城市初期雨水收集與處理方法的探討

史慧婷

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060）

1 初期雨水收集處理的必要性

城市初期雨水在降雨初期溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體,降落地面后,又由于沖刷瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、雨污渠道中存積的污水、污泥及垃圾等,使得雨水中含有大量的有機物、病原體、重金屬、油脂、懸浮固體等污染物質。因此初期雨水的污染程度較高,通常超過了普通的城市污水的污染程度。上海市對雨水水質監測表明，初期20 min雨水污染非常嚴重。北京市對城區1998－2003年不同月份屋面和路面徑流水質的大量數據分析表明，城區屋面、道路雨水徑流污染都較嚴重，其初期雨水的污染程度通常超過城市污水[1]。

隨著城市的發展,城市面源污染負荷加大,污染的初期雨水進入河道是造成河流污染的主要原因之一,為保證城市河流原本脆弱的景觀生態,實施區域污染初雨收集處理是污染減排的基本工程措施。潔凈的符合利用要求的雨水是雨水綜合利用的基礎和最基本條件，因此，無論是從控制水環境污染還是雨水綜合利用的角度出發，初期雨水處理處置是必需的[2]。

2 初期雨水處置方案

從環境保護的角度出發，截流的初期雨水應與生活污水和工業廢水一起輸送至污水處理廠集中處理后排放。但是，這種方式極大的增加污水處理廠的處理負荷與日常處理費用。且目前我國尚未有一個城市污水處理廠在進行規劃時就考慮到雨水的處理量和收集用地，最初規劃時沒有考慮到截流雨水的用地，即使上游不污染，下游污水處理廠跨越排放也是會造成污染的。對于目前的情況，彌補此問題的辦法有三個，一個是在污水處理廠的周圍征地，擴大污水處理能力；第二，通過管網把雨污混合水引到其它的地方，并新建調蓄池儲存起來進行處理；第三，利用低影響開發(LID)與綠色雨水基礎設施（GSI）,實現低碳、節能、生態和可持續的雨洪控制利用[3]。

3 城市初期雨水處理方法

本文參考國內相關地區初雨收集規模，深圳排水規劃中初期雨水收集規模：《深圳市排水規劃》(2010-2020)專家評審會建議在缺乏實測徑流與污染物負荷濃度變化曲線資料的情況下,雨水截流設施容積暫按《建筑與小區雨水利用工程技術規范》（GB 5040-2006）計算,即屋面徑流截流厚度按3～5mm進行計算;地面徑流截流厚度5～7mm進行計算。

結合國內外研究成果和實際運用經驗,城市初期雨水處理方式主要分為分散處理方案和集中處理兩類,對有土地空間、匯水面積小、適合結合景觀設置生態工程措施的范圍,可采用分散措施,利用低影響開發(LID)與綠色雨水基礎設施（GSI），通過植物吸收、植被淺溝、低勢綠地、雨水塘與濕地、生物截流槽等措施降低初期雨水的污染負荷，在不影響道路功能和安全的前提下，有效滯留初期雨水，消減流量[4]。

實際上,城市初期雨水的量大、匯水時間短,多半采取的是“調蓄+處理”的方式,即先將初期雨水用調蓄池收集儲存,再利用處理設施處理。目前初雨處理的主要工藝構是混凝沉淀,此種工藝具有生產能力高、處理效果較好等有優點，但也受到原水的水量、水質、水溫及混凝劑等因素的影響。隨著工藝水平的提高,初期雨水處理的方法也越來越多,處理效率也會逐步提高[5]。

4 調蓄池運行原理

調蓄池的基本原理：在降雨期間，一部分合流水首先進入調蓄池而不是在下游管道和污水處理廠滿負荷后就直接溢流排放河道，降雨過后，調蓄池中儲存的合流水通過提升在一定時間內輸送至污水處理廠進行處理。流程見圖1。因此，調蓄池的主要作用就是收集儲存初期合流雨污水，減少合流水溢流量，從而達到對下游水體更好的保護效果[6]。

圖1 調蓄池運行原理圖

通過調蓄池的調蓄作用，可以將降雨初期的高濃度合流水進行收集，對進廠水質、水量進行調節，可防止對污水處理廠的負荷沖擊，有效保護現有污水處理廠的運行安全，同時，充分發揮污水處理廠的潛力，發揮最大效益。

綜上，調蓄池的建設，有效地對雨季混合水進行儲存、調峰、錯峰，并與污水處理廠聯合調度運行，有效去除污染負荷，最大限度發揮污水處理廠的功效，提高污水處理廠的處理效率[7]。

5 國內外調蓄池工程規模計算

目前調蓄池的計算方法相對較多，不同的國家和地區根據經驗和國情均有沿用不同計算方法，目前資料顯示的計算方法主要包括以下幾個種類：

5.1 德國的計算方法

德國設計規范ATVA128中，對合流制排水系統溢流雨水的處理目標定為控制排入水體的污染物負荷量最小化，即要求合流制排水系統排入水體的污染物負荷不大于分流制排水系統排入水體的污染物負荷。溢流調蓄池計算參數設定為：

