雨水徑流污染及控制方法

1、雨水徑流Design by 二三年微博：兩三年_1945簡(jiǎn)述 如今，城市化造成的雨水的地表徑流，是世界許多城市化地區(qū)水污染的主要原因。 隨著城市化的進(jìn)程加快，區(qū)域不透水下墊面的面積擴(kuò)大，在暴雨或者是其他強(qiáng)降水的沖刷下，導(dǎo)致道路，屋頂，綠地等地方附著的污染物質(zhì)，隨著雨水一起沖入下水道，并沒(méi)有通過(guò)土壤對(duì)其自動(dòng)過(guò)濾，由此導(dǎo)致地下水水位的下降與洪水危害。這些尚未處理的含有污染物質(zhì)的雨水大多會(huì)經(jīng)過(guò)城市排水系統(tǒng)排入溪流，江河，海灣，導(dǎo)致區(qū)別于工業(yè)廢水，生活廢水這類(lèi)點(diǎn)源污染的大面積面源污染，突然的暴雨徑流也會(huì)導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)由于水溫過(guò)高而死亡，從而一層層引發(fā)更為嚴(yán)重的環(huán)境危害。雨水徑流的污染及影響城市徑流的現(xiàn)狀概況

2、0201Content03控制措施PART ONE1城市徑流的現(xiàn)狀概況01Point IPoint IIPoint III010203 在發(fā)達(dá)國(guó)家，點(diǎn)源污染基本得到控制，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。例如，美國(guó)約有60%的河流和50%的湖泊的污染來(lái)自城市地表徑流；已實(shí)現(xiàn)污水二級(jí)處理的城市，水體耗氧物質(zhì)負(fù)荷率約40%-80%來(lái)自雨水徑流。 城市大氣及地表會(huì)有大量來(lái)自生產(chǎn)與生活過(guò)程的污染物累積，雨水徑流會(huì)攜帶大量的COD、BOD及N、P等非點(diǎn)源污染物，成為城市水體的潛在威脅。城市化的發(fā)展致使雨水徑流對(duì)水體的污染程度更為嚴(yán)重。 中國(guó)雨水徑流的污染問(wèn)題也很?chē)?yán)重，在太湖、滇池等重要湖

3、泊，非點(diǎn)源污染已成為水質(zhì)惡化的主要原因之一。對(duì)我國(guó)城市而言，初步的保守估算，在城市污水收集、處理系統(tǒng)尚未建設(shè)完善的情況下，城區(qū)雨水徑流污染占水體污染負(fù)荷的比例約在10左右。隨著城市發(fā)展過(guò)程中對(duì)點(diǎn)源污染治理的逐步重視，雨水徑流污染負(fù)荷的比例還會(huì)逐步上升。由國(guó)內(nèi)外城市地表徑流水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖可見(jiàn)，通過(guò)我國(guó)兩個(gè)具有典型象征的大型城市與法國(guó)代表城市巴黎以及德國(guó)總體進(jìn)行比較，我國(guó)徑流污染較之國(guó)外還是有一定差距，需要我們花大力氣進(jìn)行改善。國(guó)內(nèi)外地表徑流水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比在國(guó)內(nèi)外城市面源污染主要污染物濃度一圖中，我們可以看到我國(guó)幾大城市徑流中的污染物濃度大大超過(guò)了地表水環(huán)境質(zhì)量V類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，更是遠(yuǎn)大于美國(guó)的情況

4、。國(guó)內(nèi)外城市面污染主要污染物濃度PART ONE2雨水徑流的污染及影響02下墊面材質(zhì)下墊面材質(zhì)屋面和路面等不透水面以及綠地是城市的3種主要下墊面形式。屋頂在干氣候條件下，累積了大量大氣沉降的污染物，其中PAHs，硫酸鹽、氯化物、鈣鹽和銨鹽是沉降物中的主要組成部分。構(gòu)建屋頂所需要用到的金屬材料，在日積月累的腐蝕下都會(huì)釋放重金屬離子,在雨水的沖刷下向環(huán)境釋放污染物，同時(shí)，玻璃因?yàn)槠涿娣e較大，其上的污染物包括酸性物質(zhì)，揮發(fā)性有機(jī)物也很容易被降水沖刷下來(lái)。不透水地面主要的污染來(lái)源來(lái)自于道路交通排放的汽車(chē)尾氣，揚(yáng)塵，輪胎，剎車(chē)墊，道路表面磨痕，汽車(chē)機(jī)油泄露等。公路交通造成的路面沉積主要是灰塵，Pb、Zn

