城市初期雨水收集與處理的探討
隨着城市大氣污染及地面污染的嚴重，雨水徑流污染愈加嚴重，尤其是污染物較多的初期雨水。下面就來看看城市初期雨水收集與處理的探討吧。
1 國內外城市雨水利用現狀
1.1 國外城市雨水利用
從20世紀80年代開始，世界各國就開始探索雨水資源化利用。目前世界上很多國家已經認識到了雨水的利用價值，採用各種技術、設備和措施對雨水進行收集、利用、控制和管理。美國、加拿大、意大利、德國、法國、日本、蘇丹、也門、澳大利亞等五大洲約40多個國家和地區已經開展了不同規模的雨水利用與管理的研究和應用[1]。
技術方面，國外城市雨水利用的方式主要有三種：一是屋面雨水集蓄系統，收集下來的雨水主要用於家庭、公共場所和企業的非飲用水;二是雨水截污與滲透系統，道路雨水通過下水道排入沿途大型蓄水池或通過滲透補充地下水;三是生態小區雨水利用系統，小區沿着排水道建有滲透淺溝，表面植有草皮，供雨水流過時下滲，超過滲透能力的雨水則進入雨水池或人工濕地，作為水景或繼續下滲[2]。
政策方面，許多國家和地區已經出台了相應的技術手冊、規範和標準，另外還制訂了一系列有關雨水利用的法律法規，對雨水利用給予支持。如德國聯邦水法、建設法規和地區法規均以法律條文或規定的形式，要求加強對自然環境的保護和水的可持續利用，如規定新建項目的業主必須對雨水進行處置和利用。同時，通過經濟手段控制雨水排放量，如向業主徵收不透水地面面積的雨水費用等[3]。
設備方面，專門生產雨水利用設備的廠家和公司也逐漸增多。德國GEP公司的雨水過濾器、屋頂雨水利用控制設備、雨水儲存罐等產品暢銷整個歐洲市場;德國UFT公司的流量控制和監控設備已經開始在全球20多個國家和地區銷售和使用;荷蘭WAVIN公司的孔隙雨水蓄水池填充料、整體式雨水檢查井、雨水口等雨水利用設備已經在全球30多個國家使用。
此外，德國在污水聯合會ATV規範框架下，基於水體的分類、空氣的污染狀況、匯水區域的被污染狀況、雨水處理設施的效果四個方面，做出雨水攜帶的污染負荷對水體影響的評價。根據評價結果，可以分析應該如何佈置雨水處理設施或提出改進現有雨水處理設施的建議。另外還提出了雨水攜帶污染負荷對水體影響的定量評價方法，將計算出的污染負荷評價指數與水體目標指數相比較，就可以方便地評價雨水攜帶的污染負荷對水體的影響，並初步判斷應採取哪些處理措施[4]。
1.2 國內城市雨水利用
我國城市雨水利用具有悠久的歷史，而真正意義上的城市雨水利用的研究與應用卻從20世紀80年代開始，並於90年代發展起來。總的來説技術還較落後，缺乏系統性，更缺少法律、法規保障體系。20世紀90年代以後，我國特大城市的一些建築物已建有雨水收集系統，但是沒有處理和回用系統。在技術和資金缺乏的情況下，收集後的雨水未經任何處理直接排入水體，對城市水體水質造成了很大的影響。
隨着城市和工業的發展，水源危機和雨洪危害日益嚴重。雨水作為重要的水資源加以收集利用，實行綜合治理已成為重要的新興課題。在城市總體規劃上，過去普遍採用的合流制排水系統大多數已被改制，改為分流制或截流制排水系統。但是，對於初期雨水未進行截流處理，多與中後期雨水一樣排入水體。
