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世紀人類面臨的重大難題。為了緩解水資源危機，雨水已成為一種不容忽視的重要水源。開發利用雨水資源已成為許多國家和地區解決水危機的新途徑，受到普遍關注。
我國雨水資源豐富，年降水量達6190億立方米[，但是隨著城市化建設的不斷發展，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施的負擔。因而對雨水加以適當處理，不僅可節約水源，還可減輕城市排水設施的負擔。
1.雨水水質分析
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，重金屬及細菌等會進入其中。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。地表沉積物包括許多污染物質，有固態廢棄物碎屑（城市垃圾、動物糞便、城市建筑施工場地堆積物）化學藥品（草坪施用的化肥農藥）、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，雨水的水質會因地點、時間的不同而有所差異。一般雨水水質主要考慮BOD、 COD 、SS 、TN等的濃度。表1為國外部分城市雨水水質指標。
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表2 為南京市區雨水徑流水質。
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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都有很大差別。因而，我們應根據不同的雨水水質以及不同的使用目的選擇恰當的凈化工藝。
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。適用于雨水水質較好，且對于回用水質要求不太高的雨水。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用篩網進行過濾，而圖2用旋流分離器進行過濾。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過濾器的處理。
澳大利亞某公司將傳統的篩網過濾器進行改進，研發出了一種新型的雨水凈化設備。圖3為其剖面圖。在離心和重力作用下，該設備不僅可截留大于濾網的顆粒，還可截留小于濾網的顆粒，大大提高了凈化效率。同時，由于雨水是由側面掠過濾網的，因而濾網有一定的沖刷作用。該設備的另一優點在于不需動力操作。這在很大程度上降低了處理成本，具有較強的實用價值。
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圖3 CDS單元結構
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pH值呈中性，產生磷酸鋁沉淀，去除污水中的磷。化學反應式為
其流程框圖，如圖4所示。
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2.2人工濕地處理系統
人工濕地是一種人工建造和監督控制的、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，成長周期長，美觀及具有經濟價值的水生植物，形成一個獨特的生態系統，對雨水進行處理。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，較遠處以及更遠處則會不同程度地形成好氧、缺氧、厭氧環境,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中去除。
具體人工濕地系統剖面圖如圖5所示：
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倫敦泰晤士河水公司為了研究不同規模的水循環方案，設計了英國2000年的展示建筑—世紀圓頂示范工程，其處理工藝采用的是人工濕地處理系統。這使其成為歐洲最大的建筑物內的水循環設施。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，收集的雨水質量較好，在抽送至第一級蘆葦床之前只需要預過濾。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行凈化：在蘆葦床根區的天然細菌降解雨水中的有機物；蘆葦本身吸收雨水中營養物質；床中的礫石、砂礫和蘆葦的根系起過濾系統的作用。
2.3土壤過濾系統
土壤過濾系統是指利用土壤中的有機質、微生物以及植物等的作用對雨水進行處理的一種方法。土壤過濾對于營養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。
圖6 德國典型的土壤過濾系統
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在我國對于土壤過濾系統也有一定的應用。北京市某小學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有密切的關系。一方面，雨水中BOD含量較低，導致菌種較難存活。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。由于降雨的季節性和隨機性，如果單純的處理雨水，其處理系統的運行將是不連續的，導致處理系統的使用效率不高，因此需要考慮旱季時補充水來源。利用建筑小區的優質雜排水作為雨水處理系統的補充水源應是一種比較合理的選擇。所謂優質雜排水是指沐浴、洗衣排水，根據有關調查數據，優質雜排水的水質較好，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。即主要用于綠化、澆灑路面、沖廁以及洗車用水。現將以上提及的三處理方法進行比較，旨在表明其各自的特點。
（1）從簡便、實用的原則出發，應優先考慮物化處理工藝。但是，其出水水質較差，因而適用于污染較少的雨水。
（2）人工濕地處理系統具有投資省、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、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興建且需占用大量土地。另外,該方法最終是將污染物質轉移至填料和植物。如果這些物質處理不當，必會產生二次污染。
（3）土壤過濾系統與人工濕地有許多相似之處，但其主要區別在于土壤過濾系統用土壤代替填料進行處理，導致土壤污染。眾所周知，土壤一旦污染，再要使其恢復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、興建地方以及回用目的相關的。針對不同的雨水水質以及地區特點選擇合適的處理方法。
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