給排水工程師關于城市雨水處理技術
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城市化的快速發展使不透水地面面積迅速增長,雨水徑流量也隨之增加,由于降水淋洗大氣污染物及其對地表污染物的沖刷,其污染威脅不能再被忽視。雨水徑流有明顯的初期沖刷作用,污染物集中在初期的數毫米雨量中,因此,控制初期雨水成為雨水利用系統和城市徑流污染控制的一項主要舉措。初雨棄流裝置主要有優先流法棄流池、切換式或小管棄流井、旋流分離式初雨棄流設備、自動翻板式初雨分離器等多種型式。棄除初雨的徑流建議采用物化方法進行處理,宜采用篩網格柵、混凝沉淀及過濾等工藝。
1.城市雨水處理技術
1.1城市雨水用途與對水質的要求
城市雨水用途主要包括以下方面:生活雜用(如沖洗廁所、洗衣洗車、消防用水等),市政雜用(如綠地灌溉、構造水景觀等),地下水回灌等。不同的回用用途應滿足相應的水質標準,針對雨水的特點,也有其特殊的使用要求。
沖洗廁所對雨水水質要求:從使用價值觀點看,沖洗廁所的雨水只要看上去干凈,無不良氣味即能滿足使用要求。雨水中的重金屬和鹽類沖廁使用影響關系不大。
灌溉用雨水水質要求:目前對觀賞植物澆灌用水無特殊水質要求,對于農作物澆灌用水水質應防止芳香烴類物質及重金屬物質在植物中聚積,通過生物鏈進入人體,而城市綠化使用雨水應是較佳選擇。總體來說,沖廁、洗衣、洗車、灌溉等市政與生活雜用應符合《生活雜用水水質標準》(CJ25.1-89)。回用于景觀用水水質應符合《景觀娛樂用水水質標準》(GB12941-91)。食用作物、蔬菜澆灌用水還應符合《農田灌溉水質標準》(GB5084-85)要求。雨水用于空調系統冷卻水、采暖系統補水等其他用途時,其水質應達到《空調用水及冷卻水水質標準》(DB131/T143-94)。1.2初期雨水控制與棄流
雨水徑流有明顯的初期沖刷作用,即在多數情況下,污染物是集中在初期的數毫米雨量中,因此,控制初期雨水成為雨水利用系統和城市徑流污染控制的一項主要舉措。由于初期雨水污染程度高,處理難度大,因此對初期雨水的控制主要采用棄流處理。初期雨水棄流可去除徑流中大部分污染物,包括細小的或溶解性污染物,因此是一種有效的水質控制技術。初雨棄流裝置有多種設計型式,可以根據流量或初期雨水排除水量來設計控制裝置。
(1)優先流法棄流池。初期雨水棄除最常用的方法是優先流法,即將設計的集雨面的初期徑流量優先排入相應容積的需水空間內,然后再流入收集系統的下游。棄流池一般用磚砌、混凝土現澆或預制,可設計為在線或旁通方式,所截留的初期雨水在降雨結束后或者由水泵排入污水管道,或者逐漸滲入周圍的土壤。相應的雨水棄除設施如圖1所示。該方法設計根據雨水徑流的沖刷規律合理確定棄流水量。優點是簡單有效,可以準確地按設計要求控制初期雨水量,效果好。主要缺點是當匯水面較大收集效率不高,需要較大的池容。
(2)切換式或小管棄流井。在雨水檢查井中同時埋設連接下游雨水井和下游污水井的2根連通管,在2個連通管入口處設置簡易手動閘閥或自動閘閥進行切換。可以根據流量或水質來設計切換方式,人工或自動調節棄流量。這種方法最大的問題是對隨機降雨操作控制比較困難。當棄流管與污水管直接連接時,應有措施防止污水管中污水倒流入雨水管線,可采用加大2根連通管的高差等方式。由于降雨過程和徑流過程均表現出初期水質差而流量小的特點,可以考慮將初期雨水棄流管設計為分支小管,初期水質差的小流量首先通過小管排走,超過小管排水能力的后期徑流再進入雨水收集系統。該法的特點是自動棄流,可以減少切換帶來的運行和操作的不便,但棄流量難以合理控制,尤其是在降雨強度較小而降雨量很大時可能會使棄流量加大,減少收集水量甚至收集不到雨水。該法一般適用于匯水面較大,有足夠的收集水量時。
(3)旋流分離式初雨棄流設備。由雨水管道收集的雨水沿切線方向流入旋流篩網,篩網由一定數目的合金材料制成。降雨初期當篩網表面干燥時,在水的表面張力和篩網坡度作用下,雨水在篩網表面以旋轉的狀態流向中心的排水管,初期雨水即被排入雨水或污水管道。隨著降雨延續,篩網表面不斷被浸潤,水在濕潤的篩網表面上的張力作用將大大減少,中后期雨水就會穿過篩網匯集到集水管道,最終接入蓄水池。這種裝置的主要特點是通過式。
(4)由于降雨徑流的可生化性較差,因此建議采用物化方法對其進行處理,宜采用篩網格柵、混凝沉淀及過濾等工藝。改變篩網的面積和目數可以按時間控制初期雨水棄流量;初期雨水來臨時,可以將上次殘留在篩網上的樹葉等濾出物沖入雨水或污水管道中,自行清潔。
(5)自動翻板式初雨分離器。該裝置的工作原理是利用自動翻轉的翻板進行棄流。沒有雨水時,翻板處于棄流管位置,降雨開始后,初雨沿翻板經過棄流管排走。隨著降雨的增多,一般降雨到2～3mm時,翻板依靠重力會自動反轉,雨水沿翻板經過雨水收集管進入蓄水池。當停止降雨一定時間后翻板依靠重力作用自動恢復原位,等待下一次降雨。翻板的翻轉時間和停雨后自動復位時間可根據具體情況在安裝時調節。
該裝置主要安裝在雨落管上,無需建設土建棄流池,可以靈活地將初雨分離出去,整個過程自動完成。通過使用該裝置可以有效地控制每場降雨徑流中的大部分污染物,能顯著地改善蓄水池中的雨水水質,保證整個系統安全而高效地運行。
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