雨水径流污染及控制方法

雨水径流Designby二三年微博：@两三年_1945简述如今，城市化造成的雨水的地表径流，是世界许多城市化地区水污染的主要原因。随着城市化的进程加快，区域不透水下垫面的面积扩大，在暴雨或者是其他强降水的冲刷下，导致道路，屋顶，绿地等地方附着的污染物质，随着雨水一起冲入下水道，并没有通过土壤对其自动过滤，由此导致地下水水位的下降与洪水危害。这些尚未处理的含有污染物质的雨水大多会经过城市排水系统排入溪流，江河，海湾，导致区别于工业废水，生活废水这类点源污染的大面积面源污染，突然的暴雨径流也会导致鱼类由于水温过高而死亡，从而一层层引发更为严重的环境危害。雨水径流的污染及影响城市径流的现状概况0201Content03控制措施PARTONE城市径流的现状概况01PointIPointIIPointIII010203在发达国家，点源污染基本得到控制，雨水径流带来的非点源污染已成为水体污染的主要因素。例如，美国约有60%的河流和50%的湖泊的污染来自城市地表径流；已实现污水二级处理的城市，水体耗氧物质负荷率约40%-80%来自雨水径流。城市大气及地表会有大量来自生产与生活过程的污染物累积，雨水径流会携带大量的COD、BOD及N、P等非点源污染物，成为城市水体的潜在威胁。城市化的发展致使雨水径流对水体的污染程度更为严重。中国雨水径流的污染问题也很严重，在太湖、滇池等重要湖泊，非点源污染已成为水质恶化的主要原因之一。对我国城市而言，初步的保守估算，在城市污水收集、处理系统尚未建设完善的情况下，城区雨水径流污染占水体污染负荷的比例约在10％左右。随着城市发展过程中对点源污染治理的逐步重视，雨水径流污染负荷的比例还会逐步上升。由国内外城市地表径流水质监测结果对比图可见，通过我国两个具有典型象征的大型城市与法国代表城市巴黎以及德国总体进行比较，我国径流污染较之国外还是有一定差距，需要我们花大力气进行改善。国内外地表径流水质监测结果对比在国内外城市面源污染主要污染物浓度一图中，我们可以看到我国几大城市径流中的污染物浓度大大超过了地表水环境质量V类标准，更是远大于美国的情况。国内外城市面污染主要污染物浓度PARTONE雨水径流的污染及影响02下垫面材质屋面和路面等不透水面以及绿地是城市的3种主要下垫面形式。屋顶在干气候条件下，累积了大量大气沉降的污染物，其中PAHs，硫酸盐、氯化物、钙盐和铵盐是沉降物中的主要组成部分。构建屋顶所需要用到的金属材料，在日积月累的腐蚀下都会释放重金属离子,在雨水的冲刷下向环境释放污染物，同时，玻璃因为其面积较大，其上的污染物包括酸性物质，挥发性有机物也很容易被降水冲刷下来。不透水地面主要的污染来源来自于道路交通排放的汽车尾气，扬尘，轮胎，刹车垫，道路表面磨痕，汽车机油泄露等。公路交通造成的路面沉积主要是灰尘，Pb、Zn等重金属，碳氢化合物及氯化钠(NaCl)等用于除冰雪的盐类。此外，道路多以混凝土、沥青铺设，透水度不高。大气沉降的污染物依然存在于城市绿地中，污染物质可以附着在植物叶片上以及农药化肥的施用等。01城市径流污染来源03除冰剂高速公路，机场跑道，是两大除冰剂耗用最多之处，除却氯化钠，目前的除冰剂中还含有由颗粒物、抗凝剂和防腐添加剂，其中抗凝剂中含有醋酸钾、甲酸钾、甲酸钠、乙二醇、尿素等物质，这些物质都可能起到主要的毒性作用。城市径流污染来源02大气干沉降大气干沉降是最直接的将气体、粉尘和气溶胶从空气中转移到地面和植物等表面的过程,此外部分低浓度的颗粒物也会悬浮在低空中,随降水(雨、雪、雾、露、霜等)转入地表径流。城市径流污染物的组成悬浮颗粒物与持久性有机污染物悬浮颗粒物是地表径流最基本的污染物，主要来自土壤颗粒，大气沉降，道路磨损，路面除冰剂。固体悬浮物（SS）具有较大的比表面积，是输送径流污染物的载体，颗粒粒径越小，比表面积越大，吸附污染物的能力越强，高浓度的SS是径流中重金属、有机污染物、营养盐吸附的载体。而有些SS本身也带有一定污染性。