5、等重金屬，碳?xì)浠衔锛奥然c(NaCl)等用于除冰雪的鹽類(lèi)。此外，道路多以混凝土、瀝青鋪設(shè)，透水度不高。大氣沉降的污染物依然存在于城市綠地中，污染物質(zhì)可以附著在植物葉片上以及農(nóng)藥化肥的施用等。01城市徑流污染來(lái)源03除冰劑除冰劑高速公路，機(jī)場(chǎng)跑道，是兩大除冰劑耗用最多之處，除卻氯化鈉，目前的除冰劑中還含有由顆粒物、抗凝劑和防腐添加劑，其中抗凝劑中含有醋酸鉀、甲酸鉀、甲酸鈉、乙二醇、尿素等物質(zhì)，這些物質(zhì)都可能起到主要的毒性作用。城市徑流污染來(lái)源02大氣干沉降大氣干沉降大氣干沉降是最直接的將氣體、粉塵和氣溶膠從空氣中轉(zhuǎn)移到地面和植物等表面的過(guò)程,此外部分低濃度的顆粒物也會(huì)懸浮在低空中,隨降水(雨、

6、雪、霧、露、霜等)轉(zhuǎn)入地表徑流。城市徑流污染物的組成 懸浮顆粒物與持久性有機(jī)污染物懸浮顆粒物與持久性有機(jī)污染物 懸浮顆粒物是地表徑流最基本的污染物，主要來(lái)自土壤顆粒，大氣沉降，道路磨損，路面除冰劑。固體懸浮物（SS）具有較大的比表面積，是輸送徑流污染物的載體，顆粒粒徑越小，比表面積越大，吸附污染物的能力越強(qiáng)，高濃度的SS是徑流中重金屬、有機(jī)污染物、營(yíng)養(yǎng)鹽吸附的載體。而有些SS本身也帶有一定污染性。 持久性有機(jī)污染物（POPs）是指持久存在于環(huán)境中，具有很長(zhǎng)的半衰期，難以降解，且能通過(guò)食物網(wǎng)積聚，對(duì)人體健康與環(huán)境產(chǎn)生重大影響的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。POPs所具有的半揮發(fā)性使其可以從土壤，水中揮發(fā)出來(lái)，吸

7、附在顆粒物上，如植被葉片，屋頂，道路等，從而在雨水的沖刷下形成徑流污染。 城市徑流污染物的組成 農(nóng)藥與重金屬農(nóng)藥與重金屬 重金屬是徑流中極為常見(jiàn)的污染物，主要來(lái)自于汽車(chē)尾氣的排放，化石燃料的燃燒，輪胎剎車(chē)墊的磨損，電焊金屬的腐蝕以及電鍍屋頂，排水管等材料日積月累下的腐蝕，特別是在酸性條件，雨水pH值較低的情況下。在城市綠地和住宅附近，化肥，殺蟲(chóng)劑的施用，高速公路沿途除草劑的施用，擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)農(nóng)藥，氨磺樂(lè)靈，聯(lián)苯菊酯，敵草隆，異惡酰草胺，二氯吡啶酸等都將積累在土壤中，揮發(fā)在道路上，或是附著在植被葉片上，從而在雨水的沖刷下成為徑流污染物。城市徑流污染物的組成 營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì) 城市

