摘要：西安市的雨水内涝问题和水资源匮乏问题一直困扰和制约着城市的发展，建设海绵城市是解决这个矛盾问题的途径之一，在之前建设海绵城市的过程之中，惯用生态措施，减少地面径流量，笔者提出了工程措施，从雨水的水质监测入手，设计处理工艺，并进行实验室的初步小试，发现工程措施的处理效果好，若能进一步研究直至应用，将会有很大的应用价值。
关键词：海绵城市；雨水净化；工程措施
我国海绵城市的试点范围正在不断扩大，西安市的西咸新区也是我国海绵城市的试点地区之一，尤其是今年全国不少城市在暴雨天气出现的内涝问题，2020年8月5日，西安市阎良区突发短时强降水，发生了车辆被淹，1人死亡的悲剧[1]。通过海绵城市建设，区域径流得到一定的削减和控制，部分区域的内涝问题得到一定程度的缓解。西咸新区在海绵城市的建设过程中，以公园绿地和生态公园为主，目的是为了实现管道径流量的减少，但是绿地和公园实施的范围有限，对于一个人口密度较大的城市来说，通过绿地和公园建设对于径流的削减十分有限，对初期雨水的污染防治也没有明显的贡献。虽然，源头控制是十分必要的，但是针对雨水主干管的净化措施也同样重要。目前西安市普遍的做法是雨水与污水一起进入污水处理厂，这加重了污水处理厂的负担，尤其西安是一个水资源匮乏的城市，若能将雨水净化后加以利用，将从一定程度上缓解水资源的匮乏。经笔者查阅前人文献，还未发现针对陕西省的雨水提出工程上的净化方案，并加以研究，本文将针对西咸新区雨水水质，企图用工程措施，对其净化效果进行初步研究。
1雨水水质初步监测
笔者在2019年6月，通过实地采样监测得出雨水水质状况如下，采样点的位置是西安航空学院阎良校区雨水管道及校区的直接降雨，由于条件所限，未监测降水量。笔者团队对雨水管道和直接降雨都进行了三次取样和监测，列出了其中的高浓度和低浓度的数值，以便后续的模拟。由表1监测结果发现，直接降雨的水质所含污染物比屋面雨水少很多，将其与《地表环境质量标准GB3838-2002》相比发现其指标要实现利用，需要一定程度的净化。一般来说根据国家对水质的要求，由于供水目的的不相同，所以存在着生活饮用水水质标准、农业浇灌用水水质标准等很多标准，还有一些工业用水的水质要求也不一样，所以说解决西安市城市雨水资源的利用问题迫在眉睫，经过对各种水质资料的分析，在通过查阅相关的资料发现由国家环境保护总局还有国家质量监督检验检疫总局在2002年实施的地表水环境质量标准，团队人员进行了各种考量。笔者查阅资料显示：陕西省的关中地区，由于气候比较干燥、降雨量稀少，关中地区的多年平均降雨量在大概在600mm左右，降雨量少且雨水的蒸发量高达800~2300mm，是中国唯独降雨量少于农业作物和自然植被需水量的地区。多年来关中地区平均水资源总量较低。水资源总量仅占全国的7.0%，同时径流污染、河道坍塌、水库淤泥等问题很严重[2]。
2雨水用途分析
因为西安的降雨在区域分布的不均匀性，怎样才能根据雨水这个性质来设计一套合理利用雨水的方案，通过阅读大量的文献，根据水质监测结果与国家标准对比后发现，西安直接降雨的雨水有一部分指标较高，比如PH值、SS、重金属含量超标。雨水中的主要污染是COD和氨氮污染，其余的指标略微超过标准，通团队的讨论分析决定将雨水处理成为符合表2的水质，即三类水质，既经济又有较大的用途。
3实验室小试工艺与设备设计
根据上述进出水水质，拟进行实验小试，根据现有的条件我们选择的设计流量是25L/h，根据实验处理要求对设备进行如下设计，设计的结果如下所述。本实验的设备仪器主体由六个玻璃柱和一个防腐泵组成，外部接有一个紫外线杀菌消毒装置。设备可分为四个主要功能区。本实验中原水为收集的雨水的模拟水质，过滤其中肉眼可见较大的杂质和悬浮物等，然后将雨水加入原料箱，等雨水在原料箱中有一定的量后打开原料箱下方阀门，接入电源之后原料箱中的雨水通过水泵的作用进入微米袋式过滤装置，雨水进入微米袋式过滤器后被过滤器中的微米袋过滤，这时候雨水中的悬浮物和颗粒性杂质几乎已经大量去除干净。在过滤之后进行，打开活性炭下方的进水阀门，雨水会进入活性炭吸附装置，通过活性炭的吸附作用雨水中的苯类化合物、酚类化合物、汞、铁等重金属离子被吸附。然后打开离子树脂交换柱的进水阀门，使雨水进入离子树脂交换柱，这时候等雨水进入一定量之后关闭水泵和进水阀门等雨水在离子交换柱中停留足够长的时间后再打开出水阀门使雨水进入下一个装置。雨水经过离子树脂交换柱后可以选择直接让雨水出水，也可以选择让雨水进入紫外线杀菌装置。最后对收集的出水进行检测，记录并分析，统计出水的浊度、COD、氨氮、总磷等，根据出水水质改变离子树脂、活性炭、过滤加药量等的用量找出最佳的用量，调节设备运行参数，使出水的水质满足回用水标准水质，然后进行计算和分析。
4雨水水质的模拟
考虑到实际情况和时间经济的限制，模拟了以下污染物进行实验研究，经过类比同类型污染物的去除效果来做合理的推测，研究设备对于同种类污染物的去除率，并分析其可行性。实验对于单一的污染物水质进行配比并且分析其实际的去除效率，得出相关结论。同时再对综合的污染物水质进行配比，统计结果分析实际去除效率，研究对污染物中PH、氨氮、TP的去除效果，分析实验中所需离子交换树脂和活性炭的多少，阀门的开度和水泵运行的时长等各种因素进行研究。最终实际的实验水质如表3所示。
5单一污染物的处理效果及分析
表4是对每种指标单独模拟处理后的水质情况。通过对单一水质配比单一污染物实际去除结果研究后发现，经过实验后发现离子交换一体化设备对单一水质中在去除TP的检测中，高浓度去除率达到90.6%，低浓度去除率达到96%，达到规定80%的设计指标，能够满足水质设计预期，在雨水比例比较小时去除率也很高。氨氮离子的去除率为94%，符合设计预期指标。有机物的去除率为71.6，BOD的去除率为92%。
6结论与展望
通过上述的分析，可以发现，设计的处理设备对于单一的污染水质有非常好的处理效果，对于拥有多个污染物的水质处理效果，将在后续研究中进行。试验表明，该工艺对雨水的处理是有效的，且操作灵活，能满足不同处理需要，不仅能进行雨水的连续处理，也能进行间歇处理，且具有一定的抗冲击负荷能力。雨水资源化利用的市场前景巨大，修建雨水工程，可以以投资的形式来带动经济的发展，若是将雨水利用工程能够在其设备的产生、运营管理、中水回用、建设工程这些环节达成一个稳定的链条，就可以使其形成一个极具价值的新产业。
参考文献
[1]华商网2020年8月6日阎良突发暴雨车辆被淹群众救援中一女子不幸溺水身亡.
[2]段玉戈.城市降水特点及回收利用技术浅析[J].低碳世界，2016（33）：254-255.
作者:李瑞娟 张涛 陶林 魏晨 刘洋 单位:西安航空学院能源与建筑学院