点源污染

城市径流非点源污染控制及利用

问题的提出

现阶段我国许多江河、湖泊、海洋等地面水以及地下水水质的状

况仍不容乐观,经调查其主要因素是非点源污染尚未得到有效控制。

雨水径流非点源污染来源很广,包括农田肥料、农药以及城市地面的

污染物随雨水径流进入水体;随大气扩散的有毒有害物质,由于重力沉

降或降雨过程进入水体等。对城市而言,非点源污染主要是指随地表

径流进入水体的污染物所带来的污染。有的城市非点源污染,即地表

径流带来的污染占所有污染源污染总量的比例达到百分之二三十,甚

至百分之五十以上。由此可见,为使我国地表水及地下水水质在现有

状况下有所改善,我们必须对非点源污染加以控制。

1城市径流非点源污染分析

城市径流主要是指雨水径流。近年来我国城市建设飞速发展,大

量建筑物和道路等的建设使城市不透水地面面积快速增长,地面径流

形成时间缩短,峰值流量不断加大,雨水径流量大大增加(见图1)。以北

京为例,从1996年开始,北京市建筑占地面积增长速度明显高于往年,

几乎呈直线上升趋势。预计到2010年,北京市建筑占地面积将达

300km2左右,其中还未包括道路等所占面积。屋面、混凝土和沥青路

面等不透水表面的径流系数一般取0.9,也就是说其降雨量的90%将形

成径流。

雨水本身水质较好,有机污染物含量低,硬度小,易于处理。但在降

水过程中雨水从大气中裹挟污染物和所流经的表面携带杂质,其中主

要有悬浮固体,好氧物质,富营养化物质,细菌和病毒,油类物质,同时还

存在少量重金属(如镉、铜、铬、镍等)。雨水径流通过不同的汇水面

所携带的污染物的浓度不尽相同,相比较而言,路面径流比屋面径流污

染物浓度大;同样是屋面径流,沥青油毡屋面的径流比瓦片、混凝土屋

面的污染物浓度要大得多。此外,城市径流污染存在初期效应,即在径

流初期与初期径流石香炉 量不成比例的大部分的污染物被冲刷进入地表水

的现象(Schueler,1987)。长期以来,人们普遍认为由于降雨初期的冲刷,

初期地表径流雨水中常挟带着大量的污染负荷。对北京连续4年对城

区雨水径流中污染物浓度进行分析(见表1、表2),对比表1、表2,很

明显能得出以上论述的观点。

雨水中杂质的浓度还与降雨地区的污染上海加盟好项目 程度有着密切的关系。我

国的城市环境状况相比西方一些发达国家而言污染严重得多,比如城

市大气污染状况、城市垃圾收集状况、汽车交通排污状况等,这些因素

都是城市地表径流的主要污染来源,所以我国的城市径流污染问题应

该比发达国家严重得多。

2城市径流的污染控制

目前,国内外对城市非点源污染的控制及利用进行了大量的研究,

最具代表性的是美国20世纪70年代提出的BestManagement

Practices(BMPs),即最佳管理措施。它是一个或几个措施的组合,目的是

防治和削减径流污染物进入受纳水体,使水质符合水质目标的实际措

施,其中包括工程性措施和非工程性措施。在实际应用中,必须结合各

地具体情况(气候状况、自然地理状况等)因地制宜,合理选用。

2.1控制非点源污染的工程性措施

根据国内外的研究结果,对城市地表径流中的污染物的去除无非

是减少径流量以及降低城市径流中的污染物浓度,从而达到降低径流

对受纳水体的污染。现今较为有效的方法一般分为以下几类。

2.1.1植被覆盖

植被覆盖是一种利用地表植物对地表径流中的污染物进行分离

的措施,它能够将污染物在径流输送的过程中分离出来,使到达受纳水

