Первый смыв — это начальный поверхностный сток ливневого дождя. Во время этой фазы загрязнение воды , попадающее в ливневые стоки в районах с высокой долей непроницаемых поверхностей , обычно более концентрировано по сравнению с остальной частью шторма. Следовательно, эти высокие концентрации городских стоков приводят к высоким уровням загрязняющих веществ, сбрасываемых из ливневой канализации в поверхностные воды . [1] [2] : 216
Термин «эффект первого смыва» относится к быстрым изменениям качества воды ( концентрации или нагрузки загрязняющих веществ), которые происходят после ранних сезонных дождей. Частицы почвы и растительности смываются в ручьи; отложения и другие накопленные органические частицы на дне реки повторно взвешиваются, а растворенные вещества из почвы и неглубоких грунтовых вод могут смываться в ручьи. Недавние исследования показали, что этот эффект не наблюдался в относительно проницаемых областях. [2] : 216
Термин часто также используется для обозначения первого наводнения после сухого периода, которое, как предполагается, содержит более высокие концентрации, чем последующее. Это называется «первое наводнение». Существуют различные определения явления первого наводнения. [3] [4] [5]
Сток ливневой воды в комбинированной канализации производит первый загрязненный смыв с взвесью накопленных санитарных твердых частиц из канализации в дополнение к загрязняющим веществам из поверхностного стока. Приток может производить эффект загрязненного смыва в санитарных канализационных системах , если пик потока приходится на сырую погоду. По мере того, как скорость потока увеличивается выше среднего, относительно небольшой процент от общего потока содержит непропорционально большой процент от общей массы загрязняющих веществ, связанной с общим объемом потока через событие пикового потока. Отложение твердых частиц в канализации в периоды низкого потока и последующее повторное образование взвеси во время событий пикового потока является основным источником загрязняющих веществ для явления переполнения комбинированной канализации первого смыва (CSO). [6]
Твердые частицы санитарных сточных вод могут либо проходить через систему, либо осаждаться в ламинарных участках потока канализации, чтобы быть доступными для промывки во время пиковых потоков. Увлажненный периметр канализации также может быть колонизирован биопленкой, питаемой растворимыми санитарными отходами. Гидравлическая конструкция является основной причиной осаждения твердых частиц в канализации. Объединенные канализации, рассчитанные на пиковые стоки, ожидаемые один раз в десятилетие, могут переносить до 1000 раз больше среднего санитарного потока. Менее драматически большие канализационные трубы распространены в новых застройках и вблизи верхнего конца систем сбора. Взвешенные твердые частицы могут накапливаться, когда скорости жидкости с низким потоком создают недостаточную турбулентность . Осаждение твердых частиц происходит больше всего там, где скорости низкие в сухую погоду. В больших объединенных канализациях может быть невозможно достичь скоростей санитарных сточных вод, создающих достаточную турбулентность, чтобы удерживать твердые частицы во взвешенном состоянии в сухую погоду. [6]
Биопленка и ранее отложенные твердые частицы могут быть вымыты и повторно унесены во время пиковой турбулентности потока. [7] Высокая нагрузка загрязнения в сточных водах в начале события стока возникает, когда повышенная скорость потока размывает накопленный канализационный осадок. [8] Эрозия отложений в канализации может высвобождать загрязняющие вещества в концентрациях, превышающих уровни, обнаруженные в способствующих источниках. Первоначальный сильно загрязняющий смываемый сток высвобождается в начале потока во влажную погоду во время быстрой эрозии слабого слоя высококонцентрированного поверхностного осадка. [9] Когда условия благоприятствуют осаждению твердых частиц в сухую погоду, первый смываемый сток может содержать до 30 процентов годового общего количества взвешенных твердых частиц, сбрасываемых в объединенную канализационную систему. Концентрации взвешенных твердых частиц в объединенной канализации в несколько тысяч миллиграммов на литр (мг/л) могут наблюдаться во время первого смывания. [6]
Уровни концентрации загрязняющих веществ зависят от возраста и состояния системы сбора и количества инфильтрации/притока по сравнению с санитарным потоком. Пики концентрации загрязняющих веществ зависят от размера и наклона трубопроводной системы, временного интервала между штормами и накопления твердых частиц в системе сбора. Более крутые градиенты канализационных труб и формы дна труб, которые поддерживают высокую скорость потока в условиях низкого потока, уменьшат накопление осадка в канализации; а периодическая промывка канализации отдельных линий в сухую погоду может переместить накопленные твердые частицы на очистные сооружения сточных вод до того, как сток ливневых вод вызовет одновременный пиковый поток во всей системе сбора. [10]
Поскольку ссылка на первый смыв не всегда ясна, были введены термины «первый смыв на основе концентрации» (CBFF) и «первый смыв на основе массы» (MBFF). [11]
Помимо этого определения, в литературе имеется ряд рейтинговых параметров для определения возникновения первого прилива. [11]
В контексте сбора дождевой воды , дивертор первого смыва представляет собой простое устройство, предназначенное для защиты накопительного бака от загрязнения стоком первого смыва. Это приводит к более высокому качеству собранной воды и меньшему заилению бака с течением времени в пыльных районах. Отведенная вода первого смыва используется для орошения или других целей аналогично серой воде . [12] Хотя доступно множество коммерческих версий, эти устройства часто изготавливаются из запасной трубы, когда бак изначально установлен или после этого. См. Texas Manual on Rainwater Harvesting для расчетов по размерам. [13]