雨水收集利用的新技術和新設備也不斷湧現。對於大型公用建築、居住區、建築羣等屋面及地面雨水，經收集和一定處理後，除用於土地入滲補充地下水，還可用於景觀環境、綠化、洗車場用水、道路沖洗、冷卻水補充、衝廁及一些其他生活用水用途。通過因地制宜的規劃設計結合雨水收集、利用設備的實施，減少用於以上用途的自來水用量，既可以節約水資源，又可以節約大量自來水費和排污費。另外還有小型雨水利用設備如一體化HDPE雨水貯存利用設備，是以HDPE密封式貯罐為基體，在罐內設置相應的機電設備。罐體可以安放在地面上或者埋入地下，自屋面或者其他集流場所收集的雨水在罐內做簡單處理。貯水可以通過自動化設備提供給衝廁、澆灌綠地、洗車、水景等用途。罐內設有水位計量裝置，最低水位時限制吸水，提示引入其他水源。該設備可廣泛應用於小型建築、別墅、洗車場、住宅的雨水收集與利用。但是這些設備中，對於初期雨水均採用棄流的方式，也沒有對棄流後的處理提出較好的方案。
目前，我國大中城市的雨水利用基本處於探索與研究階段，北京、上海、大連、哈爾濱、西安等許多城市相繼開展研究，已顯示出良好的發展勢頭。由於缺水形勢嚴峻，北京市開展的步伐較快，城市雨水利用已進入示範與實踐階段。《北京城市總體規劃(2004—2020年)》的描述，市政系統的中水將成重要水源，到2020年，中心城和新城區的雨水管道覆蓋率達90%以上，完善污水處理設施和回收系統，建立中水回用系統，使中水成為城市綠化、道路澆水、生活雜用和工業冷卻等主要水源[1]。通過一批示範工程，爭取用較短的時間帶動整個領域的發展，實現城市雨水利用的標準化和產業化，從而加快我國城市雨水利用的步伐。
2 城市初期雨水收集處理的必要性
雨水徑流污染屬於非點源污染，具有突發性和非連續性。雨水污染的特點是：初期雨水中的污染物含量高，隨着徑流的持續，雨水徑流的表面被不斷沖洗，污染物含量逐漸減小到相對穩定的濃度[5]。
隨着城市大氣污染及地面污染的嚴重，雨水徑流污染愈加嚴重，尤其是污染物較多的初期雨水。據調查，某些地區的初期雨水的污染物指標最高值已遠遠高於典型城市生活污水。北京市曾經對道路地面徑流雨水污染情況進行過測試，與《污水排放綜合標準》(GB 8978—96)及《地表水環境質量標準》(GBZB1—99)相比，SS、BOD5和COD指標的最高值均超出許多。可見，初期雨水攜帶的污染負荷相當高且難於控制，已經嚴重超出直接排放水體的標準[6]。因此，對於城市初期雨水進行收集處理是十分必要的。
3 初期雨水收集處理問題及建議
3.1 初期雨水量的計算
既然要進行初期雨水的收集處理，初期雨水量的計算是必不可少的。但是目前在我國對初期雨水量還沒有較為統一準確的計算方法。綜合設計院設計人員的經驗，一般按照下雨10 min或者15 min的時間來計算初期雨水量。依據《給水排水工程快速設計手冊》中相關要求，確定建設項目初期雨水收集時間為5 min，根據實際工程經驗計算出降雨歷時為8 min，由此按降雨歷時8 min計算初期雨水流量。這些不同的計算方法並沒有註明適用條件，在具體設計中不知如何選用。因此，期待有更準確的計算方法，標註有清楚的使用條件以及較為精確的公式係數，為初期雨水的設計提供理論依據。
3.2 初期雨水的截流
隨着初期雨水的危害性被人們所認知，在我國一些大中型城市的規劃設計中，已經開始考慮到初期雨水的收集處理。由於道路初期雨水的污染最為嚴重，首先開始引起重視的是道路初期雨水的分流問題。在排水系統為合流制或截流制的城市，怎樣把初期雨水截流到生活污水管網成為最普遍的問題。
