雨水徑流污染及控制方法

雨水徑流Designby二三年微博：@兩三年_1945簡述如今，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。

隨著城市化的進程加快，區(qū)域不透水下墊面的面積擴大，在暴雨或者是其他強降水的沖刷下，導致道路，屋頂，綠地等地方附著的污染物質，隨著雨水一起沖入下水道，并沒有通過土壤對其自動過濾，由此導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的雨水大多會經過城市排水系統(tǒng)排入溪流，江河，海灣，導致區(qū)別于工業(yè)廢水，生活廢水這類點源污染的大面積面源污染，突然的暴雨徑流也會導致魚類由于水溫過高而死亡，從而一層層引發(fā)更為嚴重的環(huán)境危害。雨水徑流的污染及影響城市徑流的現狀概況0201Content03控制措施PARTONE1城市徑流的現狀概況01PointIPointIIPointIII010203

在發(fā)達國家，點源污染基本得到控制，雨水徑流帶來的非點源污染已成為水體污染的主要因素。例如，美國約有60%的河流和50%的湖泊的污染來自城市地表徑流；已實現污水二級處理的城市，水體耗氧物質負荷率約40%-80%來自雨水徑流。

城市大氣及地表會有大量來自生產與生活過程的污染物累積，雨水徑流會攜帶大量的COD、BOD及N、P等非點源污染物，成為城市水體的潛在威脅。城市化的發(fā)展致使雨水徑流對水體的污染程度更為嚴重。

中國雨水徑流的污染問題也很嚴重，在太湖、滇池等重要湖泊，非點源污染已成為水質惡化的主要原因之一。對我國城市而言，初步的保守估算，在城市污水收集、處理系統(tǒng)尚未建設完善的情況下，城區(qū)雨水徑流污染占水體污染負荷的比例約在10％左右。隨著城市發(fā)展過程中對點源污染治理的逐步重視，雨水徑流污染負荷的比例還會逐步上升。由國內外城市地表徑流水質監(jiān)測結果對比圖可見，通過我國兩個具有典型象征的大型城市與法國代表城市巴黎以及德國總體進行比較，我國徑流污染較之國外還是有一定差距，需要我們花大力氣進行改善。國內外地表徑流水質監(jiān)測結果對比在國內外城市面源污染主要污染物濃度一圖中，我們可以看到我國幾大城市徑流中的污染物濃度大大超過了地表水環(huán)境質量V類標準，更是遠大于美國的情況。國內外城市面污染主要污染物濃度PARTONE2雨水徑流的污染及影響02下墊面材質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。構建屋頂所需要用到的金屬材料，在日積月累的腐蝕下都會釋放重金屬離子,在雨水的沖刷下向環(huán)境釋放污染物，同時，玻璃因為其面積較大，其上的污染物包括酸性物質，揮發(fā)性有機物也很容易被降水沖刷下來。不透水地面主要的污染來源來自于道路交通排放的汽車尾氣，揚塵，輪胎，剎車墊，道路表面磨痕，汽車機油泄露等。公路交通造成的路面沉積主要是灰塵，Pb、Zn等重金屬，碳氫化合物及氯化鈉(NaCl)等用于除冰雪的鹽類。此外，道路多以混凝土、瀝青鋪設，透水度不高。大氣沉降的污染物依然存在于城市綠地中，污染物質可以附著在植物葉片上以及農藥化肥的施用等。01城市徑流污染來源03除冰劑高速公路，機場跑道，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，這些物質都可能起到主要的毒性作用。城市徑流污染來源02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移到地面和植物等表面的過程,此外部分低濃度的顆粒物也會懸浮在低空中,隨降水(雨、雪、霧、露、霜等)轉入地表徑流。城市徑流污染物的組成懸浮顆粒物與持久性有機污染物懸浮顆粒物是地表徑流最基本的污染物，主要來自土壤顆粒，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，高濃度的SS是徑流中重金屬、有機污染物、營養(yǎng)鹽吸附的載體。而有些SS本身也帶有一定污染性。