8、地表徑流中，主要的營(yíng)養(yǎng)元素來(lái)自于大氣沉降，城市綠地和垃圾堆放。其中氮（N），磷（P）等營(yíng)養(yǎng)元素通過(guò)雨水沖刷，在未經(jīng)處理的情況下由城市排水系統(tǒng)排入江河湖海，N，P元素濃度的極大超標(biāo)，將嚴(yán)重影響河道水中DO的濃度，從而污染水質(zhì)。 土壤有機(jī)質(zhì)，植物枯葉殘花，鳥(niǎo)類(lèi)糞便，石油燃燒副產(chǎn)品，生活垃圾中所含的有機(jī)質(zhì)不僅本身是一種污染物,能夠引起水體COD和BOD值的升高,降低水體的溶解氧含量，而且也可作為徑流中各種污染物的底物,使各種污染物與之結(jié)合，從而增大了城市徑流污染的危害。城市徑流污染對(duì)水體的影響城市地表徑流污染將會(huì)影響受納水體水質(zhì)。城市地表徑流污染將會(huì)影響受納水體水質(zhì)。其中重金屬與PAHs的污染尤為嚴(yán)

9、重。來(lái)自屋頂材料的Cr，As，Zn，Pb通過(guò)徑流皆會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染，其中尤以Zn為重，對(duì)水域總污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)值達(dá)到20%。通過(guò)干沉降遺留下的Hg對(duì)水體污染貢獻(xiàn)度甚至達(dá)到46%，生物實(shí)驗(yàn)表明，農(nóng)藥中的一些化學(xué)物質(zhì)，PAHs與重金屬皆有很高的影響水體水質(zhì)的生物毒性，而通過(guò)徑流流入水中的顆粒沉積物本身也含較大生物毒性，是污染和影響受納水體水質(zhì)的重要因素。城市地表徑流污染將導(dǎo)致城市水體富營(yíng)養(yǎng)化城市地表徑流污染將導(dǎo)致城市水體富營(yíng)養(yǎng)化。雨水徑流中含有COD、N、P等污染物質(zhì)。此外，降雨徑流中有機(jī)氮的含量很低，總氮含量中絕大部分都是無(wú)機(jī)氮。城市徑流雨水對(duì)地表物質(zhì)的淋溶和沖刷，使各種下墊面徑流中總磷含量范圍達(dá)

10、到0.0330.290mg/L，各種下墊面徑流中總氮和氨氮的中值濃度也均大大超出我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)規(guī)定，同時(shí)，徑流雨水本身營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量也已遠(yuǎn)大于引起水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的限值。水體富營(yíng)養(yǎng)化將會(huì)使水體水質(zhì)惡化，水體透明度降低，影響水生植物光合作用，影響溶解氧的濃度，從而導(dǎo)致大量魚(yú)類(lèi)死亡，以及藍(lán)藻，綠藻等大量水藻的蔓延。突然的暴雨徑流也會(huì)使河流的溫度升高，危害魚(yú)類(lèi)，水生植物，使其因水溫過(guò)高而大量死亡，從而影響到食物鏈，層層遞進(jìn)，造成更大的危害。地域特征城市徑流污染程度大城市要高于中小城市，且不同的城市功能區(qū)，地表富集的污染物濃度及性質(zhì)都有差異，因此降雨徑流的污染程度也不相同。下墊面材質(zhì)不同材料

11、屋面及不同等級(jí)道路的雨水初期徑流污染的程度相差較大?？傮w而言，SBS防水卷材的屋面徑流污染程度高于水泥屋面，瓦屋面徑流污染負(fù)荷小于瀝青屋面和水泥屋面。對(duì)于不同污染物質(zhì)，SS和TP徑流濃度大小順序?yàn)椋和呶菝鏋r青屋面混凝土屋面，COD，TN徑流濃度大小順序?yàn)椋簽r青屋面混凝土屋面瓦屋面，屋面徑流的水質(zhì)受屋面材料影響較大。影響城市徑流污染的因素前期晴天時(shí)間城市徑流污染具有晴天累積、雨天排放的特征，隨著晴天累積天數(shù)的增加，城市地表可被降雨徑流沖刷的污染物增加，增加了降雨徑流的污染潛力，因此，前期晴天時(shí)間反映地表污染物的累積程度，同降雨徑流污染存在一定的關(guān)系，且徑流中主要水質(zhì)參數(shù)（TN、TP、Zn、Pb、

