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雨水净化工艺分析
作者：李玮娜 王铮
阅读：595 次
上传时间：2006-03-21
推荐人：liweina1023 (已传论文 1 套)
简介： 随着世界水资源与能源的日益紧缺、污染日趋严重, 雨水利用这项简单、方便、灵活、低运行成本、节能、无污染的技术再度受到人们的重视, 并在世界范围内逐步盛行; 我国雨水资源丰富，雨水利用是解决我国缺水城市水问题和防洪问题的一项重要措施，因而雨水的净化就显的尤为重要。
关键字：雨水净化 处理工艺 水质分析
引言
水是人类赖以生存不可或缺的资源，但随着人口的日益增多，地表水和地下水受到污染。全世界的水资源已日益短缺。水资源短缺已成为21世纪人类面临的重大难题。为了缓解水资源危机，雨水已成为一种不容忽视的重要水源。开发利用雨水资源已成为许多国家和地区解决水危机的新途径，受到普遍关注。
我国雨水资源丰富，年降水量达6190亿立方米[1]，但是随着城市化建设的不断发展，不透水面积日益增多，大量的雨水径流未加以利用就直接排放，不仅造成了水量的巨大浪费，同时也加大了城市排水设施的负担。因而对雨水加以适当处理，不仅可节约水源，还可减轻城市排水设施的负担。
1.雨水水质分析
雨水在降落过程中，空气中的溶解性气体，溶解或悬浮状固体，重金属及细菌等会进入其中。地表径流中的污染物主演来自降雨对地表的冲刷。所以地表沉积物是地表径流中污染物的主要来源。地表沉积物的组成决定着地表径流污染的性质。地表沉积物包括许多污染物质，有固态废弃物碎屑（城市垃圾、动物粪便、城市建筑施工场地堆积物）化学药品（草坪施用的化肥农药）、车辆排放物等。具有不同土地使用功能的地表其沉积物的来源不同。因而，雨水的水质会因地点、时间的不同而有所差异。一般雨水水质主要考虑BOD、 COD 、SS 、TN等的浓度。表1为国外部分城市雨水水质指标[2]。表2 为南京市区雨水径流水质[2]。
表2 南京市区雨水径流水质 mg/l
由表1和表2可知，无论是不同国家，还是同一城市不同地点的雨水水质都有很大差别。因而，我们应根据不同的雨水水质以及不同的使用目的选择恰当的净化工艺。
2.工艺介绍
2.1物化处理工艺
2.1.1 物理处理工艺
物理处理工艺主要去除雨水中的悬浮颗粒物。适用于雨水水质较好，且对于回用水质要求不太高的雨水。图1和图2[3]是雨水物化处理过程图。
图1 设置筛网过滤器的雨水净化系统
图2 设置旋流分离器的雨水净化系统
这两个物理处理工艺不同之处主要在于图1用筛网进行过滤，而图2用旋流分离器进行过滤。其主要目的都是用于水中颗粒物与水的分离。从处理效果来看，旋流分离器高于筛网过滤器。但是，由于漩流分离器的运行需借助电力，因而处理成本高于筛网过滤器的处理。
澳大利亚某公司将传统的筛网过滤器进行改进，研发出了一种新型的雨水净化设备。图3[3]为其剖面图。在离心和重力作用下，该设备不仅可截留大于滤网的颗粒，还可截留小于滤网的颗粒，大大提高了净化效率。同时，由于雨水是由侧面掠过滤网的，因而滤网有一定的冲刷作用。该设备的另一优点在于不需动力操作。这在很大程度上降低了处理成本，具有较强的实用价值。
图3 CDS单元结构
2.1.2 物化处理工艺
含高浓度氮磷的初期雨水的物化处理采用的是两级药剂混凝沉淀法[4]。一级反映投加磷酸钠、硫酸镁，且加碱调pH值呈中性，产生磷酸铝沉淀，去除污水中的磷。化学反应式为
其流程框图，如图4所示。
2.2人工湿地处理系统
人工湿地是一种人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地面，建在一定长宽比及底面坡度的洼地中，由填料和土壤混合组成填料床，废水可以在床体的填料缝隙中流动，或在床体的表面流动，并在床的表面种植具有处理性能好，成活率高，抗水性能强，成长周期长，美观及具有经济价值的水生植物，形成一个独特的生态系统，对雨水进行处理。处理流程如下：
人工湿地对BOD、COD、SS有较好的去除效果。这主要是由于水生植物对雨水中的SS有截留作用。在植物根系周围，较远处以及更远处则会不同程度地形成好氧、缺氧、厌氧环境,有效地去除雨水中的BOD和COD。通过更换填料或收割植物可以把污染物从系统中去除。
