, 滤料粒径与厚度与单层滤池接近。由于使用率低及操作简易的考虑, 雨水过滤一般不设反冲洗装置, 而是通过定期清理更换上层滤料的做法防止滤池堵塞。

3 结论

(1) 由于城市化过程中不透水地面面积迅速增长与雨水径流量的增加, 降雨径流对大气污染物的淋洗及其对地表污染物的冲刷使其成为城市面源污染的主要形式, 有日渐严重的趋势。

(2) 雨水径流有明显的初期冲刷作用, 污染物集中在初期的数毫米雨量中, 因此, 控制初期雨水成为雨水利用系统和城市径流污染控制的一项主要举措。初雨弃流装置主要有优先流法弃流池、切换式或小管弃流井、旋流分离式初雨弃流设备、自动翻板式初雨分离器等多种型式。

(3) 由于降雨径流的可生化性较差, 因此建议采用物化方法对其进行处理, 宜采用筛网格栅、混凝沉淀及过滤等工艺。

作者：廖日红 顾斌杰 丁跃元 胡秀琳

作者简介: 廖日红( 1974 —) , 男, 高级工程师。

来源：《北京水务》2006.4