（1）平均年降雨量：800 mm（≥800 mm時，應進行修正，增加調蓄池體積）；

（2）雨水 CODcr濃度：107 mg/L；

（3）晴天污水 CODcr濃度：600mg/L（≥600mg/L時，應進行修正，增加調蓄池體積）；

（4）雨天污水廠排放CODcr濃度：70 mg/L。

式中：V——調蓄池容積，m3；

VSR——每hm2收集面積需調蓄雨水量，m3/hm2，12≤VSR≤40，一般可取15～20；

Au——地表非滲透面積(hm2)，Au=收集面積(hm2)×徑流系數(0.70)。

5.2 日本調蓄池的簡單算法

《日本合流制下水道改善對策指南》中，要求合流制排水系統排放的污染物負荷量與分流制排水系統排放的污染物負荷量達到同等水平。指出：將增加截流量與調蓄結合起來是一項有效的實施對策。基本的設計程序為：依靠模擬試驗，根據設定的目標，研究截流量與調蓄池的關系，再通過對實際應用效果的評估，確定合理的調蓄池容量。

（1）設定目標值：合流制下水道排放的污染負荷量與分流制下水道排放的污染負荷量達到相同水平。

（2）為到達目標設定值，全年BOD負荷削減率在90%左右，雨天時BOD負荷削減率在65%左右。

（3）通過進行模擬試驗和對實際應用效果的評估，所采取的對策為截流雨水1 mm/h（污水處理）+2～4 mm調蓄量。

通過進行模擬試驗和對實際應用效果的評估，要達到與分流制排水系統同等的污染物負荷控制目標，在日本一般要求采取截流雨水量1 mm/h左右+2～4 mm調蓄對策；若將調蓄規模控制在4～5 mm/h時，雨水溢流次數將會減半；通常地，在調蓄規模為1～3.5 mm/h時，可以獲得最佳的投資效益。

日本對本國6座城市進行了模擬實驗，得出全年BOD負荷削減率為90%左右，雨天時BOD負荷削減率為65%左右才可以達到污染負荷削減的目標設定值；并且研究了截流量對污染負荷削減的貢獻，結果發現增大截流量可削減更多污染負荷，但截流量增大到一定程度時，削減效果已沒有明顯變化，僅當截流雨水量在1～2 mm/h以內，削減效果明顯；同時還研究了調蓄量對污染負荷削減的貢獻，以及截流和調蓄互相配合對符合削減的作用，結果表明采用截流雨水量1 mm/h加上調蓄雨水量2～4 mm/h的措施可達到污染負荷削減的目標設定值，相當于上海截流倍數n=1.5加上調蓄容量20～40 m3/hm2。

5.3 上海合流制排水系統調蓄研究方法

上海合流制排水系統調蓄研究對國外調蓄池計算理論、方法進行了大量的研究，結合上海市降雨特點、管網特點等進行了分析研究，認為調蓄池主要是暴雨期間可收集部分初期雨水，當暴雨停止后，該部分雨水再輸送到排水管網、泵站或污水處理廠。概括而言，其主要作用就是截流初期雨水、提高合流制系統的截流倍數，使調蓄之后的管道、泵站可以采用較小的設計流量。其主要方法是引入“當量降雨強度”概念，建立截流倍數與降雨量之間的關系，能被截流并送入污水廠處理的不會產生溢流入河現象，反之會溢流。

當量降雨強度即與晴天平均旱流污水量相當的小時降雨強度，如為1.8 mm/h，當截流倍數n=1，相當于1×1.8＝1.8 mm/h的降雨量，也就是說，當降雨強度小于1.8 mm/h時，雨水及污水可全部由管道和泵站截走，不會發生雨污水溢流至河現象，但當降雨強度大于1.8 mm/h，如為3 mm/h時，則有1.2 mm/h的雨水將溢流至河中。不同的截流倍數代表不同的溢流量（或截流量），根據系統設定的削減目標，可以確定系統截流倍數，從而確定調蓄水量。

5.4 武漢主要計算方法

武漢主要是借鑒國家863武漢“水專項”的研究成果，對武漢市漢陽地區暴雨徑流中COD Cr、SS污染物濃度進行測量并對水質水量變化特點進行了分析。根據相關研究資料的圖表分析，可確定合流制地區需囤蓄處理的重污染水（COD Cr＞600mg/L）對應的徑流深約為7 mm，其中截污管截流約1 mm；確保不入湖的中污染水（600 mg/L＞COD Cr＞400 mg/L）對應的徑流深約為7～15 mm；輕污染水（COD Cr＜400 mg/L）在超過調蓄能力后入湖。

6 結語

隨著人們對城市水環境狀況重視程度的提高,人們對城市初期雨水也逐漸重視,本文對城市初期雨水產生的過程、特性、收集處理的方式與方法做了一些粗淺的歸納和分析,希望為城市水環境改善設計有所幫助。

[1]車伍，劉燕，李俊奇.北京城區面源污染特征及其控制對策[J].北京建筑工程學院學報，2001，18（4）：5.

[2]劉鵬、傅文華.初期雨水要不要棄流的思考[J].給水排水，2004，30(12)：78-79.

[3]洪忠.城市初期雨水收集與處理方案研究[J].中國農村水利水電,2010(6):41-43,

[4]何衛華，車伍.城市綠色道路及雨洪控制利用策略研究[J].給水排水,2012,38（9）：42-47.

[5]鄧志光，吳宗義.城市初期雨水的處理技術路線初探.水工業市場,2009,(4)：47-49.

[6]張力.城市合流制排水系統調蓄設施計算方法研究[J].城市道橋與防洪,2010(2):130-133.

[7]李亞，楊洋.昆明主城老城區調蓄池建設工程淺析.2012年中國城市規劃會議論文.