具体人工湿地系统剖面图如图5所示[5]：
图5 人工湿地系统剖面图
伦敦泰晤士河水公司为了研究不同规模的水循环方案，设计了英国2000年的展示建筑—世纪圆顶示范工程，其处理工艺采用的是人工湿地处理系统。这使其成为欧洲最大的建筑物内的水循环设施。
收集的雨水在芦苇床中处理，这是污水三级处理中常用的一种自然处理方法，收集的雨水质量较好，在抽送至第一级芦苇床之前只需要预过滤。其处理过程包括两个芦苇床（每个的表面积为250m2）和一个塘（其容积为300m3）.选用了具有高度耐盐性能的芦苇，其种植密度为4株/m2.。雨水在芦苇床中通过多种过程进行净化：在芦苇床根区的天然细菌降解雨水中的有机物；芦苇本身吸收雨水中营养物质；床中的砾石、砂砾和芦苇的根系起过滤系统的作用。
2.3土壤过滤系统
土壤过滤系统是指利用土壤中的有机质、微生物以及植物等的作用对雨水进行处理的一种方法。土壤过滤对于营养盐和重金属有较好的去除效果。以下是德国采用的土壤过滤系统[2]。
图6 德国典型的土壤过滤系统
在我国对于土壤过滤系统也有一定的应用。北京市某小学[6]以及某公园[7]就利用土壤过滤处理雨水。其流程图见图7和图8：
3.工艺优缺点比较
就目前而言，雨水净化较少采用生物处理法。这主要与雨水本身的水质有密切的关系。一方面，雨水中BOD含量较低，导致菌种较难存活。另一方面，在无雨期间要保持菌种的存活需耗费财力、物力和人力。由于降雨的季节性和随机性，如果单纯的处理雨水，其处理系统的运行将是不连续的，导致处理系统的使用效率不高，因此需要考虑旱季时补充水来源。利用建筑小区的优质杂排水作为雨水处理系统的补充水源应是一种比较合理的选择。所谓优质杂排水是指沐浴、洗衣排水，根据有关调查数据，优质杂排水的水质较好，其色度、浊度、BOD、COD 及SS含量较低，容易处理。雨水处理后主要用于中水系统。即主要用于绿化、浇洒路面、冲厕以及洗车用水。现将以上提及的三处理方法进行比较，旨在表明其各自的特点。
（1）从简便、实用的原则出发，应优先考虑物化处理工艺。但是，其出水水质较差，因而适用于污染较少的雨水。
（2）人工湿地处理系统具有投资省、运行费用低等特点，且对于BOD、COD、SS有较好的去除效果。在处理雨水的同时还具有净化空气的作用。由于植物可以吸收空气中的SO2 、NOX 、CO2增加O2的作用。故可消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等。但是，该方法在南方或气候较湿润地区兴建且需占用大量土地。另外,该方法最终是将污染物质转移至填料和植物。如果这些物质处理不当，必会产生二次污染。
（3）土壤过滤系统与人工湿地有许多相似之处，但其主要区别在于土壤过滤系统用土壤代替填料进行处理，导致土壤污染。众所周知，土壤一旦污染，再要使其恢复需要的时间是较长的。
通过以上分析可知，处理工艺的选择是与雨水本身的水质、兴建地方以及回用目的相关的。针对不同的雨水水质以及地区特点选择合适的处理方法。
参考文献：
[1]王琳,杨鲁豫,王宝贞. 城市水资源短缺与雨水收集利用.给水排水[J],2001,27(2):1
[2] 王祖琴,李田,吴今明.上海市雨水污染初探.上海环境科学[J],2002,21(5):305-306
[3]董新华.澳大利亚的雨水净化设备.中国环保产业[J],2003,7:40
[4]吴斌.含高浓度氮磷的初期雨水的物化处理.规划设计[J]，2004,3:14
[5]邓风,陈卫.居住小区雨水湿地净化及回用分析.南京建筑工程学院学报[J],2002,62(3):30
[6]王俊岭,李俊奇.北京市某小学雨水利用案例分析.科技情报开发与经济[J],2004,14(2):157-158
[7]王俊岭,许萍.某公园雨水利用与水景水质保障系统案例分析.北方环境[J],2004,29(2):27
作者简介：李玮娜(1980- )，女，河北沧州人，在读硕士研究生，主要从事环境工程的研究
联系电话：029-83048382
通讯地址：西安科技大学238#信箱
