1、1城市雨水污染物控制及资源化利用牛波 （上海环境保护有限公司）摘要：随着城镇化的快速建设，径流增加并随着城市污染物的增多而导致径流污染也逐渐加重，水循环系统失衡，传统的城市雨水手机系统只注重排水系统对洪涝灾害的预防，不注重对径流污染的控制和资源性开发，本文就如何正确的处理雨水与城市之间的关系，归纳总结了各国对雨水污染控制及资源化利用的现状，同时我国城市雨水污染物控制及资源化利用提出了几点建议。关键词：径流污染；城市雨水；资源化利用；污染控制1、城市雨水污染控制及资源化利用现状随着城镇化的快速建设，不透水面积大量增加，雨水自然下渗减少，径流增加并随着城市污染物的增多而导致径流污染也逐渐加重，水循
2、环系统失衡，从而威胁了城市及其周边水环境质量。再加上传统的城市雨水手机系统只注重排水系统对洪涝灾害的预防，不注重对径流污染的控制和资源性开发，如何正确的处理雨水与城市之间的关系，是近年来各国不断关注的一个水环境问题。下述总结并阐述了各国对雨水污染控制及资源化利用的相关研究内容。1.1 国外研究现状20 世纪 80 年代初，国际雨水收集系统协会（IRCSA）成立，将雨水资源化利用作为未来解决水资源相关问题的重点途径。自此以后，雨水利用方面的研究便在各国得到了快速发展。德国于 1989 年颁布了雨水利用设施标准 （Regenwassernutzung nach DIN 1989）, 1992 年提
3、升为自控技术，目前已进入设备集成化的“第三代”发展阶段，形成了成熟的雨水利用支撑体系，例如目前在上海白龙港，已有琥珀公司的雨水处理系统在使用。一般来讲，屋顶雨水可直接或稍加处理后用于灌溉和冲洗厕所等杂用；而道路和停车场等处的雨水因污染较重，需处理达标后2才能排位。对于路面雨水，Erwin Nolde 提出的一套有效处理措施可以使雨水处理到杂用水标准。另外德国也设计了两种径流过滤器-分散式和集中式.分散式体积小，安装于家庭漏雨管的下端；集中式体积较大，用于处理大面积的雨水。除了理念和设备方面，德国也出台了完善的政策和相应法规用以保障雨水利用技术得以有效实施，例如，在小区建成之前，若无雨水利用措施
4、，政府将征收雨水排放设施费与雨水排放费。德国的城市雨水利用主要有 3 种形式: 屋面雨水集蓄利用系统、 雨水截污与渗透系统和 生态小区雨水利用系统。屋面雨水集蓄利用系统在德国城市家庭中较为常见 , 雨水经屋顶滞留收集、过滤后贮存在地下蓄水池供生活杂用。雨水截污与渗透系统的提出主要针对道路雨水，它既能过滤雨水中污染物,又可补充地下水,其重点在于可渗透性铺装材料的选择。德国城市的街道采用铺地石和透水砖,铁路轨道附近用草皮砖,小区沿排水道设有渗透浅沟。生态小区雨水利用系统将生态学、工程学、经济学原理相结合,通过人工设计,依靠水生植物和土壤的“天然过滤器”的作用,达到净化雨水的目的。例如汉诺威的 Kr
5、onsberg 小区的雨水利用与生态设计工程中，采取了“雨水渗滤沟” 、 “坡地雨水滞留绿道”和“场地最低洼处的雨水滞留区”三项生态化措施,模拟天然雨水循环过程,使城区雨水就地滞留并下渗。相关图片见下图 1：图 1： 德国汉诺威 Kronsberg 小区中的于水深渗漏沟。日本是亚洲各国与水资源化利用的典范。目前主要采用的雨水利用形势有3 种：调蓄渗透；调蓄渗透后再利用；利用人工或天然池塘调蓄雨水。日本有很多大型雨水项目，例如位于 Tokyo、Fukuoka 和 Nagoya 三个园丁体育3场的雨水利用工程（表 1） 。雨水经园顶收集后由沙滤石过滤并储存于蓄水池，供冲洗厕所和浇灌植物。经研究，在