若採用截流，當雨量較大時，後期的雨水必然會對污水處理廠產生負荷衝擊，由此帶來截流管徑應該取多少的問題;若按照截流井的做法把初期雨水截入污水系統，溢流井應該按照怎樣的條件設計;如何確定截流井的截流倍數;截流點至匯流面積內不同距離也導致截流的不科學性，通常會出現該截流的污水流入了水體，水質較好的雨水進入了污水處理廠，因此是否應該採用截流和調蓄相結合的方式。諸如此類的.問題在具體設計中經常遇到。由於國外的污水雨水排水系統多為雨污分流制，因此少有合流制和截流制的技術經驗可借鑑。在我國初期雨水收集處理的經驗較少的情況下，對於這些問題的解決就依靠設計者從失敗中總結經驗，得出適合我國國情的初期雨水截流的方法。
3.3 初期雨水的污染負荷對水體影響的評價
前面已提到，德國在ATV規範框架下，做出雨水攜帶的污染負荷對水體影響的評價。根據評價結果，可以分析應該如何佈置雨水處理設施或提出改進現有雨水處理設施的建議。我國現階段對雨水的收集處理還沒有較系統的污染負荷評價方式，對雨水的收集也未根據水質而分類處理。因此，學習引進國外先進的經驗技術，對我國雨水收集技術的發展是相當必要的。
3.4 初期雨水的處理方法
我國目前對初期雨水的收集處理還處於初期階段，收集初期雨水僅僅是不讓其排入水體污染水質，但對於初期雨水的處理和回用考慮得相當少，多數直接排入市政生活污水管網。初期雨水中含有的污染物濃度較高，尤其是道路初期雨水，直接排入生活污水管網會給污水廠帶來較大的負荷。另外，屋面初期雨水中污染物的含量雖高，但是多為固體顆粒和無機雜質，經簡單沉澱處理後水質也可以達到較好的標準。因此，對於初期雨水的處理和回用應該分具體情況而定，找出針對不同區域初期雨水的處理利用方式，做到珍惜水資源，充分利用雨水資源。
筆者認為，對於道路初期雨水，可以在截流時設置一些穩定塘作為雨水調節池，根據初期雨水量確定調節池的容積，中後期雨水溢流到水體中，雨水調節池設計成穩定塘，可就地處理初期雨水。對於屋面初期雨水，可在小區內設置集中的小型初沉設備，初期雨水經收集和簡單處理後，排入小區內的水景系統或澆灑綠地，如果污染較為嚴重未達到回用標準，則可以在小區內建設小型景觀式或園林式人工濕地，通過人工濕地對初期雨水進行再處理，同時也可以豐富小區綠化樣式。
4 小 結
(1)將棄流的初期雨水直接排入城市周邊水體或排入市政排水管網會嚴重破壞水體生態環境或者給城市污水處理廠帶來負荷衝擊。因此，從城市水處理的整體角度和長遠角度來看，城市在道路建設和小區等工程項目中，都應該設計相應的雨水收集設施，同時要把初期雨水收集處理的問題考慮在內，做出在不同情況下針對初期雨水的不同的收集及處理方案。
(2)目前初期雨水的危害已受到廣泛重視，我國部分大中型城市的建設中也開始考慮初期雨水。但是缺乏經驗，在設計中存在一定的問題：初期雨水的計算還沒有較為準確統一的設計依據;城市排水系統如何截流初期雨水，以及截流後的初期雨水如何處理還未得到較好的解決;污染負荷相對較小的屋面初期雨水也沒有得到普遍的收集和充分的利用。同時缺少較為系統的污染負荷評價方法來輔助分析初期雨水的處理方案。
(3)對於道路初期雨水，可在截流時設置一些雨水調節設施，就地處理初期雨水，減輕污水廠負荷。對於屋面初期雨水，可在小區內設置小型處理設備，初期雨水經簡單處理後作為水景和綠地用水;或者在小區內建設小型景觀式或園林式人工濕地，對初期雨水進行處理，豐富小區綠化樣式。