体的径流水质获得明显的改善,从而达到保护受纳水体的目的,它是一

种有效的控制城市径流污染的方法。其去除污染物的机理是:吸附、沉

淀、过滤和生物吸收等过程。草是植被控制最常用的植物,它的去除效

率比较高,施工费用相对比较经济,其中草的种类、密度、形状、结构

等均影响到污染物的去除效率。

2.1.2渗滤系统

这是一种将地表径流雨水暂时储存起来,并渗透到地下的一种处

理暴雨径流的措施,通常包括渗坑、渗渠、渗井等。它主要去除可溶解

的污染物,去除机理是过滤、颗粒物吸附和离子交换等。

渗滤系统的适用范围:1〉、土壤或下层土壤有很好的可渗透性;2〉、

地下水位低于渗滤系统最低点至少3m;3〉、入流中的戈壁传奇 悬浮固体含量

小;4〉、渗滤过程中有足够的存储空间存储地表径流。现今应用较多的

是多孔路面,可以有效地去除径流水中溶解物和颗粒物。

2.1.3滞流系统

滞留系统主要是用于暴雨径流量的控制,可消减洪峰流量,对雨水

径流中的污染物也有一定的去除作用。其具体分为湿式滞留池/塘和

干式滞留池/塘,湿式滞留池/塘是去除地表径流污染最实用的方法之

一。

湿式滞留池/塘的效率主要取决于滞留池/塘的容积、径流水深等,

其基本机理是沉淀和生物作用。

1)池/塘的容积与设计水位下降时间和相邻两场雨的间隔时间有

关,其中设计水位下降时间越短,池/塘的容积越小;相邻两场雨的时间

间隔越大,池/塘的容积越小。为保证滞留池/塘的正常安全的运转,池/

塘的容积与雨水径流量的比例(Vb/Vr)应为1.5～3;

2)设计水位下降时间与水位下降速率有关。显而易见,水位下降速

率越大,水位下降时间越小。池/塘的平均水深和水面面积是水位下降

速率的主要制约因素,在处理后出水水质相同情况下,水深越浅,水面面

积越大,水位下降速率越大。所以,在滞留池/塘的设计时应从平均水深

和水面面积入手,减少设计水位下降时间,从而减少滞留池/塘的容积。

干式滞留池/塘的滞留时间通常为几个小时,一般不足以使细小的

悬浮物沉淀下来(已证明地表径流中的污染物主要与细小颗粒有关),

且池中的沉淀物有可能被降雨冲出。因此,总的来讲干式滞留池/塘效

果不如湿式滞留池/塘。

2.1.4湿地

湿地是水生和陆生环境连接或交互延伸的生态区域,一般划分为

沼泽湿地、湖泊湿地、河流湿地、河口湿地以及滨海湿地等类型,是一

种高效的控制地表径流污染的措施,它可以同时处理流入污水中的悬

浮物和溶解态物质。湿地是一种复杂的生态系统,结构通常由下到上

是:防渗层、基质层、腐质层、水体层和湿地植物,其具体的去除污染

物的机理如下:

1)利用基质层填料、植物的根系和茎、腐殖层的过滤和阻截作用

去除污水中的悬浮物;

2)湿地中往往溶解氧不足,有机物的去除以兼性细菌和厌氧细菌

的分解为主;

3)湿地进水中的氮主要以有机氮和氨氮的形式存在,有机氮也可

氨化为氨氮。绝大多数氮是在好氧条件下,氨氮经亚硝化、硝化作用分

别转变为亚硝酸氮和硝酸氮,然后在缺氧和有机碳源的条件下,经反硝

化被还原为N2,挥发到大气达到脱氮的目的;

4)湿地通过植物吸收、微生物去除及物理化学作用去除污水中的

磷;

5)湿地中存在着种类繁多、数量巨大的微生物群落和多种沼生植

物群落,通过它们的共同作用降解复杂的难降解有机化合物(如苯、酚、

杀虫剂以及芳香族的碳氢化合物等);

6)通过植物的吸收和生物富集作用,土壤胶体颗粒的吸附,S2-形

成硫化物沉淀,从而去除金属离子;