6、 11 个月内，Fukuoka 体育场共收集处理雨水 39507m3 按照当地 3 美元/立方米的水价格来算，每年可为当地节约 12 万美元。东京等城市还在不少大型公共建筑的地下设置了雨水调蓄池，将多余雨水储存调蓄延时排放，剩余雨水经处理后除用于消防、绿化、洗车、冲洗地面和冷却补给等之外，还作为应对紧急情况时提供饮用水源储备。 雨水有效率用已为日本节约了大量水资源，据有关数据，1998 年有 4658 立方米雨水用于冲厕所，占 WC 耗水的 36%。表 1： 日本圆顶体育场的雨水利用情况美国在技术和管理手段上实施了城市雨水资源化管理和雨水径流污染控制最佳管理方案（Best Management
7、 Practice, BMPs）。其重点在于污染控制和自然渗透，除工程措施外还采用非工程性措施如通过控制危害水体的产品应用来加强污染源控制、制定公众教育和市民参与计划来规范公众行为和监督执法、建立严密的条例和法规以确保按规定执行雨水管理，采取工程性控制措施如设置洼地、植草缓冲带、多孔路面、渗透沟、渗透井、截流调节池、延时滞留调节池、湿地、雨水花园等减少不透水面积，控制暴雨径流量，降低径流污染，改善生态环境。于 2003 年出台的第二代 BMP 管理方案，更加强调植被缓冲带、植物浅沟、湿地等生态技的识别生态技术的开发和应用，强调源头控制。在法4律手段上,联邦水污染控制法(FWPCA)、水质法案(
8、WQA)和清洁税法(CWA)都强调了对雨水径流及其污染控制系统的识别和利用。在澳大利亚，雨水的收集主要通过排水沟、渠、管道等传统方法收集，利用沉淀过滤、湿地、池塘湖泊等方法进行物理、生物处理，储存主要以雨水蓄水池。Belinda E. Hatt 等对 New South Wales、Victoria、Queensland 和South Australia 四个州的 17 个暴雨雨水利用项目进行了详细的论述。 既包含 Solander Park 等小型集水项目,还有 Homebush Bay 此类节约水和能源的大型项目。汇水面积为 0.66ha1600ha。通过分析得出:在此 17 个项目中,4
9、4%的被收集的雨水用于灌概,15%用来冲洗厕所;雨水储存方法方面,蓄水池占 48%,池塘和洼地占 33%。并且指出随着汇水面积的增加,池塘和佳地的使用率将高于蓄水池。除此，其他研究者也对改过蓄水池的节水效率问题也进行了大量研究，得出了适合当地气候条件和城市本身特点的蓄水池尺寸和类型等工程数据。但是，该国的雨水循环利用仍有巨大挑战。目前澳大利亚还未有一套专门的雨水循环利用准则，国家水质量管理策略（NWQWS）只针对收集来的废水进行了监管和控制规定，因此并不完全适用于雨水，因此城市水循环管理也亟待完善。综上所述，国外发达国家和地区已经将雨水视为需认真考虑的、有利用价值、可持续的自然资源加以保护和利
10、用。通过对国外成熟案例和研究经验的了解，对上海的雨水污染控制和资源化利用可以起到有效借鉴作用。1.2 国内研究现状我国自 80 年代开始对城市雨水利用进行相应研究与应用，进入 90 年代以来我国逐步重视雨水利用和水资源持续发展的研究，1996 年在兰州召开第一届全国雨水利用学术讨论会，2001 年水利部颁布雨水积蓄利用工程技术规范，目前已经在一些城市和多种应用方面取得了大量经验。首先是在农业方面，雨水的利用得到了大力发展，如甘肃的“121 雨水集流工程”，内蒙古的“112 集雨节水灌溉工程”和宁夏的“窖水蓄流节灌工程”5等“。这些地区的雨水利用措施，一定程度上缓解了当地的缺水现状，产生了明显的
11、经济、社会和生态效益。在城市雨水资源化利用方面，北京于 2000 年引进德国先进的城市雨洪控制与利用技术，在地质工程勘察院(代表老城区)、双紫园小区(代表新建城区)、天绣花园小区(代表房地产开发区)、京水建设工程有限公司和海淀公园等地建设了 5 种不同城区类型，示范区中采用铺设透水路面，收集建筑物、庭院和道路雨水用于家庭冲厕、小区绿化和地下水回灌措施，覆盖面积 885 亩的城区雨水控制与利用示范区显示出了良好的雨水利用效果。除此，在北京奥运场馆建设中，也采用了很多最新的雨水利用技术，提出了“自然水质净化的雨水利用”新理念，将雨水先下渗净化，再加以回收利用，出水水质满足灌溉、水景、回灌地下的标准
