综述无机非金属屋顶的雨水径流中污染物

介绍

由于增长的人口,越来越多的以前绿地表面被密封,尤其是在不断增长的城市(欧盟欧洲委员会执行署管理的环境,2012年)。因此,雨水接触污染物来自不透水表面材料也在不断增加。一种类型的不透水表面是屋顶,可以使用各种各样的材料建造的。直到现在,金属屋顶一直是一个强大的重点污染源的雨水径流,从而也水体(例如,Gromaire et al ., 2002;Hedberg et al ., 2014;Galster >, 2022)。然而,非金属屋面材料也涉嫌发布在雨水径流污染物(例如,福斯特,1996;穆勒et al ., 2020)。研究分析屋顶径流污染尤其是上来当国家开始渗透雨水径流进入土壤和地下水分别在1980年代和1970年代(碱液,2009)。在这些早期的研究,特别是从non-vegetated屋顶径流监测。在2021年,De Buyck et al。(2021)综述了文献中关于屋顶径流污染物的不同金属和non-vegetated屋顶以及大气的特点。然而,审查并不关注绿色屋顶径流。在2000年代的研究分析绿色屋顶径流的出现更频繁。评论等Berndtsson (2010),李和巴布科克(2014),Vijayaraghavan (2016)总结发现绿色屋顶径流。一方面,绿色屋顶的特殊利益,满足在水敏城市保留功能,支持蒸散,从而减少径流和更自然的雨水管理作出贡献。另一方面,绿色屋顶径流质量产生影响。最近复习的穆勒et al。(2020)名为绿色屋顶作为一个潜在的污染物来源。

但是,没有检查可以发现,结合现有文献资料从非金属屋顶径流质量。因此,本文旨在弥补这一漏洞通过直接比较集中的单个参数的径流非金属屋顶,non-vegetated,绿色屋顶和专注于无机物质。此外,分析了径流的物质是否会影响地下水质量通过比较地下水径流值和阈值,并考虑背景浓度由于大气污染的雨水,如果可用。

有机物质(如丙酸,用于防止根渗透),还发现在一些屋顶径流,尤其是扁平砾石屋顶,沥青屋顶,绿色屋顶(例如,Bucheli et al ., 1998;Vialle et al ., 2013)。然而,有机物质并不是本文的主题,因为它需要单独考虑。

材料和方法

选择屋面类型和数据评估

以下非金属屋面类型被认为是:木瓦屋顶,扁平砾石屋顶,混凝土瓦屋顶,混凝土平屋顶、石棉水泥屋顶,沥青瓦屋顶,沥青屋顶,粘土瓦屋顶,绿色屋顶。详细结果42科学研究进行了分析。所有被研究样本从至少一个有关屋顶径流在全面或半工业规模的设计。出版物只包括在审查如果相关参数的值是获得两个或两个以上的自然雨events-no调查从模拟降雨事件被认为是。每次调查的结果是只考虑一次如果发布在不同的文章。

在结果与讨论部分从同一屋檐,研究分析径流资料编译为不同的参数和结果进行了比较。各自的研究的主要方面是描述和可能的类比或合议庭突出显示。以下检查出版物的信息被认为是:研究站点的位置和环境(城市、郊区、农村),屋顶的规模(全面或半工业规模),分析了风暴事件的数量,是否第一次冲洗部门进行测试参数(见补充表S1-S9在补充材料)。但不相关的参数分析了各自的研究综述中列出结果与讨论部分。

比较不同研究的结果来自同一个屋顶类型,发现浓度中位数显示径流和比较之间和各自的阈值。如果没有给定均值中值提取从出版作为替代。价值观从文本或表或推导出视觉从各自的研究数据。

的值总是代表浓度从完整的雨水径流事件。如果“冲洗”和“后第一冲洗”值相比,他们没有从一个完整的径流分析结果。第一个冲是雨水径流的第一阶段,通常包含大量的污染物比后来的径流(古普塔&扫罗,1996;李et al ., 2002)。在一项研究中监控各自的屋面材料的两个或两个以上的屋顶,从每一个研究结果网站列出。然而,仅显示参数,分析了至少在两个独立的出版物。

