吳榮芳， 董進(jìn)波

（1.江蘇大學(xué) 基建處，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.鎮(zhèn)江市水業(yè)總公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212010）

隨著城市水環(huán)境治理進(jìn)程的加快，城市污水收集效率大幅提升，影響城市水體水質(zhì)的因素主要為城市面源污染、大氣沉降等，其中初期雨水造成的城市面源污染日益凸顯。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究表明[1～2]，初期雨水徑流的水質(zhì)較差，在一場(chǎng)降雨過(guò)程中，占總徑流量20%或25%的初期徑流，沖刷排放的污染物量占徑流排污量的50%以上[3]；可見(jiàn)，對(duì)初期雨水徑流的處理與處置是雨水徑流污染控制的關(guān)鍵[4～5]，是有效控制城市面源污染的核心，是海綿城市建設(shè)的重要措施，對(duì)城市水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)提升具有突出作用[6]。

目前國(guó)內(nèi)外初期雨水截流裝置主要有兩種類型：一是簡(jiǎn)易的旋流沉砂裝置，利用旋流產(chǎn)生的離心力實(shí)現(xiàn)雨水中水砂的分離，凈化效率較低；二是相對(duì)復(fù)雜的人工濕地、磁絮凝、混凝沉淀等雨水凈化裝置，投資大、運(yùn)行成本較高、維護(hù)管理復(fù)雜、占地面積大，對(duì)建設(shè)選址有較高的要求，經(jīng)常是“建得起、管不起”狀態(tài)。

本文介紹了一種新型雨水?dāng)r截凈化裝置：一方面通過(guò)截水欄的設(shè)置提高初期雨水的收集率；另一方面通過(guò)過(guò)濾吸附材料的設(shè)置提高初期雨水中污染物的去除效率，進(jìn)而通過(guò)下滲系統(tǒng)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)雨水減量和消峰，最終有效降低初期雨水污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雨水的減量和污染物減排。

1 徑流攔截裝置

1.1 裝置的開(kāi)發(fā)

徑流污染路面攔截裝置通常由頂蓋、截水欄、攔截裝置和下滲層4部分組成。見(jiàn)圖1。

圖1 徑流污染路面攔截裝置的一般構(gòu)造

頂蓋為鑄鐵或鋼筋混凝土材料，安裝位置與路面齊平。截水欄為徑流流動(dòng)方向上高起的長(zhǎng)條帶，可以用常規(guī)減速帶代替。攔截裝置為矩形，底部鏤空，內(nèi)部填充吸附填料。下滲層位于整個(gè)裝置底部，用于承托攔截裝置的同時(shí)起到均勻下滲作用。

1.1.1 截水欄

常用截水欄的截面形狀有兩種：形狀1為圓拱形，形狀2 為棱臺(tái)形。兩種截水欄都具有較好的截水效果。見(jiàn)圖2。

圖2 兩種常用截水欄截面形狀

截水欄為徑流流動(dòng)方向上橫跨道路的高起長(zhǎng)條帶，過(guò)低達(dá)不到截水效果，過(guò)高又會(huì)影響交通；因此，應(yīng)在保證不阻礙交通的前提下，適當(dāng)加大高度。通常，截水欄的高度為5～6 cm。

1.1.2 填料

吸附填料是決定整個(gè)裝置凈化效果的關(guān)鍵，選擇時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）應(yīng)具有較大的比表面積，吸附量大且吸附力強(qiáng)；

2）應(yīng)具備較高的機(jī)械強(qiáng)度和較好的化學(xué)穩(wěn)定性；

3）應(yīng)具有較好的形狀系數(shù)，過(guò)濾速度快、水頭損失小。

填料可以是單一的，也可以是多種按比例混合或分層填充的。填充高度應(yīng)不大于攔截裝置總高度的2/3。為便于吸附填料的更換，應(yīng)設(shè)置填料箱或填料籃，直接放置于攔截裝置內(nèi)。填料箱或填料籃為不銹鋼材質(zhì)。

1.1.3 攔截裝置

徑流雨水經(jīng)過(guò)吸附填料凈化并由下滲層流入土壤得以凈。如果徑流雨水未被凈化而直接通過(guò)攔截裝置邊壁滲漏進(jìn)入土壤，不但沒(méi)有達(dá)到凈化目的，反而對(duì)土壤造成污染；長(zhǎng)時(shí)間滲漏也將影響道路的結(jié)構(gòu)性能。因此，對(duì)措施攔截裝置采取防滲措施至關(guān)重要。攔截裝置的防滲措施主要是在內(nèi)壁四周鋪設(shè)防滲層。

