雨水口截污技术发展综述

雨水口是地面雨水排放系统中收集雨水的起端构筑物，由进水箅、井身及出水管等组成。路面上的雨水汇流经过雨水口的收集进入雨水管道系统，它不仅是城市排水管系汇集雨水径流的衔接，还会引入城市污染物，间接影响城市交通、城市水环境、环境卫生及人体健康。雨水径流是造成城市非点源污染的主要原因之一，国内外对不同城市雨水径流水质与污染防控进行了大量研究，如美国约有60%的河流和50%的湖泊污染与非点源污染有关；2010年后，北京和上海的城市雨水径流污染占水体污染负荷的比例将分别升至约12 %与20 %；Wei等的试验结果显示，地表径流对路面多种污染物COD、TP和TSS的携带率高达49.2%、68.8%和41.6%，且其中约有33%～50%污染物会进入水体。
雨水径流携带大颗粒垃圾，如塑料、树枝、泥沙等，冲刷溶解路面和屋面中的有机物、重金属、营养盐、油脂等，这些污染物随着水流进入雨水口，通过管道排入河道，对水环境造成严重威胁；另一方面，排水管道内有机物在厌氧情况下会生成带有强烈臭味的气体，如硫化氢、甲烷、氨、硫醇等，从雨水口逸出，严重影响居民和行人的舒适感。
通常认为，降雨导致的非点源污染也是许多发达国家河流、溪流和其他水域受到污染的主要原因。因此，大多数国家对雨水排放设施设立了截污要求。我国《室外排水设计规范》(GB 50014—2006)(2016年版)规定：“雨水口宜设污物截留设施”；我国《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》(CJJ 68—2016)规定：“雨水口内宜加设垃圾拦截、防臭装置”。美国暴雨污染预防计划和最佳管理措施(BMPs)实践条例中要求，雨水口与雨水井内应设有截污过滤措施；英国可持续城市排水系统(SUDS)中，其预防措施和源头控制处在最高等级的管理级别，宗旨为尽量通过预防措施和源头措施在小范围内进行雨水截留处理，要求雨水口设置截污过滤设备。
国内外开展了大量雨水口截污技术研究，针对不同污染物质的去除方式，可将雨水口分为沉砂式、拦截过滤式、离心式、水质型、嵌入式、除油型和防臭型等。
Part 1 雨水径流污染物特点
自20世纪60年代中期，国内外逐渐意识到降雨非点源污染对城市河流水体的环境造成威胁的严重性，并开展了大量的降雨径流污染物研究，包括径流中的污染物类型、污染物平均浓度(EMC)、初期冲刷效应，及不同下垫面污染物类型与特征。研究表明，雨水中通常携带了大量污染物，主要包括悬浮固体(TSS)、COD、营养物质、重金属等。此外，雨水径流主要由屋面径流与道路径流组成，而屋面由于不同的材质、坡度、暴露程度，其污染物含量和类型也有差别。金属屋面径流由于屋顶和落水管的腐蚀、冲刷，常含有较多的Zn、Mn、Cu、Pb等重金属。路面径流则是油脂、有机物、悬浮颗粒物、重金属等, 来源较为广泛，路面径流的COD、SS、TN、TP 与重金属的平均浓度通常比非金属屋面高，污染也更为严重，磷等营养物质通过径流汇入水体，还会引起水体富营养化等问题。
(1)大颗粒物质。
(2)TSS。
(3)COD。
(4)营养物质。
(5)重金属物质。
(6)油类、烃类。
Part 2 雨水口截污净化装置
传统雨水口的设计通常聚焦在其泄水能力能否满足暴雨及特大暴雨时的降雨需求，但雨水口作为地表雨水径流与地下雨水管道的衔接点，其截污能力的强弱直接影响路面的排水污染控制，故雨水口截污装置的结构形势与功能对于控制排入排水系统的径流雨水的水质起到了决定性作用。大多传统雨水口型式单一，缺少净化功能。国内外大量雨水径流研究显示，雨水中常携带了大量污染物，包括碎片、悬浮固体、沉积物、油及其他可溶和不可溶的化学污染物，若不经过雨水口有效的拦截，而是直接汇入雨水管路，则会对河流水体造成严重污染。对此，为了有效地解决传统雨水口存在的堵塞、泥沙分离效果不佳、臭气外泄等问题，从而达到更好的截污效果也成为了当前的研究热点。截至目前，国内关于环保型、除油型、防臭型等雨水口专利也已超过100项。
2.1 沉砂式雨水口
传统雨水口最初截污改造方式为设置沉砂井，2005年Carl等发明了一种沉砂井雨水口(图1)，雨水流入沉砂井，通过沉降去除悬浮颗粒，当雨水量达到一定程度后溢流至出水管，但此装置的缺点是结构笨重，没有可拆卸式的过滤结构，后期清掏污泥不便，雨水残留易滋生臭气。
2.2 拦截过滤式雨水口
2000年，Schilling等发明了一种衬板式雨水口。
2009年，Barragan等发明了一种双层截污挂篮雨水，与传统吊篮相比，有更好的截污能力。
2.3 离心式雨水口
2012年，娄锋发明了一种涡轮式雨水篦子，于2015 年上海市正式投入使用。
2019年，李友皝等研究了一种新型离心式防堵塞雨水口。
2.4 水质型截污雨水口
考虑到初期雨水污染通常成分复杂，污染物浓度高，为了能够很好地分流初后期雨水并利用初期雨水，2014年，刘军等提出了一种水质型截污雨水口。
2.5 嵌入式雨水口
为了使雨水口在去除悬浮物质之外，还可去除如重金属和营养物质等其他污染物，并可处理道路污染较严重的污水，2007年，国外研发了一种INNOLET雨水径流处理系统，如图8所示。
随着水环境保护的要求越来越高，Bio-clean公司研发并产品化了一种介质型嵌入装置。
2.6 除油型雨水口
随着雨水截污技术的研究与发展，只去除雨水中的固体悬浮物仍然不能达到良好的截污净化效果。国内外逐渐开始重视径流中油类和烃类物质的污染控制，这些污染大多来源于道路车辆的泄漏与油毡屋面的冲刷。加拿大通过互联网收集了 1970年—1995年140份关于雨水径流水质的文献，调查出其油类上限值过高，且与我国北京城市道路雨水污染程度接近。当前，雨水口主要由吸附过滤方式除油，雨水通过除油填料吸附油脂与烃类物质，再汇入排水管道。目前，雨水口除油在国外的相关研究较多，在国内应用较少，应用前景较广阔。
2.6.1 过滤式除油雨水口
2000年，Morris等发明了一种弯型进水除油雨水口。