下凹式绿地处理城市初期雨水效能的试验研究

工况 1
工况 2
工况 3
工况 4 工况 5
b）SS 补充分图名？
12
1.4
10
1.2
进水
出水
进水
出水
TP/(mg·L-1)
1.0 8
0.8 6
0.6
4 0.4
2
0.2
0 12 3456
工况 1
1234 56 12345 6 12 3456 123456
工况 2
工况 3
工况 4 工况 5
c）NH3-N 补充分图名？
式存在，下凹式绿地对 P 的去除主要通过土壤对 P 的吸附及形成不溶性的钙、铁等化合物的沉淀，以及植
NH3-N/(mg·L-1)
生物对 P 的吸收作用的结果。因此，下凹式绿地对 P 的去除率受水力负荷的影响较小，去除率稳定在
41.67%～61.02%。试验结果表明，在一定的坡度下，雨水能更好地经路面径流进入下凹式绿地，经植生土、
时的初期雨水收集到蓄水池内，用水泵提升至下凹式绿地前的进水槽内；为保证试验的连续性，无雨时，
在进水槽内混合市政道路冲洗废水和生活污水模拟径流。在水泵出水管和下凹式绿地布水管上都设有阀 门，可控制进水水量，试验期间水量控制在 6.9～22.5m3/d 之间。道路路面主要污染物为汽车尾气排放物、
轮胎和地面磨损物，路面整修以及运渣车掉落的尘土，试验水质如表 2 所示。同时为了考察下凹式绿地对
/(mg 率/% /(mg/ /(mg 率/% /(mg /(mg 率/%
/L)
L) /L)
/L) /L)
24 86.67 228 12 94.74 0.60 0.35 41.67
19 89.38 225 13 94.22 0.60 0.27 55.00
19 89.73 232 10 95.69 0.61 0.33 45.90
地中土壤的重金属元素几乎全部被去除，这主要是因为金属元素在土壤层中发生了复杂的物理化学反应，
例如胶体微粒的物理吸附、离子交换或发生化学反应生成螯合物等，从而导致大量金属被截留在土壤层中。
表 5 下凹式绿地对重金属的去除效果
测试项目
进水/（mg/L）
出水/（mg/L）
去除率/%
Pb
0.52
0.025
95.19
除主要是微生物的硝化、反硝化和土壤和植物的吸附作用的结果，而 NH3-N 的硝化作用是由自养菌发生的，
在较高的有机负荷条件下，自养菌不能成为优势菌，硝化作用受到抑制，此时 N 的去除主要以土壤和植物
的吸附作用为主。随着有机负荷的降低，自养菌逐渐成为优势菌，硝化作用得到增强，开始发生硝化、反
硝化作用，使得 N 的去除率得到增加。雨水径流中的 P 通常以聚磷酸盐、正磷酸盐等无机磷和有机磷等形
水力负荷在 1.150 m3/(m2•d)以下时，出水能满足城市污水再生利用国家标准，同时也表明充分利用土壤和植被对雨水的净化
能力，把雨水引入绿化带，是有效减轻城市雨水管网输水压力的途径之一。
关键词：初期雨水；生态排水；下凹式绿地系统；雨水收集
中图分类号：
文献标志码：B
文章编号：1009-7767（2013）05-0000-00
平均表面负荷/ （kgCOD/(m2·d)）
0.338 0.258 0.213 0.159 0.108
该试验在水温 17～28℃的条件下进行。按面积负荷 65 mL/(m2•s)连续进水，待出水水质基本稳定后，
依次按工况 1、2、3、4、5 的顺序运行，每日上午 09：30 取样 1 次，每个工况连续监测 6 天。调整工况
300
250
进水
出水
200
150
100
50
0 123 456 123456 123456 123 456 123 456
工况 1
工况 2
工况 3
工况 4 工况 5
a）CODCr 补充分图名？
SS/(mg·L-1)
350
300
进水
出水
250
200
150
100
50
0 123456 123456 123 456 123 456 123 456
21.7
NH3-N/(mg/L) 2.69～9.94 5.18
表 3 工况设置及主要运行参数
工况序号
1
2
3
4
5
进水流量/（m3/d）
22.5
17.3
13.8
10.4
6.9
平均温度/℃
26.2
26.1
20.5
18.2
19.3