7)细菌和病原体在湿地中去除主要是因为它们不能适应湿地环

境而死亡,以及植物根系的某些分泌物对它们的灭活作用。

湿地系统和滞留系统的区别在于湿地系统水层浅、用植物处理污

染物、强调面流和水流流速要缓慢。,具体示意见图2。

2.1.5初期径流的弃流

地表径流所带来的污染大部分集中在初期径流,如果不考虑径流

的初期效应,让径流全部排放水体或排至处理径流污染物的构筑物会

使水体及构筑物的纳污能力带来强大的冲击,甚至造成严重的污染。

针对此种状况,对地表径流应采取分别处理的方案,即将径流初期污染

严重的雨水弃流至城市排水管网送到污水处理厂进行处理,对于径流

中后期污染较小的雨水收集起来用作中水水源或送至湿地等自然净

化系统自然净化。

以上各工程性措施单独运行均能起到减轻城市径流所产生的非

点源污染的作用,从美国环保署在第二代BMP管理体系中给出的各

BMP的大致的污染去除率北京房屋租赁 上看,运行状况良好(见表3)。

但单独工作时它们在处理方式、去除污染物种类等方面都有各自

的不足,若将两种或两种以上单元联合作业,在控制城市径流非点源污

染方面会达到更好的效果。

2.2控制非点源污染的非工程性措施

2.2.1路面清洁

城市径流非点源污染中的污染物主要来自径流对地面的冲刷,地

面上的污染物的来源有大气污染物沉降、城市垃圾等,所以路面清洁

被认为是控制径流污染的有效方法之一。对大气污染物沉降严重地区、

交通繁忙的路段以及积雪融化、植物落叶等这些特定地点特定时段加

大清洁效率和频率效果会更好。

2.2.2政府管理及政策支持

政府管理就是从中央到地方针对防治非点源污染制定一些相应

的法规、政策,加强包括城市建设施工现场、道路化雪剂、城市垃圾及

城市车辆等的管理。显然,加强这些方面的管理可以大大降低城市地

表径流中的污染物含量。政策支持是指从政策上有所倾斜,鼓励该方

向的相关人员的科研工作,如建立广泛的非点源污染的数据库,作为研

究以及管理的依据;开发适合我国具体情况的非点源污染模拟、管理

和量化评价模型;在城市规划中体现防治非点源污染的内容等。

2.2.3宣传教育

有意识对人们加强防治非点源污染的宣传教育,改变人们的不合

理的日常行为,指导人们从自我做起,从小事做起保护我们的环境。美

国环保署的官方网站有这样一篇面向大众的宣传《每个人的任务——

您所能做的防治雨水径流污染的10件事》,其中包括不要在雨水口倾

倒垃圾、在您的院子里种上植被、在洗车房洗车、检查您的车是否漏

油以及捡起您的宠物的排泄物等一系列看来很不起眼的小事。

3城市径流水资源的利用

降雨这一自然现象产生的城市地表径流会产生非点源污染,如果

径流量很大还会造成洪涝灾害,长期以来只是将其看作人力不能避免

的自然灾害进行控制治理。现今在世界范围内淡水资源日趋短缺,雨

水作为一种轻污染水已成为越来越重要的可利用的淡水资源之一。雨

水是自然界水循环中的重要环节,可使水资源在开采和利用后得到补

给,取之不尽,可免费使用;同时对调节、补充地区水资源和生态环境起

着十分重要的作用;利用雨水还能节约饮用水,简化饮用水净化工艺,节

省相关投资。所以,将雨水作为一种资源进行处理从生态、经济、技术

等方面看都是可行的。

3.1利用雨水回灌补充地下水;