径流值代表浓度没有显著的贡献大气沉积或浸出屋面材料。重点是在径流污染物浓度会发生从屋顶类型分析。差异可能发生不仅通过浸出的不同的材料,还将在大气沉积不同表面特征的影响。如果信息在各自的研究中,给出影响水槽的使用,管道,或防腐剂化学品在屋顶上提到的。然而,超出了本研究的范围进一步考虑的因素可能会影响径流的质量像屋顶的取向,前期干旱天气期间,风的特点,和其他人只有几个数据。

分析了参数和阈值

径流的比较质量,结果以下详细分析了27个参数:营养物质如硝酸盐(NO₃⁻),亚硝酸盐(NO₂⁻),氨(NH)₄⁺)、硫酸(₄^{2 -}),磷酸(PO₄^{3 -})、总磷(P_合计)、总氮(N_合计)、氯等其他阴离子(Cl⁻)和氟(F⁻),重金属镉(Cd)、铬(Cr)、铜(铜)、铁(Fe)、铅(Pb)和锌(锌)等其他金属砷(),铝(Al)、锰(Mn)、钠(Na),钾(K)、镁(Mg)和钙(Ca)。其他化学和物理参数,如pH值(酸碱度),电导率(EC)和总悬浮物(TSS)也进行了分析。

一些研究测量的浓度₃⁻,没有₂⁻,在北半球₄⁺,阿宝₄^{3 -},其他的没有₃- n,没有₂- n,在北半球₄- n,阿宝₄- p。使结果一致和类似的所有值转化为相应的离子浓度的因素。总浓度的重金属溶解时使用值,颗粒,和总浓度进行研究。所有被研究的补充信息,位置、规模(全面或半工业规模),大量的降雨事件,分析第一冲洗信息分析,列出了分析参数补充表S1-S9。

评估水平的污染和对水环境的影响本研究认为无意义阈值(GFS),它被定义为浓度,即使没有相关ecotoxic效果发生增加的内容相应的物质(LAWA 2016)。这些没有影响水平代表了地下水质量的变化在德国的评估标准;浓度低于这一水平,不存在地下水的不利修改(LAWA 2016)。以下GFS阈值用于评估研究中:₄^{2 -}:250 mg / L, Cl⁻:250 mg / L, F⁻:900毫克。μg / L / L Cd: 0.3, Cr: 3.4μg / L,铜:5.4μg / L, Pb: 1.2μg / L,锌:60μg / L, 3.2:μg / L。

评估的浓度₃⁻,没有₂⁻,在北半球₄⁺,阿宝₄^{3 -}GFS的价值存在,德国地下水条例的阈值(GrwO 2010使用):没有₃⁻:50 mg / L,不₂⁻:0.5 mg / L, NH₄⁺:0.5 mg / L,阿宝₄^{3 -}:0.5 mg / L。此外,在GrwO以下浓度相关研究:₄^{2 -}:250 mg / L, Cl⁻:250 mg / L, Cd: 0.5μg / L, Pb: 10μg / L,如:10μg / L。

结果与讨论

大约16%的审查研究报告发表在1989年至1999年之间,年从2000年到2010年,大约23%和超过60%在过去的10年。关于分析屋顶的位置,大约50%的研究地点在欧洲,23%在亚洲,19%在北美,6%在非洲,2%在澳大利亚。大约一半的研究分析了径流对接收地面或表面的潜在污染水体。几乎相同的研究评估了径流的质量对于适合集雨饮用水和非饮用水应用程序。因此,没有关注环境影响的评价。

木瓦屋顶

只有四个研究调查了从倾斜的木瓦屋顶径流数据(补充表S1)。Chang &克劳利(1993)将数据从木瓦屋顶与陶土瓦屋顶、沥青瓦屋顶,石头和沥青屋顶在6个月期间。其中,木瓦屋顶径流显示最高浓度的大多数分析参数,和浓度的锌、铅、和北半球₄⁺很明显高于雨水没有接触的屋顶材料和锌和铅超过GFS阈值。另一项研究中,Chang et al。(2004)旨在回顾研究1993年消除其设计短缺和关注中提到的八个参数补充表S1。八个半工业规模的屋顶建成使用four-roofing材料木材、带状疱疹、沥青瓦、铝、镀锌。木瓦屋顶径流显示最低的pH值和最高浓度对于所有其他参数,尤其是对锌和电子商务。原因高锌含锌的化学物质浓度的浸渗有防腐剂功能和浸出。此外,木材的粗糙表面水和颗粒被困,因此苔藓和植物可以生长。由于屋面材料的分解,离子被释放。因此,pH值下降和其他参数如EC和锌浓度增加(Chang et al ., 2004)。锌浓度的中位数在第二项研究中(9 717μg / L)甚至高于第一项研究中的值(2 549μg / L)。这两项研究的GFS阈值远远超过60μg / L。随着调查木瓦屋顶在第一项研究中超过20岁相比,新建半工业规模的屋顶在第二项研究中,Chang et al。(2004)得出结论,浸渍的化学清洗。Chang &克劳利(1993)和Chang et al。(2004)高锌浓度提供进一步的原因:酸性镀锌排水沟结合径流,干沉降增加,相对较高的浓度中位数纯雨水由于一些工业的影响。总的来说,木瓦屋顶的锌浓度径流注入锌屋顶径流浓度相当。例如,在一个领域的研究中,Schriewer et al。(2008)发现5的中位数600μg / L (n= 38雨事件)的径流锌屋顶。因此,浸渍木瓦屋顶的径流排入前必须被地下水,锌屋顶径流(一样Galster & >, 2022)。