水力负荷/[m3/(m2·d)]
1.875 1.442 1.150 0.867 0.575
时，运行 2 天后再开始取样分析。
2 试验结果及分析 2.1 试验结果
各工况下进、出水水质见表 4 和图 2 所示。
COD/(mg· -L1)
工况 进水 /(mg /L)
1 180 2 179 3 185 4 184 5 187
表 4 下凹式绿地各工况进、出水平均水质
CODCr
SS
TP
出水 去除 进水 出水 去除 进水 出水 去除
15 91.85 230 8 96.52 0.50 0.26 48.00
12 93.58 235 7 97.02 0.59 0.23 61.02
进水 /(mg /L) 5.70 5.42 4.78 4.98 5.01
NH3-N 出水 去除 /(mg 率/% /L) 2.94 48.42 2.36 56.46 1.78 62.76 0.43 91.36 0.37 92.61
图 1 下凹式绿地
表 1 砂性土壤机械组成
项目
பைடு நூலகம்
砂砾
粉砂粒
粘粒
粒 径/单位？ 2～0.02 0.02～ 0.01～
0.002～
0.001
0.01
0.002
0.001
各级颗粒含量/% 97.24
1.58
0.85
0.20
0.12
1.2 试验水质与方法
由于下凹式绿地处理系统主要用于降雨强度较小的情况，因此在试验过程中，将道路路面径流和降雨
初期雨水径流污染的控制能力，试验中设计了 5 个工况，各工况运行参数如表 3 所示。
表 2 试验水质
指标
数值范围 平均值
SS/(mg/L) 161～315
230
CODCr/(mg/L) 110～256
183
TP/(mg/L) 0.12～1.25 0.58
pH 值
5.7～6.7
6.2
水温/℃
17～28
Experimental Investigation of Treating Efficiency of City Initial Rainwater by
Concave Greenbelt
Tian Wenlong，Liu Yaohuan
（1.PAN-CHINA Construction Group Co.,Ltd 401122 2.Youngtze University Jingzhou 434000） 大量学者针对土壤对雨水水质的净化作用进行了研究。Sansalone 等[1]的研究结果表明，渗滤系统可 以有效去除公路路面径流中重金属、SS 和 PAHs 等污染物质；车伍等[2] 的研究结果表明，土壤渗透对油毡 屋面径流中难降解的 COD 有较强去除能力，净化效果与渗透深度密切相关；姜凌等[3]考察了土壤柱（厚度 1 m，土砂质量比 5:1）对某高速公路路面径流雨水中污染物的去除效果，认为土壤层对 N、P、重金属均 具有一定去除能力；薛迎春等[4]通过对不同岩性垂直净化能力的分析得出，无论砂、砂砾石或其他岩性包 气带对水中污染物均有较强净化作用；郑西来等[5]在不同土柱内通过不同质量浓度原油水溶液或加原油后 用清水淋滤，得出平均有 85%的石油残留在 0～10cm 深度土层内，平均有 90%的石油残留在 0～20cm 深度 土层内。 此外，土壤中生长的植被对雨水同样具有净化作用。Yousef[6]的研究结果表明植草渠道对重金属，尤 其是呈离子状态的重金属有很好的截留效果；Maestri 等[7]研究认为，植被、湿式滞留池、渗滤系统和湿 地是几种有效的公路路面径流污染控制措施；王娟等[8]认为草地可以大量滞留许多有害金属，吸收地表污 物，树木根系可以吸收水中溶解质，减少水中细菌含量，在草坪特有的草皮层中，生活着大量絮结草坪草 须状根系，能吸收和降解溶于雨水中酚、氰、铬、锌等有机化合物，使得含有毒有害物质的雨水得到过滤 和净化；许萍等[9]针对人工土植物系统对北京城区雨水径流的净化作用及其规律进行了研究，通过对 COD、 SS、TN 和 TP 等指标监测分析，认为人工土植物系统主要通过人工土层和植物过滤、截留、物理和化学吸 附、化学分解、生物氧化以及生物吸收等作用对径流雨水起显著净化作用。 