持久性有机污染物（POPs）是指持久存在于环境中，具有很长的半衰期，难以降解，且能通过食物网积聚，对人体健康与环境产生重大影响的有机化学物质。POPs所具有的半挥发性使其可以从土壤，水中挥发出来，吸附在颗粒物上，如植被叶片，屋顶，道路等，从而在雨水的冲刷下形成径流污染。城市径流污染物的组成农药与重金属重金属是径流中极为常见的污染物，主要来自于汽车尾气的排放，化石燃料的燃烧，轮胎刹车垫的磨损，电焊金属的腐蚀以及电镀屋顶，排水管等材料日积月累下的腐蚀，特别是在酸性条件，雨水pH值较低的情况下。在城市绿地和住宅附近，化肥，杀虫剂的施用，高速公路沿途除草剂的施用，拟除虫菊酯类农药，氨磺乐灵，联苯菊酯，敌草隆，异恶酰草胺，二氯吡啶酸等都将积累在土壤中，挥发在道路上，或是附着在植被叶片上，从而在雨水的冲刷下成为径流污染物。城市径流污染物的组成营养元素和有机质城市地表径流中，主要的营养元素来自于大气沉降，城市绿地和垃圾堆放。其中氮（N），磷（P）等营养元素通过雨水冲刷，在未经处理的情况下由城市排水系统排入江河湖海，N，P元素浓度的极大超标，将严重影响河道水中DO的浓度，从而污染水质。土壤有机质，植物枯叶残花，鸟类粪便，石油燃烧副产品，生活垃圾中所含的有机质不仅本身是一种污染物,能够引起水体COD和BOD值的升高,降低水体的溶解氧含量，而且也可作为径流中各种污染物的底物,使各种污染物与之结合，从而增大了城市径流污染的危害。城市径流污染对水体的影响城市地表径流污染将会影响受纳水体水质。其中重金属与PAHs的污染尤为严重。来自屋顶材料的Cr，As，Zn，Pb通过径流皆会对水体产生污染，其中尤以Zn为重，对水域总污染负荷的贡献值达到20%。通过干沉降遗留下的Hg对水体污染贡献度甚至达到46%，生物实验表明，农药中的一些化学物质，PAHs与重金属皆有很高的影响水体水质的生物毒性，而通过径流流入水中的颗粒沉积物本身也含较大生物毒性，是污染和影响受纳水体水质的重要因素。城市地表径流污染将导致城市水体富营养化。雨水径流中含有COD、N、P等污染物质。此外，降雨径流中有机氮的含量很低，总氮含量中绝大部分都是无机氮。城市径流雨水对地表物质的淋溶和冲刷，使各种下垫面径流中总磷含量范围达到0.033～0.290mg/L，各种下垫面径流中总氮和氨氮的中值浓度也均大大超出我国地表水环境质量标准Ⅳ类规定，同时，径流雨水本身营养物质的含量也已远大于引起水体富营养化状态的限值。水体富营养化将会使水体水质恶化，水体透明度降低，影响水生植物光合作用，影响溶解氧的浓度，从而导致大量鱼类死亡，以及蓝藻，绿藻等大量水藻的蔓延。突然的暴雨径流也会使河流的温度升高，危害鱼类，水生植物，使其因水温过高而大量死亡，从而影响到食物链，层层递进，造成更大的危害。地域特征城市径流污染程度大城市要高于中小城市，且不同的城市功能区，地表富集的污染物浓度及性质都有差异，因此降雨径流的污染程度也不相同。下垫面材质不同材料屋面及不同等级道路的雨水初期径流污染的程度相差较大。总体而言，SBS防水卷材的屋面径流污染程度高于水泥屋面，瓦屋面径流污染负荷小于沥青屋面和水泥屋面。对于不同污染物质，SS和TP径流浓度大小顺序为：瓦屋面沥青屋面混凝土屋面，COD，TN径流浓度大小顺序为：沥青屋面混凝土屋面瓦屋面，屋面径流的水质受屋面材料影响较大。影响城市径流污染的因素前期晴天时间城市径流污染具有晴天累积、雨天排放的特征，随着晴天累积天数的增加，城市地表可被降雨径流冲刷的污染物增加，增加了降雨径流的污染潜力，因此，前期晴天时间反映地表污染物的累积程度，同降雨径流污染存在一定的关系，且径流中主要水质参数（TN、TP、Zn、Pb、Cu、TSS和COD）与前期晴天时间呈显著正相关。降雨量与降水强度降雨量和降水强度是影响屋面径流水质的重要因素，对于同一屋面，不同降雨量，降水强度，降雨时间跨度，降雨季节等对屋面初期径流污染物浓度的影响很大。