的研究冬天et al。(2015)也证实了浸渍金属浓度高会导致径流。收集到的数据分别在两轮十雨事件。第二轮对应大约一年的风险。两种类型的木瓦屋顶监控:木瓦处理铬酸铜砷酸和未经处理的木材带状疱疹。计算浓度的基础上从第一和第二轮所有样本。径流的处理过的木瓦屋顶的平均浓度和铜139μg / L和835μg / L,分别。径流值超过了GFS阈值,引起的砷酸铜的治疗。相比之下,未经处理的木瓦屋顶的径流最大的和锌浓度1μg / L。中铜浓度的木瓦屋顶径流处理铬酸铜砷酸铜屋顶径流浓度范围(Galster >, 2022)。中锌浓度升高的治疗比未经处理的木瓦屋顶径流和比控制坡面径流的磨砂玻璃,但GFS价值(见下表1)。比较两轮抽样,高浓度的铜由处理过的木材和径流中发现瓦屋顶在第二轮低很多(冬天et al ., 2015)。然而,它可以假定浸渍的有效性降低一样的浓度和铜减少。

三个研究wsr的重金属浓度没有显示在第一个冲分离表1。

除了金属,阴离子也发现径流从木瓦屋顶。李et al。(2012)监控的木瓦屋顶径流作为一个在韩国四个半工业规模的屋顶。在建筑屋顶、材料储存在室外环境一年。屋顶上的木瓦,最大数量的地衣和苔藓被发现。这导致相对高浓度的没有₃⁻所以₄^{2 -}在相应的径流,但GFS阈值以下。

总之,从木瓦屋顶径流水质参数超过了各自的GFS和GrwO值金属在屋顶浸渍的研究。木瓦屋顶的径流质量似乎强烈依赖于化学物质用于保存,年龄,忽明忽暗的材料使用。它可以得出结论,如果含金属防腐剂应用木瓦屋顶,治疗径流排入地下水之前是必要的。然而,研究采用的数量是有限的。更多的数据的统计分析将是可取的。

扁平砾石屋顶

五个相关的出版物发现监控无机物从扁平砾石屋顶径流在欧洲和北美(补充表S2)。奎克先生&福斯特(1993)扁平砾石屋顶上收集的数据相比,其他四个屋面材料(粘土瓦、石棉水泥、沥青感觉和锌)在两次降雨径流事件第一3毫米。砾石的平坦屋顶径流显示最低的物质浓度由于其存储功能和过滤通过砂砾石层(奎克先生&福斯特,1993)。这种趋势也被描述Zobrist et al。(2000)报道,大多数重金属和磷是扁平砾石聘请的屋顶材料。NH₄⁺值很低,因为它被氧化₃⁻在砾石上保留期间(Zobrist et al ., 2000)。同样的效果监测Farreny et al。(2011)谁发现了NH的最低浓度₄⁺在砾石的平坦屋顶径流由于硝化过程。Farreny et al。(2011)相比屋顶径流从扁平砾石粘土瓦屋顶,金属板,聚碳酸酯塑料屋顶。他们证明了扁平砾石屋顶径流包含电子商务水平最高。粒子的原因可能是积累和殖民槽植物推广低斜率(Farreny et al ., 2011)。

马尔科姆et al。(2014)从不同的飞行员和全面分析了径流扁平砾石屋顶和维吉尼亚州的绿色屋顶。N的浓度_合计和P_合计低的径流持平砾石屋顶相比,绿色屋顶(马尔科姆et al ., 2014)。