12、，将园区内 95%的雨水利用起来。下表 2 总结了近年来国内城市雨水利用的典型工艺：表 2：国内雨水利用处理实例在上海，城市雨水并没有得到广泛的收集，雨水利用率不到 10%。其中最具代表性的算是 2010 年世博中心的雨水控制与综合利用系统。根据“生态世博”、“绿色世博”的要求，系统采用了包括入渗、收集、回用处理和排放四个单元。采用透水混凝土、透水地砖铺设路面，建设初期雨水调蓄池以收集污染较6重的初期雨水，以“低绿地+下排水系统“以提高土壤渗透性和储存较多的雨水。基本概况如下表 3 和图 1：表 3： 上海世博会雨水资源化利用概况图 1：上海世博园区的入渗设施目前雨水的利用无论在国内还是在国外
13、多集中在公园、小区学校等雨水处理设施和管理较方便的区域，而对于路面径流污染和资源化利用方面，国外的研究多关注于工程的措施来解决非电源污染问题，比较成功的如澳大利亚恩维斯公司通过采用自助研发的“恩维斯岗哨井“设备，以过滤为核心技术，在保证交通道路原有正常功能下，能够有效控制初期雨水导致的径流污染的同时大幅降低了其他技术工艺的运营维护难度，其主要结构见下图 2：7图 2： “恩维斯岗哨井“设施结构图雨水经透水过滤地砖将大块固体杂物隔离至路面，后经沉淀池过滤粗粒和细粒沉淀物，经过两次过滤的雨水再经恩维斯介质过滤层进行最核心的物理过滤，从而去除雨水中溶解的营养物、微生物、重金属等，经过过滤的雨水最后经
14、清水输出口排外，此处可根据实际需要再进行更多功能整合，如再次使用或注入含水层。此套处理系统已经在澳大利亚多地成功使用，根据相关研究数据，“恩维斯岗哨井“处理能力如下表 4：表 4： “恩维斯岗哨井“去除率基本数据污染物 澳大利亚径流质量导则 恩威斯岗哨井过滤介质总悬浮固体 80% 96%总磷 45% 67%总氮 45% 79%铝 77%镉 95%铬 87%铜 88%8鉄 85%铅 81%锌 94%总多环芳烃 未检出大肠杆菌 不适用由此可见，“恩维斯岗哨井“系统的成功模式，可以作为上海地区控制雨水径流污染和资源化利用的重要参考经验。2、国内外雨水污染控制及资源化技术从技术角度来说，城市雨水利用技
15、术主要包括雨水集蓄技术、雨水渗滤技术和雨水处理技术三方面。其中，1） 雨水集蓄技术是指雨水的收集与蓄存。它指利用天然或人工修筑的汇流面将降雨径流汇集，再通过导流渠（管）引入蓄水设施贮存，以备高效利用的过程。主要分为屋顶和路面雨水集蓄两类。2） 雨水渗滤技术是指用工程的措施将雨水按一定的规划目标渗入地下，以改变原有的土地渗透状态或补偿城市建设对土地造成的影响。它兼具涵养地下水源、缓解地面沉降、减少洪涝和改善生态环境等作用。其主要是利用表层植被、土壤和微生物结合的生态系统过滤雨水，涉及土壤颗粒过滤、表面吸附、离子交换、植物根系和土壤微生物对污染物的分解等复杂的过程。常分为集中式和分散式，一些主流雨
16、水渗透设施的优缺点如下表 5 所示：9表 5： 雨水渗透设施分类3) 雨水处理技术可分为生态和非生态两类。非生态是指用常规的物理、化学和生物方法处理雨水。基本措施一般有格栅、过滤、pH 调节、10加药、强化生化法等。生态法主要有人工湿地、雨水塘、渗滤沟、缓冲带等。它主要依赖于水、土壤、砂石、微生物、植物和阳光组成的自然生态系统对雨水进行处理。根据应用范围等因素，雨水基础设施的主要技术措施可分为场地、城市功能区或流域等不同应用层次，下表 6 是关于三种应用层次的典型技术措施的总结。表 6： 三种应用层次的雨水基础设施典型技术措施项目 技术措施 特点绿色屋顶 对建设屋顶的雨水减量、截污等，具有多种