持久性有機污染物（POPs）是指持久存在于環(huán)境中，具有很長的半衰期，難以降解，且能通過食物網積聚，對人體健康與環(huán)境產生重大影響的有機化學物質。POPs所具有的半揮發(fā)性使其可以從土壤，水中揮發(fā)出來，吸附在顆粒物上，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城市徑流污染物的組成營養(yǎng)元素和有機質城市地表徑流中，主要的營養(yǎng)元素來自于大氣沉降，城市綠地和垃圾堆放。其中氮（N），磷（P）等營養(yǎng)元素通過雨水沖刷，在未經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，將嚴重影響河道水中DO的濃度，從而污染水質。土壤有機質，植物枯葉殘花，鳥類糞便，石油燃燒副產品，生活垃圾中所含的有機質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合，從而增大了城市徑流污染的危害。城市徑流污染對水體的影響城市地表徑流污染將會影響受納水體水質。其中重金屬與PAHs的污染尤為嚴重。來自屋頂材料的Cr，As，Zn，Pb通過徑流皆會對水體產生污染，其中尤以Zn為重，對水域總污染負荷的貢獻值達到20%。通過干沉降遺留下的Hg對水體污染貢獻度甚至達到46%，生物實驗表明，農藥中的一些化學物質，PAHs與重金屬皆有很高的影響水體水質的生物毒性，而通過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的重要因素。城市地表徑流污染將導致城市水體富營養(yǎng)化。雨水徑流中含有COD、N、P等污染物質。此外，降雨徑流中有機氮的含量很低，總氮含量中絕大部分都是無機氮。城市徑流雨水對地表物質的淋溶和沖刷，使各種下墊面徑流中總磷含量范圍達到0.033～0.290mg/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地表水環(huán)境質量標準Ⅳ類規(guī)定，同時，徑流雨水本身營養(yǎng)物質的含量也已遠大于引起水體富營養(yǎng)化狀態(tài)的限值。水體富營養(yǎng)化將會使水體水質惡化，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，從而導致大量魚類死亡，以及藍藻，綠藻等大量水藻的蔓延。突然的暴雨徑流也會使河流的溫度升高，危害魚類，水生植物，使其因水溫過高而大量死亡，從而影響到食物鏈，層層遞進，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都有差異，因此降雨徑流的污染程度也不相同。下墊面材質不同材料屋面及不同等級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，瓦屋面徑流污染負荷小于瀝青屋面和水泥屋面。對于不同污染物質，SS和TP徑流濃度大小順序為：瓦屋面>瀝青屋面>混凝土屋面，COD，TN徑流濃度大小順序為：瀝青屋面>混凝土屋面>瓦屋面，屋面徑流的水質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系，且徑流中主要水質參數（TN、TP、Zn、Pb、Cu、TSS和COD）與前期晴天時間呈顯著正相關。降雨量與降水強度降雨量和降水強度是影響屋面徑流水質的重要因素，對于同一屋面，不同降雨量，降水強度，降雨時間跨度，降雨季節(jié)等對屋面初期徑流污染物濃度的影響很大。不同降水強度和降雨量對屋面污染物的沖刷、稀釋和溶解作用不同，所以對徑流污染的影響也不同。PARTONE3控制措施03源頭控制徑流污染源頭控制是城市面源污染最有效，也是最經濟的核心控制措施。新建屋頂采用環(huán)保型無毒材料，采用彩色輕鋼壓型板，對已有的瀝青屋頂進行平改坡工程，并使用環(huán)保型涂料。高速公路，非機動車道，人行道，小區(qū)內道路等采用透水性鋪裝，草皮磚開孔率可達２０％～３０％，在空隙中種植草類，可延緩徑流速度、延長徑流時間并截留污染物。透水磚鋪裝以無砂混凝土和單級配礫石為墊層，對路面徑流中懸浮物和顆粒污染物有較好的截留過濾作用。綠地是一種最簡單而有效的徑流入滲場所，建設下凹式綠地用于滲透、積蓄、處理雨水。并增設一些增滲設施，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圍的綠地進行入滲。靜止向雨水口傾倒污物，設置截污裝置，并定期清理。加強管理，保持城區(qū)路面清潔，減少垃圾散落，嚴格控制工地的揚塵和焚燒產生污染物，并且逐步改善空氣質量，減少大氣沉降所產生的附著物。改進汽車燃料，石油，農藥，殺蟲劑等含污染物質的化學成分。新型雨水排水系統(tǒng)ＭＲ系統(tǒng)（可譯為洼地—滲渠系統(tǒng)）即代表了一種排水系統(tǒng)“徑流零增長”的新概念。洼地深度≯０．３ｍ，洼地下面的滲渠內填充多孔材料如礫石，當雨量大時洼地中的雨水通過溢流裝置溢流到滲渠，在滲渠較低的部位有１個排水管作為底部的泄水裝置。ＭＲ系統(tǒng)允許某些部分的排水區(qū)域與現有的排水系統(tǒng)分離，從而減輕其水力負荷，減少排入下游水體的污染雨水量和合流制污水的溢流量，防治了雨水徑流對城市河道水環(huán)境的污染。德國“洼地—滲渠系統(tǒng)”外觀雨洪控制徑流雨水水質隨著降雨歷時而變化，初期雨水污染最強，隨后趨向一個穩(wěn)定值，因而將這部分體積較小污染嚴重的初期雨水分離出來進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荷總量就大大減小了。初期雨水污染控制措施主要有優(yōu)先流法棄流池、小管棄流池、旋流分離式棄流器、自動翻板式棄流器等?？梢允占酱蟛糠殖跗谟晁?，截留住徑流中的大部分污染物，使得后期徑流的水質得到控制。圖1容積法棄流裝置Fig.1Volumetricsplitflowequipment圖3小管棄流裝置Fig.3Smallpipesplitflowequipment圖2雨落管棄流裝置Fig.2Standpipefirstflushsplitter國外先進科技與國內的對比美國最佳管理措施BMPS(BestManagementPractices)及低影響發(fā)展LID體系(Low-ImpactDevelopment)BMPS與傳統(tǒng)的雨水處理系統(tǒng)相比采用了不同的視角。通過收集、短時地儲存或引導雨水按照設計流速滲透進土壤和下游的雨水設施，就近處理雨水，以達到減少徑流和污染物以及控制流速的目的。

低影響發(fā)展LID是雨洪管理方面一個相對較新的理念。LID是一種創(chuàng)新的可持續(xù)綜合雨洪管理戰(zhàn)略。它通過運用規(guī)劃和設計手段模擬自然的水文過程，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，減少徑流。LID通常借助場地中的景觀要素來取代流域末端價格昂貴的雨水收集設施，以此來解決雨水問題。LID不僅僅可以應用于新建項目，在處理城市更新和已建成項目方面也卓有成效。LID規(guī)劃和設計的主要策略包括：長徑流的通過時間；維護自然的泄洪通道，并盡量分散徑流；將不透水的區(qū)域(例如不