诸多研究证明具有良好渗透性能的土壤和植被对雨水水质有着明显的净化作用，径流下渗后可以去除 大部分污染物质，不但不会污染地下水而且还可以补充地下水，应该充分利用土壤和植被对雨水的净化能 力，把雨水引入绿化带，减轻城市雨水管网的输水压力。 1 试验材料及方法 1.1 试验装置 笔者采用下凹式绿地处理系统进行试验研究，试验装置如图 1 所示。下凹式绿地的平面尺寸为 4m×3m。 种植土采用砂性土，机械组成如表 1 所示，渗透系数为 3.0×10-5m/s。为了与城市道路景观相配合，下凹 式绿地中选用红花六月雪、春鹃以及红槿木等绿化植物搭配栽种，以 4 株/m2 的密度移栽种植，试验期间定 期除草并对植物进行修剪。为了使进水在下凹式绿地内尽可能均匀分布，在绿地上部设置了 3 根进水管， 每根长度和绿地长相当，朝上一侧每隔 15cm 开一Φ8mm 的圆孔配水，而将下凹式绿地应用于实际工程时， 由于雨水是散流在道路上的，故不存在配水问题。绿地的底部设置 1 根直径为 De110（？）的渗水管。
对悬浮固体和有机物有较好的去除效果，对水中的氮、磷也有一定的去除作用。道路路面降雨径流产生的
实现初期雨水的净化。
道路路面径流的雨水还含有 Zn 和 Pb。径流中的 Pb 主要来源于汽车燃料的防暴剂，平均每辆汽车每年
排放出 215kg 铅，Zn 是由于汽车轮胎摩擦路面产生的。Pb、Zn 及其化合物随降水、污染废水进入雨水径
流中，其溶解度很小，易于就地沉淀。
对出水与进水中 Pb、Zn 的质量浓度进行了测试，结果如表 5 所示。从表 5 可以看出，进入下凹式绿
Zn
0.23
0.015
93.48
3 结论
下凹式绿地对城市暴雨径流初期污染水具有很好的净化作用，当水力负荷在 1.150 m3/(m2•d)（工况 3）
以下时，出水能满足 GBT 18921-2002《城市污水再生利用——景观环境用水水质标准》；当水力负荷在 0.867 m3/(m2•d)（工况 4）以下时，出水能达到 GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准。绿地不仅
0.0 12 3456 123456 12 3456 123456 12 3456
工况 1
工况 2
工况 3
工况 4 工况 5
d）TP 补充分图名？
图 2 下凹式绿地逐日进出水水质变化图
2.2 结果分析
由图 2 可知，下凹式绿地对城市暴雨径流初期污染水具有很好的净化作用，当水力负荷在 1.150
m3/(m2•d)（工况 3）以下时，出水能满足 GBT 18921-2002《城市污水再生利用——景观环境用水水质标准》，
植生物的截流渗透，泥砂沉降，植物根系的吸收，并通过人工土层和植物过滤、截留、物理和化学吸附、
化学分解、生物氧化以及生物吸收等作用，从而对径流雨水起到显著的净化作用。同时，雨水径流通过 6m
的植物过滤带后，可完全滤掉水中的大肠杆菌，pH 值基本恢复至中性，而且植物缓冲区可有效地吸附径流 中的有毒氰化物、氯化物等有机污染物。此外，相关研究表明[10]，CODCr 与 SS 之间存在正相关，SS 对 CODCr 具有一定的贡献。因此，可通过对 SS 的去除，来减少 CODCr 的质量浓度，提高雨水水质。该试验中也明显 表现出这种关系，因此下凹式绿地可通过配置一定的植生土和滤料的级配关系，通过对 SS 的高效截滤来
2013 年第 5 期（9 月）第 31 卷
市政技术
下凹式绿地处理城市初期雨水效能的试验研究
田文龙 1，刘瑶环 1，2
(1.泛华建设集团有限公司重庆设计分公司，重庆 401122；2.长江大学，荆州 434100)
摘 要：采用下凹式绿地处理系统，在不同工况条件下，对城市暴雨径流初期污染水进行截滤效果研究。试验研究表明，当
当水力负荷在 0.867 m3/(m2•d)（工况 4）以下时，出水能达到 GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类
水质标准。绿地不仅对悬浮固体和有机物有较好的去除效果，对水中的 N、P 也有一定的去除作用。随着
水力负荷的降低，对应的有机负荷也随之降低，N 的去除率从 41.67%升高至 92.61%。这主要是由于 N 的去