邮政编码：710054
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作者：李玮娜 王铮
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简介： 随着世界水资源与能源的日益紧缺、污染日趋严重, 雨水利用这项简单、方便、灵活、低运行成本、节能、无污染的技术再度受到人们的重视, 并在世界范围内逐步盛行; 我国雨水资源丰富，雨水利用是解决我国缺水城市水问题和防洪问题的一项重要措施，因而雨水的净化就显的尤为重要。
关键字：雨水净化 处理工艺 水质分析
引言
水是人类赖以生存不可或缺的资源，但随着人口的日益增多，地表水和地下水受到污染。全世界的水资源已日益短缺。水资源短缺已成为21世纪人类面临的重大难题。为了缓解水资源危机，雨水已成为一种不容忽视的重要水源。开发利用雨水资源已成为许多国家和地区解决水危机的新途径，受到普遍关注。
我国雨水资源丰富，年降水量达6190亿立方米[1]，但是随着城市化建设的不断发展，不透水面积日益增多，大量的雨水径流未加以利用就直接排放，不仅造成了水量的巨大浪费，同时也加大了城市排水设施的负担。因而对雨水加以适当处理，不仅可节约水源，还可减轻城市排水设施的负担。
1.雨水水质分析
雨水在降落过程中，空气中的溶解性气体，溶解或悬浮状固体，重金属及细菌等会进入其中。地表径流中的污染物主演来自降雨对地表的冲刷。所以地表沉积物是地表径流中污染物的主要来源。地表沉积物的组成决定着地表径流污染的性质。地表沉积物包括许多污染物质，有固态废弃物碎屑（城市垃圾、动物粪便、城市建筑施工场地堆积物）化学药品（草坪施用的化肥农药）、车辆排放物等。具有不同土地使用功能的地表其沉积物的来源不同。因而，雨水的水质会因地点、时间的不同而有所差异。一般雨水水质主要考虑BOD、 COD 、SS 、TN等的浓度。表1为国外部分城市雨水水质指标[2]。表2 为南京市区雨水径流水质[2]。
表2 南京市区雨水径流水质 mg/l
由表1和表2可知，无论是不同国家，还是同一城市不同地点的雨水水质都有很大差别。因而，我们应根据不同的雨水水质以及不同的使用目的选择恰当的净化工艺。
2.工艺介绍
2.1物化处理工艺
物理处理工艺主要去除雨水中的悬浮颗粒物。适用于雨水水质较好，且对于回用水质要求不太高的雨水。图1和图2[3]是雨水物化处理过程图。
图1 设置筛网过滤器的雨水净化系统
图2 设置旋流分离器的雨水净化系统
这两个物理处理工艺不同之处主要在于图1用筛网进行过滤，而图2用旋流分离器进行过滤。其主要目的都是用于水中颗粒物与水的分离。从处理效果来看，旋流分离器高于筛网过滤器。但是，由于漩流分离器的运行需借助电力，因而处理成本高于筛网过滤器的处理。
澳大利亚某公司将传统的筛网过滤器进行改进，研发出了一种新型的雨水净化设备。图3[3]为其剖面图。在离心和重力作用下，该设备不仅可截留大于滤网的颗粒，还可截留小于滤网的颗粒，大大提高了净化效率。同时，由于雨水是由侧面掠过滤网的，因而滤网有一定的冲刷作用。该设备的另一优点在于不需动力操作。这在很大程度上降低了处理成本，具有较强的实用价值。
图3 CDS单元结构
含高浓度氮磷的初期雨水的物化处理采用的是两级药剂混凝沉淀法[4]。一级反映投加磷酸钠、硫酸镁，且加碱调pH值呈中性，产生磷酸铝沉淀，去除污水中的磷。化学反应式为
其流程框图，如图4所示。
2.2人工湿地处理系统
人工湿地是一种人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地面，建在一定长宽比及底面坡度的洼地中，由填料和土壤混合组成填料床，废水可以在床体的填料缝隙中流动，或在床体的表面流动，并在床的表面种植具有处理性能好，成活率高，抗水性能强，成长周期长，美观及具有经济价值的水生植物，形成一个独特的生态系统，对雨水进行处理。处理流程如下：
人工湿地对BOD、COD、SS有较好的去除效果。这主要是由于水生植物对雨水中的SS有截留作用。在植物根系周围，较远处以及更远处则会不同程度地形成好氧、缺氧、厌氧环境,有效地去除雨水中的BOD和COD。通过更换填料或收割植物可以把污染物从系统中去除。