由于工农业的发展、人们生活水平的提高,地表水已经远远满足

不了要求,地下水的大量开采不可避免,地下水水量急剧减少、地下水

水位逐年降低;再加上城市化进程使得地面区域的硬化影响了城市地

表水(主要是雨水)的下渗,地下水得不到足够的补充。因此导致了区域

性地下水位下降以及随之而来的海水入侵、耕地盐碱化、植被干枯、

荒漠化和地质结构发生变化。例如北京市南郊的地下水水位正以

1m/a的速度下降,自1966年以来北京市地面以10～20mm/a的速度

下沉。如果长期持续下去还会造成地表沉降和断裂带,导致建筑物倾

斜甚至倒塌。所以有必要合理的对地下水进行回灌,特别猪肉粥 是用雨水这

种廉价的水资源。但地下水回灌对地下水位、雨水水质有较高的要求,

回灌后对地下水水质的影响特别是长期的影响还有待研究。据Tomas

Ennis对美国Lubbock市的playa湖附近的两处利用雨水进行地下水

回灌实例的研究结果表明,未发现雨水回灌对当地的地下含水层的水

质有负面影响,但这只是短期效应,其长期影响还需时间以及以后所搜

集的水质数据指标来评定。

3.2利用雨水资源建设屋顶绿化;

目前国内的建筑屋顶材料主要用瓦质、沥青油毡、水泥砖等,典型

的是平顶油毡屋顶和坡顶瓦质屋面。其中平顶油毡屋面污染严重、保

温抗寒效果差、易老化、维修工作量大。

若在城市建筑密集区域利用雨水资源绿化建筑屋顶,可以在不占

用城市土地的前提下增加城市绿化面积,从而美化城市市容、净化城

市空气、减少城市噪音污染、降低城市热岛效应,还可以在一定程度上

改善城市生态环境。

截止2002年的统计结果,北京城近郊区城市园林绿地面积达到

*****公顷,城市绿化覆盖率达到40.22%。根据举办2008年北京奥运会

的需要,规划北京市区绿化覆盖率达到45%,即必须增加各类绿地6800

公顷(出自北京市园林局网站)。北京市现在约有6979万平方米屋顶

可进行绿化,这个数字是相当可观的。

3.3利用雨水作为杂用水的补充水源;

杂用水主要是用于冲厕、冲洗道路、浇洒绿地、洗车、景观用水、

建筑工地用水等方面,对水质的要求不高。若将雨水收集起来进行简

单处理作为杂用水,既可以减少水处理过程中的运行费用,还可以有效

缓解水资源的短缺。

但现如今人们对雨水利用的安全性等方面存在较大疑虑。针对此

现状,政府应正确引导人们认识雨水,并从政策上鼓励人们利用雨水。

在加拿大多伦多市提出了一个鼓励家庭收集雨水作为杂用水的八年

计划,如果家庭申请利用雨水,政府将免费提供收集容器并出资500美

元帮助建设相应的雨水收集利用系统。美国田纳西州的Hays市为安

装了雨水收集系统的住户补助1客服自我介绍 00美元并在运行该系统时期每年减

免相当于安装收集系统时所花费用的财产税。

3.4有些地区收集雨水作为生活饮用水水源。

对于一些严重缺水而且雨水资源丰富的国家和地区,将雨水收集

起来作为饮用水源的补给水源不失为一个行之有效、可持续发展的方

案。如新加坡是个缺水的国家,在那里建有许多雨水收集池甚至大型

的雨水储存水库,雨水汇集后再通过水处理厂处理经给水管网输送至

用户。收集的径流雨水主要是在Brdok水厂进行处理,其处理工艺如

下:

雨水—→预臭氧化—→混凝/絮凝—→固体接触澄清池—→臭氧

氧化—→过滤池—→氯消毒—→pH调节(防腐蚀)—→投氟(护齿)—→

配水系统—→用户

4结论

1)水污染控制在点源污染治理的同时还应顾及非点源污染的控

制和治理。随着城市化进程的逐步深入,城市径流造成的非点源污染

日趋严重,应采取相应的行之有效的方案加以治理,以免影响城市的正

常发展。

2)控制城市径流产生的非点源污染必须结合各地具体情况因地

制宜,优化选用相应的工程性措施,同时加强非工程性措施开展。和国

外相比,国内存在不小的差距。在工程性措施方面,我们可以通过工程

技术人员的努力迎头赶上;在非工程措施方面则需要包括中央、各级

地方政府及相关部门以及全民共同重视起来才能有所提高。

3)视雨水为可利用的廉价水资源,建设适合我国具体情况的雨水

利用工程。