海绵城市技术在城市污水处理中的应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 28 日 作者简介：俞泽（1997），男，汉族，浙江绍兴人，助理工程师，本科，华汇工程设计集团股份有限公司，研究方向给排水科学与工程。-78-海绵城市技术在城市污水处理中的应用研究 俞 泽 沈嘉昀 华汇工程设计集团股份有限公司，浙江 绍兴 312000 摘要：摘要：海绵城市技术代表了城市污水处理的关键创新。研究概述了海绵城市技术应用于城市污水处理的优势，并从雨水收集及利用、绿色基础设施和天然水过滤、透水路面和屋顶绿化、综合城市水管理系统四个层面探讨了海绵城市技术在城市污水处理中的应用策略，以期面对城市化发展和不断变化气候变化带来的挑战，创造可持续、有弹性和生态环保的城市环境。关键词：关键词：海绵城市技术；城市污水处理；应用 中图分类号：中图分类号：TU318 城市化正在迅速改变世界面貌，目前全球一半以上的人口居住在城市，人口向城市地区的大规模迁移带来了前所未有的挑战，其中之一就是废水管理。未经处理的废水的积累不仅构成严重的环境威胁，还危害公众健康，并加剧城市中心遭受洪水和其他灾害的脆弱性。为了应对这些挑战，海绵城市技术的概念应运而生。海绵城市技术是指城市规划和废水管理的创新和整体方法，其目的是模仿城市内的自然水循环，使它们能够吸收、储存和再利用雨水和废水，该技术涵盖广泛的基础设施和实践，包括透水路面、绿色屋顶、城市湿地和先进处理设施。有效的城市废水处理对于保护人类福祉和环境至关重要，利于确保获得清洁和安全的水、降低水传播疾病的风险以及减轻河流和海洋污染，对于保护生态系统和维持城市地区的生态平衡至关重要。随着城市不断发展，探讨海绵城市技术在城市污水处理中相关应用是必要的。1 城市污水处理中应用海绵城市技术的优势 海绵城市技术具有诸多优势，成为解决城市污水处理相关问题的重要方案。1.1 改善水质 海绵城市技术的好处之一是水质改善。湿地、植被洼地和渗透性表面等自然和绿色基础设施组成部分的整合，使雨水和废水能够得到自然过滤和净化，污染物和污染物质减少，从而使更清洁的水排入城市河流和湖泊。提高水质有助于建立更健康的生态系统和更好的公共卫生成果。1.2 降低洪水风险 由于气候变化和快速城市化，城市洪水日益受到关注。海绵城市技术通过提高城市地区吸收和保留多余雨水的能力来帮助降低洪水风险，透水路面、蓄水池和绿地就像海绵一样，减少地表径流并防止强降雨期间被淹没。这种方法不仅可以保护财产和基础设施，还可以增强整体抵御洪水的能力。1.3 增强生态平衡 将自然元素融入城市景观可以促进生物多样性和生态平衡。湿地、绿色走廊和城市森林吸引野生动物、促进授粉并支持当地动植物群，海绵城市技术通过创造模仿自然生态系统的城市环境，有助于维持人与自然的和谐共处，提高城市居民的整体生活质量1。1.4 资源回收潜力 海绵城市基础设施为资源回收和再利用提供了机会。先进的处理设施可以从废水中回收营养物和能量等宝贵资源，营养丰富的废水可用于农业或工业目的，而处理过程中产生的沼气可用作可再生能源。这不仅减少了废水处理的环境足迹，还有助于城市地区的资源可持续性。综上所述，海绵城市技术在城市污水处理中的应用产生了广泛的效益，包括清洁水源、降低洪水风险、改善生态健康和资源可持续性。这些优势使海绵城市技术成为可持续城市发展的重要组成部分，为全球快速发展背景下城市污水处理提供了解决方案。中国科技期刊数据库 工业 A-79-2 海绵城市技术在城市污水处理中的应用策略 2.1 雨水收集及利用 雨水收集是海绵城市技术的基本组成部分，为城市水管理挑战提供可持续的解决方案，这种方法涉及雨水的收集、储存、处理和再利用，减少对传统供水源的依赖，减轻废水处理设施的负担。与雨水收集和利用相关的措施在建设更具弹性和可持续性的城市环境方面发挥着至关重要的作用。一是屋顶收集系统：最常见的雨水收集技术之一涉及从屋顶收集雨水，雨水通过排水沟和落水管收集并导入储水箱或水箱，这些系统通常配备过滤器来去除碎片和污染物，确保收集的雨水具有高质量。二是储存和处理：收集的雨水储存在水箱或地下水库中。为了确保其用于包括饮用水在内的各种用途的安全，它经过过滤、消毒和 pH 调节等处理过程，可以采用紫外线消毒和反渗透等先进处理系统来满足严格的水质标准2。