雨水凈化工藝
水是人類賴以生存不可或缺的資源，但隨著人口的日益增多，地表水和地下水受到污染。全世界的水資源已日益短缺。水資源短缺已成為21世紀(jì)人類面臨的重大難題。為了緩解水資源危機(jī)，雨水已成為一種不容忽視的重要水源。開發(fā)利用雨水資源已成為許多國家和地區(qū)解決水危機(jī)的新途徑，受到普遍關(guān)注。
我國雨水資源豐富，年降水量達(dá)6190億立方米[，但是隨著城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，不透水面積日益增多，大量的雨水徑流未加以利用就直接排放，不僅造成了水量的巨大浪費，同時也加大了城市排水設(shè)施的負(fù)擔(dān)。因而對雨水加以適當(dāng)處理，不僅可節(jié)約水源，還可減輕城市排水設(shè)施的負(fù)擔(dān)。
1.雨水水質(zhì)分析
雨水在降落過程中，空氣中的溶解性氣體，溶解或懸浮狀固體，重金屬及細(xì)菌等會進(jìn)入其中。地表徑流中的污染物主演來自降雨對地表的沖刷。所以地表沉積物是地表徑流中污染物的主要來源。地表沉積物的組成決定著地表徑流污染的性質(zhì)。地表沉積物包括許多污染物質(zhì)，有固態(tài)廢棄物碎屑（城市垃圾、動物糞便、城市建筑施工場地堆積物）化學(xué)藥品（草坪施用的化肥農(nóng)藥）、車輛排放物等。具有不同土地使用功能的地表其沉積物的來源不同。因而，雨水的水質(zhì)會因地點、時間的不同而有所差異。一般雨水水質(zhì)主要考慮BOD、 COD 、SS 、TN等的濃度。表1為國外部分城市雨水水質(zhì)指標(biāo)。
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表2 為南京市區(qū)雨水徑流水質(zhì)。
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由表1和表2可知，無論是不同國家，還是同一城市不同地點的雨水水質(zhì)都有很大差別。因而，我們應(yīng)根據(jù)不同的雨水水質(zhì)以及不同的使用目的選擇恰當(dāng)?shù)膬艋に嚒?/p>
2.工藝介紹
2.1物化處理工藝
2.1.1物理處理工藝
物理處理工藝主要去除雨水中的懸浮顆粒物。適用于雨水水質(zhì)較好，且對于回用水質(zhì)要求不太高的雨水。圖1和圖2[3]是雨水物化處理過程圖。
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這兩個物理處理工藝不同之處主要在于圖1用篩網(wǎng)進(jìn)行過濾，而圖2用旋流分離器進(jìn)行過濾。其主要目的都是用于水中顆粒物與水的分離。從處理效果來看，旋流分離器高于篩網(wǎng)過濾器。但是，由于漩流分離器的運行需借助電力，因而處理成本高于篩網(wǎng)過濾器的處理。
澳大利亞某公司將傳統(tǒng)的篩網(wǎng)過濾器進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)出了一種新型的雨水凈化設(shè)備。圖3為其剖面圖。在離心和重力作用下，該設(shè)備不僅可截留大于濾網(wǎng)的顆粒，還可截留小于濾網(wǎng)的顆粒，大大提高了凈化效率。同時，由于雨水是由側(cè)面掠過濾網(wǎng)的，因而濾網(wǎng)有一定的沖刷作用。該設(shè)備的另一優(yōu)點在于不需動力操作。這在很大程度上降低了處理成本，具有較強(qiáng)的實用價值。
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圖3 CDS單元結(jié)構(gòu)
2.1.2物化處理工藝
含高濃度氮磷的初期雨水的物化處理采用的是兩級藥劑混凝沉淀法。一級反映投加磷酸鈉、硫酸鎂，且加堿調(diào)pH值呈中性，產(chǎn)生磷酸鋁沉淀，去除污水中的磷；瘜W(xué)反應(yīng)式為
其流程框圖，如圖4所示。
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2.2人工濕地處理系統(tǒng)
人工濕地是一種人工建造和監(jiān)督控制的、與沼澤地類似的地面，建在一定長寬比及底面坡度的洼地中，由填料和土壤混合組成填料床，廢水可以在床體的填料縫隙中流動，或在床體的表面流動，并在床的表面種植具有處理性能好，成活率高，抗水性能強(qiáng)，成長周期長，美觀及具有經(jīng)濟(jì)價值的水生植物，形成一個獨特的生態(tài)系統(tǒng)，對雨水進(jìn)行處理。處理流程如下：