12、Cu、TSS和COD）與前期晴天時(shí)間呈顯著正相關(guān)。降雨量與降水強(qiáng)度降雨量和降水強(qiáng)度是影響屋面徑流水質(zhì)的重要因素，對(duì)于同一屋面，不同降雨量，降水強(qiáng)度，降雨時(shí)間跨度，降雨季節(jié)等對(duì)屋面初期徑流污染物濃度的影響很大。不同降水強(qiáng)度和降雨量對(duì)屋面污染物的沖刷、稀釋和溶解作用不同，所以對(duì)徑流污染的影響也不同。PART ONE3控制措施03源頭控制源頭控制徑流污染源頭控制是城市面源污染最有效，也是最經(jīng)濟(jì)的核心控制措施。新建屋頂采用環(huán)保型無(wú)毒材料，采用彩色輕鋼壓型板，對(duì)已有的瀝青屋頂進(jìn)行平改坡工程，并使用環(huán)保型涂料。高速公路，非機(jī)動(dòng)車(chē)道，人行道，小區(qū)內(nèi)道路等采用透水性鋪裝，草皮磚開(kāi)孔率可達(dá)，在空隙中種植草類(lèi)，可

13、延緩徑流速度、延長(zhǎng)徑流時(shí)間并截留污染物。透水磚鋪裝以無(wú)砂混凝土和單級(jí)配礫石為墊層，對(duì)路面徑流中懸浮物和顆粒污染物有較好的截留過(guò)濾作用。綠地是一種最簡(jiǎn)單而有效的徑流入滲場(chǎng)所，建設(shè)下凹式綠地用于滲透、積蓄、處理雨水。并增設(shè)一些增滲設(shè)施，如滲溝、入滲槽、入滲池等，使屋頂和道路徑流雨水可引入到周?chē)木G地進(jìn)行入滲。靜止向雨水口傾倒污物，設(shè)置截污裝置，并定期清理。加強(qiáng)管理，保持城區(qū)路面清潔，減少垃圾散落，嚴(yán)格控制工地的揚(yáng)塵和焚燒產(chǎn)生污染物，并且逐步改善空氣質(zhì)量，減少大氣沉降所產(chǎn)生的附著物。改進(jìn)汽車(chē)燃料，石油，農(nóng)藥，殺蟲(chóng)劑等含污染物質(zhì)的化學(xué)成分。新型雨水排水系統(tǒng)新型雨水排水系統(tǒng)系統(tǒng)（可譯為洼地滲渠系統(tǒng)）即代

14、表了一種排水系統(tǒng)“徑流零增長(zhǎng)”的新概念。洼地深度，洼地下面的滲渠內(nèi)填充多孔材料如礫石，當(dāng)雨量大時(shí)洼地中的雨水通過(guò)溢流裝置溢流到滲渠，在滲渠較低的部位有個(gè)排水管作為底部的泄水裝置。系統(tǒng)允許某些部分的排水區(qū)域與現(xiàn)有的排水系統(tǒng)分離，從而減輕其水力負(fù)荷，減少排入下游水體的污染雨水量和合流制污水的溢流量，防治了雨水徑流對(duì)城市河道水環(huán)境的污染。德國(guó)“洼地滲渠系統(tǒng)”外觀雨洪控制雨洪控制徑流雨水水質(zhì)隨著降雨歷時(shí)而變化，初期雨水污染最強(qiáng)，隨后趨向一個(gè)穩(wěn)定值，因而將這部分體積較小污染嚴(yán)重的初期雨水分離出來(lái)進(jìn)行分散處理或排入污水管道到污水處理廠集中處理，那么雨水徑流的污染負(fù)荷總量就大大減小了。初期雨水污染控制措施主