三是非饮用用途：将收集的雨水用于非饮用目的是一种可持续的做法，它可用于公园、花园和绿地的灌溉，减少对淡水资源的需求。此外，雨水还可用于冲厕、建筑物冷却系统和工业流程，从而节省饮用水资源。四是增强饮用水供应：在一些地区，经过适当处理的雨水可以补充传统的饮用水供应，如澳大利亚悉尼等城市已成功将雨水收集纳入供水系统，在干旱和缺水时期提供清洁饮用水的替代来源。五是雨水管理：雨水收集也有助于雨水管理，通过从源头收集雨水，减少了可能导致洪水和侵蚀的雨水径流量，这减轻了城市排水系统的压力，并防止径流污染物污染水体。六是绿色基础设施整合：将雨水收集与透水路面和绿色屋顶等绿色基础设施元素相结合，这些绿色设施在雨水到达收集系统之前吸收和过滤雨水，从而改善水质并减少处理设施的负荷。2.2 绿色基础设施和天然水过滤 绿色基础设施在海绵城市污水处理中发挥着至关重要的作用，它的重点是利用植被和土壤等自然系统来管理雨水和改善水质，通过模仿自然过程，绿色基础设施不仅可以增强城市美感，还有助于城市的整体可持续性和恢复力3。一是植被洼地和生物洼地：这些是植被浅的河道，旨在捕获和减缓雨水径流，通常种植本土植物和草类，有助于吸收水分、过滤污染物并减少侵蚀。植被洼地可以融入街景和公园，提供功能和美学效益。二是透水路面：透水路面的设计目的是让水通过表面渗透到下面的土壤中，通常用于停车场、人行道和车道，这些路面减少了地表径流，防止洪水，并有助于补充地下水。此外，它们还能过滤掉污染物，改善水质。三是绿色屋顶：绿色屋顶是另一个创新的绿色基础设施元素，涉及用植被覆盖屋顶，吸收雨水，减少热岛效应并提供隔热作用。绿色屋顶保留雨水，随着时间的推移缓慢释放，从而减少径流的体积和速度。四是雨水花园：雨水花园是种植有本土植物和浅洼地的景观区域，旨在收集和过滤雨水，可以在污染物进入自然水体或雨水系统之前有效去除污染物并改善水质。五是人工湿地：人工湿地是模仿自然湿地的工程生态系统，旨在利用湿地植物和微生物的自然过程过滤掉污染物和营养物来处理雨水和废水4。六是植树：城市树冠在绿色基础设施中发挥着重要作用，树木拦截雨水，减少径流，并通过吸收和过滤污染物来改善水质。它们的遮阴功能还有助于降低城市环境的温度。七是土壤恢复：通过土壤改良和通气等技术改善城市地区的土壤质量，增强水的渗透和保留。健康的土壤就像天然海绵，减少地表径流并促进地下水补给。八是综合下水道溢流(CSO)控制：许多老城市都采用了综合下水道系统，这些系统在强降雨期间会溢出，将未经处理的污水排入水体。绿色基础设施可以在雨水到达合流下水道系统之前捕获和处理雨水，从而减少污染事件。2.3 透水路面和屋顶绿化措施 透水路面和绿色屋顶是海绵城市技术不可或缺的组成部分，为可持续城市水资源管理作出了重大贡献。这些创新措施旨在增强水渗透、减少雨水径流、改善水质并创造更加环保的城市空间。一是透水路面：透水路面是工程表面，允许雨水通过表面渗透到下面的土壤或石床中，这些路面有多种形式，包括透水混凝土、沥青、摊铺机和砾石。以下是与透水路面相关的一些关键措施：（1）选择合适的透水路面材料，这取决于场地的承重要求、当地气候和维护考虑等因素。例如，透水摊铺机为人行道和中国科技期刊数据库 工业 A-80-车道提供了耐用且美观的选择。（2）正确的基础施工，这包括创建级配良好的石头或骨料底座，以促进快速排水并防止压实。（3）定期维护对于保持透水路面的功能至关重要，包括真空清扫、清除碎片和定期重铺表面，以防止堵塞并保持渗透性。（4）透水路面充当天然过滤器，捕获并减少雨水径流中的污染物。适当的维护和偶尔的真空清扫对于防止堵塞和保持其水质改善功能至关重要。二是绿色屋顶：绿色屋顶是植被屋顶系统，可提供一系列环境效益，包括雨水管理。以下是与绿色屋顶相关的一些措施：（1）仔细选择适合当地气候条件的植物品种，耐旱和本土植物通常因其能够在最少的灌溉下茁壮成长而受到青睐。（2）选择正确的生长介质支持植物生长和实现保水，通常使用轻质且排水良好的基材来最大限度地减少结构负荷并确保有效的水管理。（3）建立自动灌溉系统，特别是在降雨量有限的地区，这些系统提供补充水以维持植物健康并支持雨水滞留5。（4）绿色屋顶包括雨水管理层，在逐渐释放或蒸发之前暂时储存雨水，正确的设计可确保有效地保水而不会使屋顶结构超载。