0 引言

　　对流层悬浮大量酸性气体并降水后，水体将吸收空气中的大量污染气体，降至地表后，冲刷建筑及道路表面，初期雨水形成含大量污染物的地表径流。研究显示，部分城市初期雨水污染程度甚至大于普通污水，若不经人为干预处理，直接排至自然水体，将给地表水环境带来不可逆转的污染。

　　1 初期雨水水质特点

　　现有研究显示，初期雨水污染状况与下垫面的类型有关。在远郊地区，下垫面主要为草坪、树木、坡地，初期雨水污染程度较低;在城市内部时，下垫面变成建筑房屋及城市沥青道路，初期雨水会携带大量污染物。本文研究城市内部初期雨水处理，因此，主要介绍基于城市下垫面的初期雨水水质特点。

　　初期雨水中的金属化合物、有机污染物均超过法国处理厂污水进水浓度，与国外常见的屋面类型有关，国外常见屋面类型有沥青、混凝土及瓦片，各类屋面雨水污染程度差异较大，其中污染最严重的为沥青屋面，其次为混凝土，瓦片屋面污染最轻。

　　研究显示，北京沥青道路的化学需氧量(COD)、氨氮、总磷量(TP)质量浓度分别为643.0,18.4,6.5mg/L;上海交通区的悬浮物(SS),COD质量浓度分别为2 607.0,835.6mg/L。影响道路径流污染物累积的主要因素包括气候条件、降雨特征和交通情况等，道路初期雨水污染物更复杂，且污染浓度大于屋面污染的初期雨水。

　　2 初期雨水径流污染控制措施

　　目前国内对初期雨水污染的控制措施还处于初探阶段，包括:(1)直接弃流处理的初期雨水;(2)利用植物的净化特性种植植被，持留、过滤、渗透、传输路径内的初期雨水;(3)在径流末端修建旋流沉砂器，去除雨水中的污染物，达到排放标准。

　　2.1 源头处理

　　由于降雨过程的冲刷作用，初期雨水纳入大量污染物，其中，25%～30%的初期径流雨水污染负荷占整场雨的40%～44%，因此可弃流，排入市政污水管道或收集后进行统一处理，但自然大气降雨为连续不间断的降雨过程，尚未有明确计算弃流量的方法，导致实际生产中难以实施。

　　2.2 传输过程治理

　　当处理地面径流过程中的污染物时，利用天然植被的截留、过滤、渗透等特点，在排水沟渠种植植被，不仅可截留过滤初期雨水污染物，也具有一定观赏价值。根据已实施城市的经验，植草沟的去污能力与自身生长长度成正比关系，即初期雨水中的化合物及固体颗粒会随植物长度增加而减少。

　　2.3 末端处理

　　现代城市内部均建有雨水管道，雨水经篦子收集后，汇入城市雨水管道，最终排入自然水体。在末端处理雨水是初期雨水污染控制中最常用的做法。旋流沉砂器主要用于污水处理厂内，可稳定去除大多数污染物。各城市在雨水管道末端设置旋流沉砂器，从而削减径流量、控制径流污染。

　　各类处理措施间具有相互兼容、融合的特点，各自优缺点及适宜的用地类型如下:(1)雨水弃流结构简单，无动力部件，只需进行定期维护，但弃流量不易被控制，适用于建筑与小区、城市道路;(2)植草沟建设及维护费用低，设计、建设及运行受城市建设的影响和场地制约，适用于建筑与小区、城市道路、绿地与广场;(3)旋流沉砂器减少径流污染、适应性强，占地面积小、能耗低、土建费用低、管理方便，须根据季节调节浆片的转速和位置，适用于建筑与小区、城市道路、绿地与广场。

　　进行城市总体规划时，须明确初期雨水污染控制目标，再根据城市内部汇水面积特点，选择经济且适用的组合系统。

　　3 旋流沉砂器原理简介

　　沉砂器包括减速机、叶轮、空气提升泵、管路、工作桥、沉砂池等，广泛应用于初期雨水径流控制中(见图1)。旋流沉砂器工作时，通过螺旋桨旋转，使水流形成流速较快的涡流，由于初期雨水内部固体颗粒及污染化合物与水的密度不同，在流体电力、离心力、向心力及浮力共同作用下，密度较低的雨水上升至出水口，而密度较大的污染物沉积在设备底部，再从排污口被清理出，从而去除污染物。