17、环境效益雨水桶/罐 收集场地雨水进行直接利用初期弃流装置 对场地内各种源头汇水面的雨水径流截污、弃流下凹式绿地 属于生物滞留设施，以渗透功能为主雨水花园 有景观功能的生物滞留设施，具有渗透、净化灯多种功能渗透铺装 对多种硬化汇水面径流进行源头减量、截污场地植被浅沟 兼具径流输送、净化和渗透等功能绿色停车场 用于停车场的设计和改造，是渗透铺装、雨水花园、下凹式绿地等措施的组合应用绿色街道/公路 用于社区街道和城市公路的设计与改造，是渗透铺装、下凹式绿地、植被浅沟等措施的组合应用小型雨水湿地 针对小区域的雨水集中净化的措施居住小区、园区等生态景观水体 在小区内应用的集中调蓄措施，同时具有良好的景观
18、和环境效益11滨水生态景观带 对硬化河道堤岸进行改造，具有截污、净化和景观灯多种功能生态走廊生态公园 在较大区域内，多种技术措施的综合应用，兼具景观、环境、生态、经济、社会等多种效益流域自然保护区大中型雨水塘/湿地等对较大范围内的雨水径流集中调蓄、净化而针对道路径流污染，目前世界上已经开发出一系列有效的污染控制措施，包括截污装置、雨水塘、雨水湿地、渗透/生物滞蓄设施、过滤设施、植被设施及透水铺装等。不同控制设施对雨水处理效果差异较大，下表 7 是美国联邦公路交通部门对主要径流污染控制措施除污效率的研究结果：表 7：路面径流污染控制措施对污染物的去除率 单位：%由表 7 可知， 一些设施对污染物
19、的去除率波动范围较大，这既由于不同研究条件下的结果，也是由于径流水质、水量变化的随机性和复杂性； 6 种主要措施都有一定程度的效果，对于个别指标去除率甚至可以达到 99%，如渗透沟渠和透水铺装对金属的去除； 设备的运行维护状况是影响污染物去除的重要因素。在雨水污染控制方案选择中，场地特征及设施限制性因素至关重要。场地条件对路面径流水质及其处理和管理的影响较大，主要包括汇水面积、土壤12类型、水文地质条件、受纳水体状况和周边环境等。另外，经济及后期维护等也是道路径流污染控制方案决策的重要影响因素。下表 8 阐述了主要控制设施的适用限制性因素。表 8： 主要控制设施适用的限制因素3、结论与建议综上
20、所述，城市雨水的污染控制和资源化利用是一个必然趋势，也是今后基础设施建设领域研究的一大热门课题，它既能够减轻初期雨水对城市周边水体造成的严重污染负荷，同时也能解决目前城市用水方面的一些资源性匮乏问题，如通过回补地下水可以缓解地面下陷问题等，还可以提升城市幸福指数，改善居民生活环境，提高土地综合价值等，带来多种有利的社会、经济、环境综合效益。目前国内已经大面积展开绿色基础建设相关领域的研究与建设工作，其中的雨水污染控制与资源化利用是其重要组成部分，借鉴发达国家的长期经验，针对我国目前现状，提出以下几点建议：1）建立城市雨水利用的水文模型和相关评价方法。主要是建立雨水利用模型，对各地段降雨量、蒸发
21、量、雨水水质、排水现状等影响因素进行统计归纳，为工程和决策提供科学依据。2）多学科协调实施科学的场地规划。城市道路于雨控制利用是一个多学科较差的综合体系，需要规划、道桥、市政、环境、水利、景观园林等专业的协调配合才能取得较好成效。各专业相13互协调前提下，进行有效的场地条件分析，实现合理的场地规划，充分实现绿色基础设施要求下的雨洪控制利用体系。参考文献：1 董静静. 上海临港新城雨水资源化利用中试研究. 华东师范大学硕士学位论文. 学校代码 10269： 学号：5109080035.2 赵廷红,牛争鸣.实现城市雨水资源化的基本途径J.中国给水排水,2001,17(10): 56-583 郑兴,周学德,计冰昕.德国的雨水管理及其技术措施J.中国给水排水,2005,21 (2):104-1064 程江,徐启新,杨凯等.国外城市雨水资源化利用管理体系的比较及启示J.中国给水排水,2007,23 (12) : 68-725 申丽勤，车伍. 我国城市道路雨水径流污染状况及控制措施J. 中国给水排水， 2009，25(4): 23-28