（5）定期维护，包括除草、修剪和检查防水膜，这有助于保持屋顶的功能和使用寿命。2.4 综合城市水管理系统 综合城市水管理系统旨在创造一个有弹性和可持续的城市环境，有效管理水资源，减轻气候变化的影响，并提高整体城市宜居性。综合城市水管理系统是海绵城市技术的基石，促进城市水管理的整体方法，这些系统旨在有效地收集、处理和再利用水，同时最大限度地减少对环境的影响。实施此类系统涉及解决城市水管理各个方面的一系列措施：一是雨水收集和输送：设计雨水收集和输送基础设施网络，以有效收集雨水并将其引导至处理设施；采用智能传感器和实时监控等现代雨水管理技术来优化水流并降低洪水风险。二是废水处理及回用：建立先进的污水处理厂，能够处理生活污水和雨水径流；实施高级过滤和消毒等三级处理工艺，以确保最高的水质标准；鼓励废水再用于灌溉、工业流程和冷却系统等非饮用水用途，减少对淡水资源的需求6。三是蓄水和水库：建造蓄水池，在雨季储存多余的雨水，以供旱季使用；将这些水库与监控系统和自动化控制集成，以优化放水并防止溢出；四是绿色基础设施整合：结合植被洼地、透水路面和绿色屋顶等绿色基础设施元素，以自然方式捕获和处理雨水径流；设计绿色空间和城市公园作为雨水滞留区，减少洪水风险并增强城市美感。五是人工湿地：在城市景观中开发人工湿地，作为雨水和废水的天然过滤系统；促进生物多样性并为野生动物提供栖息地，同时改善水质。六是水回收和分配：建立双配水系统，将处理过的饮用水与回收水分开；确保将再生水安全高效地分配给非饮用水最终用户，例如工业和景观美化。七是智能技术和监控：实施实时传感器、数据分析和预测建模等智能技术来监测水质、流量和基础设施性能；利用数据驱动的见解来优化水管理、降低能耗并提高系统可靠性7。八是社区参与和教育：通过教育和宣传活动让社区参与节水工作；鼓励负责任的用水并强调综合城市水资源管理系统的好处。九是政策和监管框架：制定鼓励可持续水管理实践的支持性政策框架和法规；鼓励企业和居民采用节水技术和做法。3 结语 总之，海绵城市技术在城市化日益严峻的挑战中成为希望的灯塔，科学的城市废水处理的整体方法不仅解决了水质、洪水和生态退化等紧迫问题，而且为可持续和有弹性的城市发展铺平了道路。随着城市规模和复杂性不断扩大，海绵城市技术的采用变得越来越势在必行，该技术具有显著的应用优势，从改善水质和减少洪水风险到增强生物多样性和资源可持续性，这些优势凸显了该技术在塑造未来城市方面的关键作用。然而，我们也必须承认未来所面临的相关挑战高昂的初始成本、对技术专业知识的需求以及政策改革的必要性，克服这些障碍需要政府、学术界、工业界和社会的共同努力。本着这种精神，我们呼吁拥抱海绵城市技术作为积极变革的催化剂，促进投资研中国科技期刊数据库 工业 A-81-发、促进知识共享、制定支持政策并培养合作文化，共同加速城市环境向着有弹性、可持续的方向转变。显然，迈向海绵城市未来的征程已经开始了，有望进一步增进社区福祉、促进国家发展。参考文献 1张申旺,张鹏.海绵城市背景下的城市污水处理问题及技术发展分析以二沉池为例J.建筑与文化,2023(06):134-135.2 潘 和 平,李 瑶.海 绵 城 市 建 设 技 术 应 用 调 查 研 究 基 于 国 内 外 案 例 研 究 J.绥 化 学 院 学报,2023,43(03):22-24.3沈雷.生物滞留带调蓄净化技术在海绵城市中应用J.中国科技期刊数据库工业 A,2022(11):3.4彭浩清.基于海绵城市理念的市政道路给排水设计J.工程技术发展,2022,2(05):40-41.5 王 盼.海 绵 城 市 建 设领 域 技 术 应 用 探 讨 以 住 宅 小 区 透 水 砖 应 用研 究 为 例 J.建 材 发 展 导向,2021,19(03):249-250.6吴瑜明.探究海绵城市理念在市政给排水设计中的应用实践J.中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2021(08):2.7 陈 冰 雁.浅 析 海 绵 城 市 下 建 筑 给 排 水 设 计 中 的 应 用 技 术 应 用 研 究 J.工 程 建 设(维 泽 科技),2022,5(10):72-74.