具体人工湿地系统剖面图如图5所示[5]：
图5 人工湿地系统剖面图
伦敦泰晤士河水公司为了研究不同规模的水循环方案，设计了英国2000年的展示建筑—世纪圆顶示范工程，其处理工艺采用的是人工湿地处理系统。这使其成为欧洲最大的建筑物内的水循环设施。
收集的雨水在芦苇床中处理，这是污水三级处理中常用的一种自然处理方法，收集的雨水质量较好，在抽送至第一级芦苇床之前只需要预过滤。其处理过程包括两个芦苇床（每个的表面积为250m2）和一个塘（其容积为300m3）.选用了具有高度耐盐性能的芦苇，其种植密度为4株/m2.。雨水在芦苇床中通过多种过程进行净化：在芦苇床根区的天然细菌降解雨水中的有机物；芦苇本身吸收雨水中营养物质；床中的砾石、砂砾和芦苇的根系起过滤系统的作用。
2.3土壤过滤系统
土壤过滤系统是指利用土壤中的有机质、微生物以及植物等的作用对雨水进行处理的一种方法。土壤过滤对于营养盐和重金属有较好的去除效果。以下是德国采用的土壤过滤系统[2]。
图6 德国典型的土壤过滤系统
在我国对于土壤过滤系统也有一定的应用。北京市某小学[6]以及某公园[7]就利用土壤过滤处理雨水。其流程图见图7和图8：
3.工艺优缺点比较
就目前而言，雨水净化较少采用生物处理法。这主要与雨水本身的水质有密切的关系。一方面，雨水中BOD含量较低，导致菌种较难存活。另一方面，在无雨期间要保持菌种的存活需耗费财力、物力和人力。由于降雨的季节性和随机性，如果单纯的处理雨水，其处理系统的运行将是不连续的，导致处理系统的使用效率不高，因此需要考虑旱季时补充水来源。利用建筑小区的优质杂排水作为雨水处理系统的补充水源应是一种比较合理的选择。所谓优质杂排水是指沐浴、洗衣排水，根据有关调查数据，优质杂排水的水质较好，其色度、浊度、BOD、COD 及SS含量较低，容易处理。雨水处理后主要用于中水系统。即主要用于绿化、浇洒路面、冲厕以及洗车用水。现将以上提及的三处理方法进行比较，旨在表明其各自的特点。
（1）从简便、实用的原则出发，应优先考虑物化处理工艺。但是，其出水水质较差，因而适用于污染较少的雨水。
（2）人工湿地处理系统具有投资省、运行费用低等特点，且对于BOD、COD、SS有较好的去除效果。在处理雨水的同时还具有净化空气的作用。由于植物可以吸收空气中的SO2 、NOX 、CO2增加O2的作用。故可消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等。但是，该方法在南方或气候较湿润地区兴建且需占用大量土地。另外,该方法最终是将污染物质转移至填料和植物。如果这些物质处理不当，必会产生二次污染。
（3）土壤过滤系统与人工湿地有许多相似之处，但其主要区别在于土壤过滤系统用土壤代替填料进行处理，导致土壤污染。众所周知，土壤一旦污染，再要使其恢复需要的时间是较长的。
通过以上分析可知，处理工艺的选择是与雨水本身的水质、兴建地方以及回用目的相关的。针对不同的雨水水质以及地区特点选择合适的处理方法。
参考文献：
[1]王琳,杨鲁豫,王宝贞. 城市水资源短缺与雨水收集利用.给水排水[J],2001,27(2):1
[2] 王祖琴,李田,吴今明.上海市雨水污染初探.上海环境科学[J],2002,21(5):305-306
[3]董新华.澳大利亚的雨水净化设备.中国环保产业[J],2003,7:40
[4]吴斌.含高浓度氮磷的初期雨水的物化处理.规划设计[J]，2004,3:14
[5]邓风,陈卫.居住小区雨水湿地净化及回用分析.南京建筑工程学院学报[J],2002,62(3):30
[6]王俊岭,李俊奇.北京市某小学雨水利用案例分析.科技情报开发与经济[J],2004,14(2):157-158
[7]王俊岭,许萍.某公园雨水利用与水景水质保障系统案例分析.北方环境[J],2004,29(2):27
作者简介：李玮娜(1980- )，女，河北沧州人，在读硕士研究生，主要从事环境工程的研究
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