不同降水强度和降雨量对屋面污染物的冲刷、稀释和溶解作用不同，所以对径流污染的影响也不同。PARTONE控制措施03源头控制径流污染源头控制是城市面源污染最有效，也是最经济的核心控制措施。新建屋顶采用环保型无毒材料，采用彩色轻钢压型板，对已有的沥青屋顶进行平改坡工程，并使用环保型涂料。高速公路，非机动车道，人行道，小区内道路等采用透水性铺装，草皮砖开孔率可达２０％～３０％，在空隙中种植草类，可延缓径流速度、延长径流时间并截留污染物。透水砖铺装以无砂混凝土和单级配砾石为垫层，对路面径流中悬浮物和颗粒污染物有较好的截留过滤作用。绿地是一种最简单而有效的径流入渗场所，建设下凹式绿地用于渗透、积蓄、处理雨水。并增设一些增渗设施，如渗沟、入渗槽、入渗池等，使屋顶和道路径流雨水可引入到周围的绿地进行入渗。静止向雨水口倾倒污物，设置截污装置，并定期清理。加强管理，保持城区路面清洁，减少垃圾散落，严格控制工地的扬尘和焚烧产生污染物，并且逐步改善空气质量，减少大气沉降所产生的附着物。改进汽车燃料，石油，农药，杀虫剂等含污染物质的化学成分。新型雨水排水系统ＭＲ系统（可译为洼地—渗渠系统）即代表了一种排水系统“径流零增长”的新概念。洼地深度≯０．３ｍ，洼地下面的渗渠内填充多孔材料如砾石，当雨量大时洼地中的雨水通过溢流装置溢流到渗渠，在渗渠较低的部位有１个排水管作为底部的泄水装置。ＭＲ系统允许某些部分的排水区域与现有的排水系统分离，从而减轻其水力负荷，减少排入下游水体的污染雨水量和合流制污水的溢流量，防治了雨水径流对城市河道水环境的污染。德国“洼地—渗渠系统”外观雨洪控制径流雨水水质随着降雨历时而变化，初期雨水污染最强，随后趋向一个稳定值，因而将这部分体积较小污染严重的初期雨水分离出来进行分散处理或排入污水管道到污水处理厂集中处理，那么雨水径流的污染负荷总量就大大减小了。初期雨水污染控制措施主要有优先流法弃流池、小管弃流池、旋流分离式弃流器、自动翻板式弃流器等。可以收集到大部分初期雨水，截留住径流中的大部分污染物，使得后期径流的水质得到控制。图1容积法弃流装置Fig.1Volumetricsplitflowequipment图3小管弃流装置Fig.3Smallpipesplitflowequipment图2雨落管弃流装置Fig.2Standpipefirstflushsplitter国外先进科技与国内的对比发达国家的雨水管理已经摆脱了传统的孤立考虑水患控制的思路，从仅仅关注管道末端快速排除雨水，转向将防治洪涝与城市生态、环境保护、水资源利用统筹考虑的综合管理思路。综合管理的目标是尽可能减少城市雨水系统对受纳水体的影响。城市雨水综合管理的主要内容为：从单纯重视工程技术措施向工程措施与管理、养护并重；从偏重大型收集处理设施转向同时注重中小型就近收集、处理设施；用源头控制代替管道末端集中处理，用控制污染的产生替代解决污染造成的损害；关注就地处理、雨水回用；重视调蓄等措施，减少洪峰及污染物对受纳水体的影响；尽可能采用接近自然状态的雨水排水系统，以保护生态、利用自净能力。美国最佳管理措施BMPS(BestManagementPractices)及低影响发展LID体系(Low-ImpactDevelopment)BMPS与传统的雨水处理系统相比采用了不同的视角。通过收集、短时地储存或引导雨水按照设计流速渗透进土壤和下游的雨水设施，就近处理雨水，以达到减少径流和污染物以及控制流速的目的。低影响发展LID是雨洪管理方面一个相对较新的理念。LID是一种创新的可持续综合雨洪管理战略。它通过运用规划和设计手段模拟自然的水文过程，创造具有功能性的水景观。其目的是控制源头，使雨水自然下渗，减少径流。LID通常借助场地中的景观要素来取代流域末端价格昂贵的雨水收集设施，以此来解决雨水问题。LID不仅仅可以应用于新建项目，在处理城市更新和已建成项目方面也卓有成效。LID规划和设计的主要策略包括：长径流的通过时间；维护自然的泄洪通道，并尽量分散径流；将不透水的区域(例如不透水铺