　　水力旋流雨水净化装置是采用全水力结构设计的初期雨水截污设备，利用涡流原理，采用流体力学设计与模型计算，通过水流动能与势能，实现污染物高效分离。适用于道路径流、初期雨水等面源污染治理工程，无须外加动力，无搅拌器、无加药设施，该设备可去除雨水径流中的总悬浮固体(TSS)、漂浮垃圾、油污等污染物，对细颗粒物(低至106μm)的去除率>80%。旋流沉砂器比其他处理设备的结构更简单，具有除砂率高、节省安装空间、对个别微小固体的漏捕率低，操作及维护简单、工作状态稳定、可长期运行避免二次污染等优点。

　　图1 沉砂器  

　　4 常见问题与分析

　　旋流沉砂器的除砂率和有机物分离率通常受螺旋桨转速、螺旋桨片距沉砂器底部距离、螺旋桨叶片数量、水力条件方面的影响，根据以上单因素影响因子，进行4因素3水平正交试验，结果如表1所示。

　　表1 正交试验结果 

　　表1 正交试验结果

　　表1中数据表明，影响除砂率因素的主次顺序为桨片数量、水力停留时间、螺旋桨转速、桨片距池底距离，如对除砂率有较高要求，可选择各因素的最佳水平条件如下:桨片6片、水力停留时间50s，螺旋桨转速26r/min，桨片距池底40mm。而影响有机物分离效率因素的主次顺序为桨片距池底距离、水力停留时间、桨片数量、螺旋桨转速，如对有机物分离要求较高，可选择各因素的最佳水平条件为桨片4片，水力停留时间50s，螺旋桨转速26r/min，桨片距池底50mm。

　　5 王家河排口净化

　　合流制直排口溢流污水包括初期雨水、生活污水和管道淤积污染物，污染物浓度高，若未经处理直接排入河道，将降低河道水质。做好合流制直排口净化措施对河道污染控制十分关键，须采取强化措施。

　　5.1 雨水水量及水质分析(见表2)

　　表2 雨水水量及水质分析 

　　表2 雨水水量及水质分析

　　前期监测王家河流域雨水口的流量及水质，根据检查结果可知，雨水中COD浓度较高，为80～110mg/L;氨氮平均浓度为1.48mg/L，峰值浓度为2.38mg/L;TP浓度相对较低，基本满足河道Ⅳ类水质标准。根据以上水质分析可知，初期雨水主要污染物为SS,COD及氨氮，因此本方案采用旋流沉砂器+EHBR组合工艺净化处理雨水口。

　　5.2 旋流沉砂器处理效果分析

　　旋流沉砂器污染物去除效果实测数据分析如图2,3所示。图2中，旋流沉砂器进水生化需氧量(BOD₅)平均值为73.1mg/L，出水BOD₅平均值为32.4mg/L,BOD₅平均去除率为55.7%;进水总可溶性固形物(TSS)平均值59.7mg/L，出水TSS平均值32.8mg/L,TSS平均去除率45.1%。图3中，旋流沉砂器进水BOD₅平均值57.4mg/L，出水BOD₅平均值37.3mg/L,BOD₅平均去除率35%。进水TSS平均值为111.4mg/L，出水TSS平均值为55.5mg/L,BOD平均去除率50.2%。由于TSS是污染水体的主要影响因素，利用旋流沉砂器可有效去除雨水中的TSS，从而进一步降低雨水中COD、BOD₅的浓度，减小对水体的影响。

　　王家河排水口净化工程在截污工程和底泥清淤工程的基础上，采用水力旋流雨水净化装置，针对王家河西岸的4个雨水排口实现初期雨水净化，减少初期雨水对王家河水体的污染。预期水体感官好，无异味，初期雨水SS削减率≥50%,COD削减率≥30%。

　　图2 实测数据分析(案例1) 

　　图3 实测数据分析(案例2)  

　　6 结语

　　本文通过选择初期雨水处理方案并进行优化，控制城市初期雨水径流，核心在于地表径流污染的控制与处理能否发挥现有设施的最大处理能力，将对城市后期建设与发展产生巨大影响。