对杭州市初期雨水收集处理方式探讨

摘要：本文主要探讨分析初期雨水污染物的特性及来源，为减少初期雨水对河道水体污染，结合初期雨水收集处理方式，提出初期雨水收集处理系统的一些措施和建议。

关键词：初期雨水 ；收集；处理

一、 初期雨水的弃流

因为雨水径流有明显的初期冲刷作用, 在多数情况下, 污染物是集中在初期的数毫米雨量中, 所以,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一般先采用弃流处理。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。可以根据流量或初期雨水排除水量来设计控制装置。

1、初雨弃流装置的几种型式,

（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。

（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。

（3）旋流分离式初雨弃流设备。

（4）自动翻板式初雨分离器。

2、初期雨水弃流分析

现今我国规范采用的雨水管道设计流量计算公式可表述为：

无论通过雨水口收集场地雨水，或者通过雨水斗收集屋面雨水，雨水口或雨水斗都具有一定的服务面积，因此降落在每个收集末端服务面积上的雨水也具有和该场降雨同样的降雨规律。

根据开始降雨到最大面积产生汇流的时间和退水时间相等的条件，有：

T=tb +k

式中T――流域内初期雨水全部被收集到A点所需时间，min

tb――汇流面积F上最远端的雨水集流到A点所需时间，min

k―― 某降雨强度下，初期雨水厚度h降落时间，或相应同时发生的汇流时间，min

考虑到工程实际，假定降雨历时总大于T，初期雨水和洁净雨水有清晰的分界，在汇流过程中互不掺混，并取tb >k。

设降雨强度i 条件下，有弃流池存贮 （min）雨水，0< T，有W=W1+W2

式中W――收集雨水总量，m3

W1――初期雨水量，m3

W2――洁净雨水量，m3

设初期雨水总量为WC，可得WC=kQS

定义初期雨水去除率 =弃流的初期雨水量/初期雨水总量= W1/WC*100%，弃流设施的利用率 =弃流的初期雨水量/收集的雨水总量= W1/W*100%

1）当0< k 时： W1= 2QS/2/(T-k)

W2=0

= 2/2k/(T-k)

=100%

2)当k< tb 时： W1=kQS( -0.5k)/(T-k)

W2=QS( -k)2/2/(T-k)

=(2 -k)/(T-k)

=(2 -k)k/ 2

3) tb< T 时：W1=(2T(k+ )-2k2- 2-T2) QS /2/(T-k)

W2=QS( -k)2/2/(T-k)

=1- (T- )2/2/k/(T-k)

=(2T(T+ )-2 k2- 2-T2)/(2 (T-k)- (T-k)2)

根据以上条件，初期雨水和洁净雨水的累积雨量W1和 W2，弃流雨水总量W,弃流掉的初期雨水占初期雨水总量的百分比 ， 弃流设施的有效利用率 ，就可以表示为弃流设施工作时间 的函数。

结合实验测得的初期雨水数据，可以反算得到初期雨水的弃流时间。

（二）初期雨水的常规收集处理方法

对于道路初期雨水，可以在截流时设置一些稳定塘作为雨水调节池，根据初期雨水量确定调节池的容积，中后期雨水溢流到水体中，雨水调节池设计成稳定塘，可就地处理初期雨水。对于屋面初期雨水，可在小区内设置集中的小型初沉设备，初期雨水经收集和简单处理后，排入小区内的水景系统或浇洒绿地，如果污染较为严重未达到回用标准，则可以在小区内建设小型景观式或园林式人工湿地，通过人工湿地对初期雨水进行再处理，同时也可以丰富小区绿化样式。 由于屋面和道路雨水水质可生化性较差, 宜采用物化处理。

、三、初期雨水自然净化技术

初期雨水的自然净化技术分水体与土壤净化技术两大类，主要有透水地面渗透技术、绿化带浅沟与缓冲带技术、人工湿地技术等，还有生物膜处理技术及一些无动力处理系统等其它处理技术。简单介绍如下：

1、透水地面渗透技术

将马路由原来的防水性比较好的路面改为透水路面，雨水流经路面可以很快的下渗到下面的垫层，最后到不透水层，由不透水层流入到雨水管渠，这样防止路面雨水直接进入到河道，通过透水砖和填充层的净化作用，在路面径流与河道之间形成一个缓冲带。

调节池布置渗滤图

实验装置示意图

路面断面图

另外，为了减轻处理厂的负担，防止初期雨水进入到河道，在合适的地方设置雨水调解池，当降雨来临时打开调节池的闸门，让初期雨水进入到里面，等降雨过后，将初期雨水一部分回流到污水处理厂，另一部分经过简单的预处理流向与景观结合起来的人工湿地、土地处理系统等，经过生态处理之后排入河道，这样既可以大大降低降雨给污水处理厂带来的负担，又可以减轻初期雨水对河道污染。

2、绿化带浅沟与缓冲带技术

沿河绿化带设置植被浅沟和植被缓冲过滤带，既是一种雨水截污措施，也是一种自然净化措施。植物浅沟是指在地表沟渠中种有植被的工程措施，一般通过重力流收集处理径流雨水。当雨水流经浅沟时，在沉淀、过滤、渗透、吸收及生物降解等共同作用下，径流中的污染物被去处，达到雨水径流的收集利用和径流污染控制的目的。

3、陶粒填料生成生物膜处理积聚初期雨水

在五月份开始的陶粒试验中，我们用取自上塘河的河水模拟微污染水体，以产自海宁某陶粒公司的陶粒为填料，陶粒原料是河底淤泥，呈红褐色，见图2-16。陶粒主要物理性质见表1。

表1陶粒的物理性质表

粒径（mm） 堆积密度

（g/ml） 颗粒密度

（g/ml） 比表面积

（cm2/g） 孔隙率

（％）

6~8 0.6 1.3 6.4 50

通过一系列试验我们得出陶粒填料处理河水具有良好的脱氮、去除COD的效果，停留3小时对总氮去除率达到70%-90%，对浊度去除率达80%以上，出水COD完全符合四类水排放标准。同时，停留3小时的出水与正常出水的除氮效果比较接近，陶粒的处理能力为1.8ml/（cm3•d）。

实验证明，河水经过陶粒上生物膜的作用，发生了明显的硝化作用。河水中的微生物在陶粒的粗糙表面生长和繁殖，形成生物膜。细菌起着最主要的作用，它对许多有机物有极强的吸附能力。

4、无动力处理系统

利用生态系统对湖水以及河水的净化作用，建立一个以人工湖为中心，兼具休闲、娱乐、健身功能的小型生态公园。

土地处理系统：这是处理系统的核心，处理地一共分为1#、2#、3#三块地；

1# 实地图 2# 实地图

土地处理系统实地图

每块土地均采用原土壤加上人工添加的砾石、煤渣等组成的人工土壤。其处理机理是流经表面的雨水经过下渗到人工土壤里面，因为表面植物根茎的作用，使得上层土壤氧气比较充足。湖水在这层经过硝化作用，水中的氨氮转化为硝态氮。

城市雨水经过处理后，用途主要包括以下方面: 生活杂用,市政杂用, 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。

四、结语

城市建设应充分考虑雨水径流的收集、处理与回用，尽可能减少铺装地区和增加植被，尽量利用现状地表渗透的洼地、植被缓冲带，采用可渗透的铺装和停车场，及植被覆盖的小河或者浅沟等。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。