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人工濕地對BOD、COD、SS有較好的去除效果。這主要是由于水生植物對雨水中的SS有截留作用。在植物根系周圍，較遠(yuǎn)處以及更遠(yuǎn)處則會不同程度地形成好氧、缺氧、厭氧環(huán)境,有效地去除雨水中的BOD和COD。通過更換填料或收割植物可以把污染物從系統(tǒng)中去除。
具體人工濕地系統(tǒng)剖面圖如圖5所示：
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倫敦泰晤士河水公司為了研究不同規(guī)模的水循環(huán)方案，設(shè)計了英國2000年的展示建筑—世紀(jì)圓頂示范工程，其處理工藝采用的是人工濕地處理系統(tǒng)。這使其成為歐洲最大的建筑物內(nèi)的水循環(huán)設(shè)施。收集的雨水在蘆葦床中處理，這是污水三級處理中常用的一種自然處理方法，收集的雨水質(zhì)量較好，在抽送至第一級蘆葦床之前只需要預(yù)過濾。其處理過程包括兩個蘆葦床（每個的表面積為250m2）和一個塘（其容積為300m3）.選用了具有高度耐鹽性能的蘆葦，其種植密度為4株/m2.。雨水在蘆葦床中通過多種過程進(jìn)行凈化：在蘆葦床根區(qū)的天然細(xì)菌降解雨水中的有機(jī)物；蘆葦本身吸收雨水中營養(yǎng)物質(zhì)；床中的礫石、砂礫和蘆葦?shù)母灯疬^濾系統(tǒng)的作用。
2.3土壤過濾系統(tǒng)
土壤過濾系統(tǒng)是指利用土壤中的有機(jī)質(zhì)、微生物以及植物等的作用對雨水進(jìn)行處理的一種方法。土壤過濾對于營養(yǎng)鹽和重金屬有較好的去除效果。以下是德國采用的土壤過濾系統(tǒng)。
圖6 德國典型的土壤過濾系統(tǒng)
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在我國對于土壤過濾系統(tǒng)也有一定的應(yīng)用。北京市某小學(xué)以及某公園就利用土壤過濾處理雨水。其流程圖見圖7和圖8：
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3.工藝優(yōu)缺點比較
就目前而言，雨水凈化較少采用生物處理法。這主要與雨水本身的水質(zhì)有密切的關(guān)系。一方面，雨水中BOD含量較低，導(dǎo)致菌種較難存活。另一方面，在無雨期間要保持菌種的存活需耗費財力、物力和人力。由于降雨的季節(jié)性和隨機(jī)性，如果單純的處理雨水，其處理系統(tǒng)的運行將是不連續(xù)的，導(dǎo)致處理系統(tǒng)的使用效率不高，因此需要考慮旱季時補充水來源。利用建筑小區(qū)的優(yōu)質(zhì)雜排水作為雨水處理系統(tǒng)的補充水源應(yīng)是一種比較合理的選擇。所謂優(yōu)質(zhì)雜排水是指沐浴、洗衣排水，根據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，優(yōu)質(zhì)雜排水的水質(zhì)較好，其色度、濁度、BOD、COD 及SS含量較低，容易處理。雨水處理后主要用于中水系統(tǒng)。即主要用于綠化、澆灑路面、沖廁以及洗車用水。現(xiàn)將以上提及的三處理方法進(jìn)行比較，旨在表明其各自的特點。
（1）從簡便、實用的原則出發(fā)，應(yīng)優(yōu)先考慮物化處理工藝。但是，其出水水質(zhì)較差，因而適用于污染較少的雨水。
（2）人工濕地處理系統(tǒng)具有投資省、運行費用低等特點，且對于BOD、COD、SS有較好的去除效果。在處理雨水的同時還具有凈化空氣的作用。由于植物可以吸收空氣中的SO2 、NOX 、CO2增加O2的作用。故可消除城市熱島效應(yīng)、光污染和吸收噪聲等。但是，該方法在南方或氣候較濕潤地區(qū)興建且需占用大量土地。另外,該方法最終是將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移至填料和植物。如果這些物質(zhì)處理不當(dāng)，必會產(chǎn)生二次污染。
（3）土壤過濾系統(tǒng)與人工濕地有許多相似之處，但其主要區(qū)別在于土壤過濾系統(tǒng)用土壤代替填料進(jìn)行處理，導(dǎo)致土壤污染。眾所周知，土壤一旦污染，再要使其恢復(fù)需要的時間是較長的。
通過以上分析可知，處理工藝的選擇是與雨水本身的水質(zhì)、興建地方以及回用目的相關(guān)的。針對不同的雨水水質(zhì)以及地區(qū)特點選擇合適的處理方法。
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