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海绵城市理念在高速公路的应用

学术杂志网   |   2020-06-08

摘要:以京台高速北京段某大型立交桥区的雨水收集系统为例,探讨了海绵城市建设的理念在高速公路路面雨水收集回用系统上的应用。系统主要应用了三级沉沙、旋流沉沙、全自动过滤、紫外线消毒的雨水处理技术手段,实现路面雨水净化的目的,水质达到北京市绿化用水的标准,净化后雨水用于桥区景观灌溉,整体实现了路面雨水的资源化应用,符合海绵城市建设理念,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用,同时为道路雨水的收集回用积累数据。

关键词:海绵城市;道路;雨水;收集;利用

为了满足城市发展的需求,城市道路硬化路面越来越多,占到城市建设用地的15%~20%[1],由于硬化路面多为水泥、沥青等不透水材料,北方地区降雨多集中在7~9月,导致每逢大雨、暴雨就会出现淹城现象。另外,路面雨水多含有泥砂、沥青析出物、轮胎磨损、汽车尾气等大量污染物[2],排入市政管网会加重城市污水处理的负担,未经处理的雨水流入绿地、河道会造成土壤污染、影响河道治理工作,同时也浪费了大量的淡水资源[3-6]。近年来,国家对城市雨洪管理也越来越重视,早在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中“海绵城市”概念也被首次提出,主要为解决城市雨洪管理问题,2017年,“海绵城市”首次写入政府工作报告,要求70%的雨水就地消纳利用[7]。因此,在高速公路立交桥区建立雨水收集系统,对雨水进行净化处理,再用于桥区景观灌溉用水。不仅可节约大量淡水资源,涵养地下水,避免地面沉降,对城市雨洪管理具有重要意义,是践行海绵城市建设的重要举措,还可为路面雨水的收集回用积累经验数据[8]。

1工程实践概况

该系统主要应用在京台高速某大型立交桥区,目的是将路面雨水收集回用到桥区景观灌溉,实现雨水的资源化利用。由于高速路面含有大量泥沙、融雪剂、轮胎磨损、油脂泄露等污染物,降雨初期路面径流雨水会表现出冲刷效应,雨水中污染物浓度高,水质较为浑浊,因此降雨初期雨水选择弃流至蒸发池,弃流厚度5mm,但是随着降雨的持续,冲刷效应完成,径流雨水水质出现明显好转,降雨30min后[9],水质基本稳定,达到收集的要求,进入雨水收集系统进行净化处理。

1.1雨水收集技术路线

京台高速某大型立交桥区雨水收集系统技术路线如图1所示,初期路面和护坡雨水选择弃流至蒸发池,蒸发池统一处理,后期雨水经过三级沉沙和旋流沉沙处理后进入蓄水池,再经过全自动过滤和紫外线消毒系统,进行深度净化,最后流至清水池备用,净化后雨水主要用于桥区景观灌溉。

1.2三级沉砂处理

雨水在进入收集系统之前,因为含有大颗粒杂质,需要进行初步过滤处理。因此选用三级沉砂池,路面雨水经过立排水管流入梯形边沟到达三级沉砂池,主要目的是截留、沉淀较大颗粒的泥沙,设计如图2所示。主要有三个沉淀池组成,雨水通过侧面排水沟流入梯形排水边沟,考虑项目实际运行情况,为减少后期运行维护次数,初沉池设计为底部渗透式,底部中砂厚度不低于300mm,中砂上部覆盖级配碎石,厚度不低于200mm,沉淀池内宽1m,深1m,长2m,经过三级沉淀过滤后,大颗粒杂质基本被拦截,达到了运行要求。

1.3旋流沉砂处理

旋流沉砂池利用离心沉降原理,实现过滤小颗粒杂质的目的,用于水处理。在收集管道进入雨水池前设置了旋流沉沙井进行预处理,用于处理雨水的旋流沉沙井由井体和旋流装置组成,不仅可以过滤杂质,还可以过滤一部分漂浮的油污,设计如图3所示。雨水管道收集的雨水沿切线方向流入旋流沉沙井,雨水在旋流装置引导下进行旋流,由于所受的离心力不同,粗颗粒杂质所受的离心力较大,能够克服流体阻力向井体内壁运动,并在自身重力的共同作用下沿井体内壁螺旋向下运动,细小颗粒因所受的离心力较小,不会靠近井体内壁而随雨水做回转运动。随着水流持续向下旋流到下锥体,流动断面越来越小,含有大量细小颗粒的内层雨水不得不改变流向,转而向上运动,形成内旋流,从旋流内筒体经出水管排出,而粗大的颗粒则继续沿着下锥形筒体内壁螺旋向下运动,直至沉降到设备的底部,出水最终流入蓄水池。经过旋流沉沙处理后雨水中几乎不含颗粒杂质,达到运行要求。

1.4雨水深度处理

雨水经过三级沉砂池和旋流沉沙井,水中的不溶性大颗粒杂质基本被脱除。雨水的深度处理采用全自动过滤和紫外线消毒系统。全自动过滤器主要为脱除水中小颗粒杂质以及藻类等悬浮物,净化水质,降低雨水的浊度。全自动过滤器选用的滤网为孔径100μm,滤网截留的污染物达到一定浓度,滤网两侧产生压差,系统自动开启反冲洗,实现自动化净化水质,降低处理成本。紫外线消毒系统主要用于水中藻类、细菌等微生物的脱除,以及降解部分有机污染物,起到降低水中的COD的作用。紫外线消毒系统主要向水中辐射多波段的紫外线,达到杀菌的目的,处理方法简单,效果显著。

2实际运行效果

染物,还含有多种水溶性污染物,测试结果如表1所示。从表中可知,路面雨水水质稳定后,含有化学需氧量(COD)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)等污染物,浊度(NTU)、总溶解固体(TDS)、色度等指标偏高。经过三级沉砂和旋流沉砂处理后的雨水COD、溶解氧(BOD5)、TDS和色度出现了大幅度下降,水质有了明显改善。再经过全自动过滤去除水中的大分子悬浮物,紫外线消毒法去除水中的难降解有机污染物,系统净化效果显著,达到绿化灌溉用水标准。

3结语

道路雨水收集回用系统是海绵城市建设未来发展的重要部分,既能降低市政供水的压力,缓解水资源短缺的局势,又能改善城市水环境,具有极大的社会效益、经济效益和生态效益。因此,结合各地区实际情况,综合考虑影响因素,加大对道路水资源的回收利用研究,合理设计雨水回收利用系统,对海绵城市的建设具有重要的意义。

作者:李义强 张璐 耿雪萌 夏宇 梁燕宁 张玉爽 郭千恩 王建超 刘芷辛 李一为 单位:北京市首发天人生态景观有限公司

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