德国2010年新版水资源法(WHG)代替了1957年版的水资源法,加大了对雨水资源利用的重视。在选择如何处理和利用雨水之前,首先重点分析了金属屋顶带来的金属元素污染和交通公路路面带来的污染情况。目前除了集中处理系统——潴留地表水过滤设备之外,分散式的小型的适合于在城市内使用的污水处理系统也已开发出来了。
在德国南部以及在大城市的中心市区,雨水通常都是通过混合排水系统排出去的。在强降雨时,混合有其他水质的雨水经雨水排水管道不加净化处理就排走了,或者经雨水蓄水池作为地表水蓄积起来。在蓄水池中,杂质可因沉淀而不断的增加。但这对吸附、降解那些溶解在水体中的有害物质或者是不易沉积的有害物质是无效的,就像那些溶解在水体中的重金属那样。在单独的排水系统中,地表水与污染水是分别输送的,经专门的排水口、并在必要时经过污水净化的前期预处理,然后才能排放到存储地表水的水库、湖泊、池塘等“雨水蓄水池”中。这就减轻了地表水受到污染的可能性,但也必需指出:雨水的净化处理也不是最佳的。雨水蓄水池中水质残留物的规定也相差很大。Cu、Zn和Pb等元素的平均降解效率只有5%、12%及36%,因为重金属只能有限地在沉积过程中分解。
即使在那些主要用于降解碳、氮的污水处理设备中,处理后的雨水也不会得到满意的有害物质残留量数据。例如,具有致癌潜力的多环芳香碳氢化合物(PAKs)的去除效率也只能达到38%。
图1 柏林的索尼大厦:这里利用了雨水,延迟了城市内雨水的排出,储备了足量的消防水
据估计,北莱茵-威斯法轮州每年由单独的雨水下水道和公路明渠运来的重金属中有85%会沉积在莱茵河流域,重量超过了1000t/a。
雨水排水系统带来的环境污染有着很大的差异。金属屋顶和交通繁忙的公路表面以及货车停车场、装卸场的雨水排水系统带来的环境污染最大。因此,雨水排水网络的连接应以对雨水进行必要的净化预处理、避免有害物质进入地下、进入地下水为前提。
金属屋顶带来的金属元素污染
德国有利用铜、锌等金属材料建造高层建筑的习惯,个别情况下也有使用金属铅来装饰高层建筑的。除了屋顶,也有利用铜、锌材料制造雨水槽、房檐水管、连接板和天窗等等的情况。据估计,德国建筑物外表面惹事生非的铜材面积高达6410万m2,锌材面积达2.6亿m2。铅主要用于小面积的装饰。德国联邦环境局估计,重要的、外部装饰中使用的金属铅材料面积大约为2000万m2,它每年产生的污染物重量就超过了25t。雨水中的重金属通常都以溶解物的方式存在,浓度在毫克每升的范围内。
图2 柏林Halensee的天然浴场:潴留地表水过滤设备阻止了未净化的水流进入露天游泳场
交通公路路面带来的污染情况
德国能够受到雨水冲刷的公路面积为17446km2(每年还按0.5%的速度增加)。与金属屋顶表面带来的污染物不同,公路排水沟中的有害物质是以溶解了的和未溶解了的有害物质形式出现的。典型的有害污染物是车辆排放出来的碳氢化合物,例如多环芳香烃PAK;重金属主要是溶解了的和未溶解的Zn、Cu、Pb、Cd、Ni以及稀有元素Pt、Pd和Rh。另外还有垃圾、颗粒物和悬浮物以及融雪盐。例如,在瑞典每公里公路路面撒的融雪盐重量就高达5~15t/a。通过融雪盐可以造成植物的盐害和公路边土壤的钠饱和。而这些雨水又可以把那些已经吸附的重金属重新“解放”出来。由融雪盐重新释放出重金属的可能性,尤其是释放出Ni和Pb的百分比高达33%。
沿公路两侧的地段一般都含有大量的有害物质。例如公路两侧土壤中的重金属含量会大大高于远离公路两侧的土壤。在德国,汽车在铜、锌、铅的污染排放方面有着最重要的影响(见表1)。
处理好雨水
这里的核心问题是:雨水净化处理设备与混合污水净化处理设备以及潴留地表水过滤设备在现有混合污水储水池(水域、水库)中的综合利用问题。在有利的条件下,是可以单独对雨水进行无害化的净化处理的,例如处理后直接渗透到地下。
在评定雨水水质时,采用的技术标准是DWA A 138和M 153表,它们对雨水中含有的不同污染物提出了相应的净化处理要求。居民住宅地面、草坪、没有金属覆盖物的屋顶/露台等处的雨水被列为“无害”的雨水水质。而商业区、工业区有着平均的车辆流通量(DTV)超过每天15000辆汽车的公路、车站和街道以及像机场、停车场这样的特殊区域被列为“不可忍受”的污染等级。有着金属覆盖层的屋顶被放在“可忍受”与“不可忍受”两个等级之间。一般情况下,屋顶金属覆盖层的面积大于50m2时内列为有问题的等级。这一面积数据也适用于雨水槽、房檐水管。这些输送雨水的管道也还要按照标准附页M 154中的规定进行评估、分级。
在DWA标准的A 138附页中,把平地的雨水渗透分为污染雨水的表土渗透区和无污染雨水的地下渗透区。对于不可忍受的污染雨水一般是不允许直接渗漏到地下的,除非是大面积的渗漏。在人口稠密的市区内,由于大面积渗漏所需的场地极大,一般情况是没有可能建造这样大规模雨水渗透设备的。同时也必须考虑到:在公路两侧有限的渗透面积中渗漏这样的污染雨水也会造成土壤表层的重金属含量超标。
金属屋顶和交通公路雨水的分散式净化处理设备
因此,近几年来开发了一系列清除雨水中有害物质的技术系统。表2中所列的分散式雨水净化处理技术系统摘选不是用来评判这些雨水净化系统质量高低的,同时也不保证数据的完整、准确。
小结
很长时间以来,从居民区中快速的、尽可能排净雨水是非常清晰的目标。在经过多年污水净化处理设备方面的大量投入之后,近几年来的地下水水质有了明显的改善。在实行了水质保护之后,今天已对其他的有害物质传输途径给予了更高的关注。除了农业经济用水之外,还经常有一股含有液体的、或者物理化学影响物质的雨水渗漏到地下。因此,从全局整体的角度出发对污水净化处理、污水净化设备、降低混合污水中的污物含量和雨水排泄管道网络的连接进行综合考察是非常必要的。
而把雨水排水道与分散式雨水净化设备连接起来,不仅仅在经济上,而且在生态保护方面、在德国的WHG水资源法和欧洲的水资源指令框架的角度来看,都是非常有意义的事情。
在雨水排水系统联网时要考虑到雨水中所含有害物质的多少——尤其要考虑到从金属屋顶、车辆频繁的交通公路处汇集起来的雨水。这里,除了系统的集中处理之外,例如使用潴留地表水过滤设备之外,分散式的小型的适合于在城市内使用的污水处理系统也已开发出来了。
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