1.2 裝置的設(shè)置

通常情況下，道路路面并不是齊平的，而是中間高，兩側(cè)略低，為的是將雨水引流到道路兩側(cè)，不造成道路中央積水；因此，幾乎所有的雨水口都位于道路兩側(cè)。同樣，徑流污染路面攔截裝置也設(shè)置于路邊，靠近路沿的位置；有減速帶時(shí)，將裝置設(shè)置于減速帶前，利用減速帶截水。見(jiàn)圖3。

圖3 徑流污染路面攔截裝置位置

1.3 工作原理

徑流污染路面攔截裝置在改變傳統(tǒng)雨水口結(jié)構(gòu)與位置的基礎(chǔ)上，達(dá)到收集、凈化、排放的目的。降雨初期，徑流沿路面流動(dòng)，沖刷路面污染物，水質(zhì)極差；流經(jīng)路面攔截裝置時(shí)，被裝置截水欄阻擋去路，徑流水體由裝置頂蓋下流，進(jìn)入攔截裝置；攔截裝置內(nèi)填充一定量多孔吸附材料，徑流穿過(guò)多孔吸附材料時(shí)，絕大多數(shù)污染物被吸附截留；被凈化的雨水徑流繼續(xù)向下流動(dòng)進(jìn)入下滲層并沿各向滲入土壤中。

隨著降雨歷時(shí)的推進(jìn)，徑流量不斷增大，當(dāng)產(chǎn)流速度大于裝置凈化下滲速度時(shí)，徑流水體在截水欄前不斷累積，累積高度大于截水欄最高點(diǎn)時(shí)便越過(guò)截水欄繼續(xù)沿路面流動(dòng)，污染物會(huì)被下一個(gè)攔截裝置攔截。

2 截流凈化效率

2.1 截流效率

徑流污染路面攔截裝置的泄水能力直接影響徑流污染的凈化效果，也間接影響道路交通安全，若過(guò)多的雨水流入路面，還會(huì)影響路面的結(jié)構(gòu)性能。

徑流污染路面攔截裝置是通過(guò)徑流的下滲達(dá)到泄水的目的，Horton 模型是水文中最著名的下滲模型，經(jīng)驗(yàn)公式為

式中：ft——t時(shí)刻的下滲速率，mm/h；

fc——最終（穩(wěn)定狀態(tài)）下滲速率，mm/h；

f0——初始速率，mm/h；

k2——衰減常數(shù)，h-1。

式（1）中的參數(shù)取決于介質(zhì)類型和初始含濕量。由式（1）可知，填料中雨水的下滲能力隨時(shí)間的推移逐漸減小并趨于穩(wěn)定。

徑流污染路面攔截裝置的泄水能力是指經(jīng)過(guò)裝置吸附凈化而下滲進(jìn)入土壤的徑流流量，其關(guān)系可表示為

式中：Qi——裝置泄水能力，m3/h；

S——裝置橫截面積，m2；

f——徑流下滲速率，m/h；

a,b——裝置橫截面的長(zhǎng)、寬，m。

徑流污染路面攔截裝置的截流效率是指下滲徑流量與總徑流量的比，表示為

式中：E——徑流污染路面攔截裝置截流效率；

Qi——下滲徑流量，m3；

Q——總徑流量，m3。

徑流污染路面攔截裝置的泄水能力與裝置幾何尺寸、填料類型、徑流流量有關(guān)，通常隨總徑流流量的增大而增大；而截流效率隨總徑流流量的增大而減小。

2.2 凈化效率

實(shí)測(cè)了2次降雨時(shí)攔截裝置的凈化效率，對(duì)CODCr、SS、NH3-N、TP 均有一定的吸附凈化效果，其中降雨初期對(duì)CODCr、SS的去除效果十分明顯，去除率可以達(dá)到50%以上，后期的去除效率也在20%以上。見(jiàn)圖4。

圖4 兩次降雨時(shí)攔截裝置凈化效率

3 結(jié)論

1）開(kāi)發(fā)了一種集攔截、凈化、下滲于一體的雨水徑流攔截裝置，可以實(shí)現(xiàn)污染雨水的有效攔截、快速凈化和下滲減量，對(duì)城市洪澇控制和污染減排有較大作用。

2）分析建立了攔截裝置的截流效率計(jì)算模型；實(shí)測(cè)了該裝置的凈化效率，證實(shí)該裝置對(duì)污染物具有較強(qiáng)地凈化能力。