15、要有優(yōu)先流法棄流池、小管棄流池、旋流分離式棄流器、自動(dòng)翻板式棄流器等。可以收集到大部分初期雨水，截留住徑流中的大部分污染物，使得后期徑流的水質(zhì)得到控制。圖1 容積法棄流裝置Fig.1 Volumetric split flow equipment圖3 小管棄流裝置Fig.3 Small pipe split flow equipment圖2 雨落管棄流裝置Fig.2 Standpipe first flush splitter國(guó)外先進(jìn)科技與國(guó)內(nèi)的對(duì)比國(guó)外先進(jìn)科技與國(guó)內(nèi)的對(duì)比 發(fā)達(dá)國(guó)家的雨水管理已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)的孤立考慮水患控制的思路，從僅僅關(guān)注管道末端快速排除雨水，轉(zhuǎn)向?qū)⒎乐魏闈撑c城市生態(tài)、環(huán)境

16、保護(hù)、水資源利用統(tǒng)籌考慮的綜合管理思路。綜合管理的目標(biāo)是盡可能減少城市雨水系統(tǒng)對(duì)受納水體的影響。城市雨水綜合管理的主要內(nèi)容為：從單純重視工程技術(shù)措施向工程措施與管理、養(yǎng)護(hù)并重； 從偏重大型收集處理設(shè)施轉(zhuǎn)向同時(shí)注重中小型就近收集、處理設(shè)施；用源頭控制代替管道末端集中處理，用控制污染的產(chǎn)生替代解決污染造成的損害；關(guān)注就地處理、雨水回用；重視調(diào)蓄等措施，減少洪峰及污染物對(duì)受納水體的影響；盡可能采用接近自然狀態(tài)的雨水排水系統(tǒng)，以保護(hù)生態(tài)、利用自?xún)裟芰?。美?guó)最佳管理措施BMPS(Best Management Practices)及低影響發(fā)展LID體系(Low-Impact Development) B

17、MPS與傳統(tǒng)的雨水處理系統(tǒng)相比采用了不同的視角。通過(guò)收集、短時(shí)地儲(chǔ)存或引導(dǎo)雨水按照設(shè)計(jì)流速滲透進(jìn)土壤和下游的雨水設(shè)施，就近處理雨水，以達(dá)到減少?gòu)搅骱臀廴疚镆约翱刂屏魉俚哪康摹?低影響發(fā)展LID是雨洪管理方面一個(gè)相對(duì)較新的理念。LID是一種創(chuàng)新的可持續(xù)綜合雨洪管理戰(zhàn)略。它通過(guò)運(yùn)用規(guī)劃和設(shè)計(jì)手段模擬自然的水文過(guò)程，創(chuàng)造具有功能性的水景觀。其目的是控制源頭，使雨水自然下滲，減少?gòu)搅?。LID通常借助場(chǎng)地中的景觀要素來(lái)取代流域末端價(jià)格昂貴的雨水收集設(shè)施，以此來(lái)解決雨水問(wèn)題。LID不僅僅可以應(yīng)用于新建項(xiàng)目，在處理城市更新和已建成項(xiàng)目方面也卓有成效。 LID規(guī)劃和設(shè)計(jì)的主要策略包括：長(zhǎng)徑流的通過(guò)時(shí)間；維護(hù)自

18、然的泄洪通道，并盡量分散徑流；將不透水的區(qū)域(例如不透水鋪裝和屋頂)與排水系統(tǒng)分開(kāi)。取而代之的是通過(guò)透水區(qū)域下滲雨水；保護(hù)能夠減慢徑流速度、過(guò)濾污染物、容易下滲的自然植被和土壤；引導(dǎo)徑流通過(guò)有植被覆蓋的區(qū)域，以過(guò)濾徑流并回補(bǔ)地下水；提供小尺度分散式的要素和裝置以實(shí)現(xiàn)調(diào)控目標(biāo)；就地處理污染物，或者阻止它們的產(chǎn)生。英國(guó)可持續(xù)城市排水系統(tǒng)SUDS(Sustainable Drainage Systems) 在結(jié)構(gòu)性BMPs的基礎(chǔ)上，英國(guó)發(fā)展了可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(SUDS)，成為英國(guó)城市規(guī)劃中雨洪管理的主流。國(guó)家可持續(xù)城市排水系統(tǒng)工作組于2001年成立，在2004年發(fā)布了可持續(xù)排水系統(tǒng)的過(guò)渡期實(shí)踐規(guī)范

19、報(bào)告,報(bào)告中提出了英格蘭和威爾士實(shí)施可持續(xù)排水系統(tǒng)的戰(zhàn)略方法,并提供了詳細(xì)的技術(shù)指導(dǎo)。所謂可持續(xù)城市排水系統(tǒng)，即指運(yùn)用一系列的管理措施和控制手段，通過(guò)一種比傳統(tǒng)技術(shù)更加可持續(xù)的方法來(lái)處理地表水的排放。SUDS包含了不同層面的技術(shù)方法：1.預(yù)防：利用場(chǎng)地設(shè)計(jì)以及家庭和社區(qū)管理，防止徑流的產(chǎn)生和污染物的排放；2.源頭控制：在源頭或接近源頭的地方控制徑流；3.場(chǎng)地控制：對(duì)來(lái)自不同源頭的徑流進(jìn)行統(tǒng)一的管理；4.區(qū)域控制：管理來(lái)自幾個(gè)不同場(chǎng)地的徑流通常是使用濕地和滯留塘。經(jīng)過(guò)近20年的探索。歐洲尤其是英國(guó)已經(jīng)在雨洪管理的理念、技術(shù)、規(guī)范方面形成了較為成熟的體系。澳大利亞的水敏感性城市設(shè)計(jì)WSUD（Wat

20、er Sensitive Urban Design）水敏感性城市設(shè)計(jì)(WSUD)是澳大利亞從1990年代末針對(duì)傳統(tǒng)排水系統(tǒng)所存在的問(wèn)題。發(fā)展起來(lái)的一種雨水管理和處理方法。該方法的核心觀點(diǎn)是認(rèn)為水是寶貴的資源，應(yīng)該將一系列與水相關(guān)的技術(shù)整合進(jìn)城市的景觀中，這樣對(duì)結(jié)構(gòu)性措施的需求就會(huì)減,。WSUD的目標(biāo)是有效地解決徑流問(wèn)題，保護(hù)周邊環(huán)境的同時(shí)在城市地區(qū)節(jié)約用水并最大化地實(shí)現(xiàn)水的自然循環(huán)，提升城市在環(huán)境、游憩、文化、美學(xué)方面的價(jià)值。要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就必須權(quán)衡各種水過(guò)程之間的關(guān)系。WSUD的理念主要包括以下5點(diǎn)：1.保護(hù)自然系統(tǒng)：在城市發(fā)展過(guò)程中保護(hù)和提升自然水系統(tǒng)。2.將雨水處理手段整合進(jìn)景觀中：

21、將收集的雨水作為一種景觀要素，最大化地提升視覺(jué)質(zhì)量和游憩價(jià)值。3.保證水質(zhì)：在城市發(fā)展過(guò)程中保證水體的水質(zhì)。4.減少?gòu)搅骱头逯盗髁浚和ㄟ^(guò)滲池和減少不透水鋪裝等方法減少?gòu)搅鳌?.在減少城市發(fā)展成本的同時(shí)增加效益：使排水設(shè)施的成本最小化，并使景觀得到改善從而提升區(qū)域價(jià)值。我國(guó)的雨洪管理政策：如2002年中國(guó)工程院重大咨詢(xún)項(xiàng)目中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究發(fā)布了中國(guó)城市水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用研究報(bào)告集。2006年9月，中華人民共和國(guó)建設(shè)部頒布了建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范，并作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。許多地區(qū)也開(kāi)始逐漸重視對(duì)雨洪的管理，開(kāi)展了相關(guān)研究，如深圳雨洪資源利用規(guī)劃研究等。理論研究：越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注基于我國(guó)國(guó)情的雨洪管理模式，其中包括：城市雨水污染物控制，城市雨洪調(diào)蓄，建筑的雨水利用模式等。我國(guó)在雨洪管理理論研究方面的一個(gè)創(chuàng)新是分尺