除了在径流分析了铜Zobrist et al。(2000)超过GFS的值,所有其他参数都低于GFS的阈值和GrwO。但是,没有进一步的解释在铜浓度很高Zobrist et al。(2000)和忽明忽暗系统监控的屋顶是用聚氯乙烯(PVC)的。

总的来说,NH扁平砾石屋顶径流显示低₄⁺浓度,因为硝化作用发生在屋顶上。此外,由于它们的结构,FGRs可以作为吸附过滤器。然而,更多的研究需要更具体的语句。

混凝土瓦屋顶

七个研究发表在1989年和2020年之间从倾斜的混凝土瓦屋顶雨水径流分析(补充表S3),其中六个第一冲洗浓度分析。Yaziz et al。(1989)相比第一个五升的径流从混凝土瓦屋顶镀锌屋顶作为第一冲洗。具体的瓦屋顶径流TSS和EC值高于铁屋顶,这可能与粗糙表面促进大气中的污染物的积累。在雨水径流pH值均高于不接触屋顶屋面材料。铅浓度高于混凝土瓦径流GFS阈值(表2),可能由于雨水的浓度升高(意思是:200μg / L)引起的主要高速公路上接近研究网站(Yaziz et al ., 1989)。来自德克萨斯州的一项研究分析了径流从半工业规模的混凝土瓦屋顶在半工业规模相比,其他四个屋顶类型或全面。混凝土瓦径流显示最高的所有其他半工业规模的屋顶(pH值门德斯et al ., 2010)。李et al。(2012),Nosrati (2017)和Zdeb et al。(2020)证实这一发现物的pH值升高混凝土瓦屋顶。混凝土瓦径流pH值最高,平均7.2的冲洗之后,第一个冲水。这是由于碱性成分和雨水发生反应(李et al ., 2012)。pH值增加,径流的酸度降低,这可能会导致公共卫生风险,一些细菌有害健康成长最好在中性条件下(Zdeb et al ., 2020)。

冬天et al。(2015)发现高铅浓度在混凝土瓦屋顶径流比从其他屋顶径流控制类型和一个玻璃屋顶。托马斯&格林(1993)径流监测第一次冲洗后从三个混凝土瓦屋顶和三个镀锌屋顶在农村,城市和工业环境。pH值和EC值高和锌值低在混凝土瓦屋顶径流相比金属屋顶。铅和锌浓度最高的径流在工业领域,其次是城市环境。托马斯&格林(1993)在屋顶径流解释高锌值,超过了GFS值,使用一个广泛的锌在工业区。李et al。(2012)建议大气沉积铜浓度升高可能是原因混凝土瓦屋顶径流。半工业规模混凝土瓦屋顶排水沟门德斯et al。(2010)是铝做的。没有进一步的解释高锌值。没有₃⁻浓度显示,农村屋顶径流(最高水平托马斯&格林,1993)。尽管如此,这个浓度远低于GrwO阈值。

大多数调查first-flush之间的差异化分析和收集径流第一次冲洗后的分析。值收集后第一个冲了进去表3。

总之,锌和铜的径流值超过阈值在一些研究表2)。似乎在高浓度的重金属造成的大气污染,径流的pH值增加混凝土的碱性化合物的结果。

钢筋混凝土平屋顶

六项研究来自中国和希腊从混凝土平屋顶径流(提供信息补充表S4)。从三个具体分析了平屋顶雨水径流相比其他类型的屋顶Melidis et al。(2007)。纯雨水没有接触的屋顶材料pH值在6.7和7.9之间,从岩石侵蚀造成的灰尘和颗粒由于强风从附近的山脉和增加了接触的屋顶材料。由于pH值升高,径流腐蚀性较低的属性。这导致径流重金属浓度较低檐槽和管道材料(Melidis et al ., 2007)。Gikas & Tsihrintzis (2012)分析了混凝土平屋顶和陶土瓦屋顶在中试规模相同的领域Melidis et al。(2007)。一个混凝土屋顶平台在农村和城郊地区的一分之一。更高的NH值₄⁺和P_合计发现,在混凝土平屋顶和粘土瓦屋顶径流在农村地区,可能是由于鸟类和动物排泄物和植物在各自的屋顶。对于这两个参数,第一冲洗径流值高于储罐(Gikas & Tsihrintzis, 2012),其余的径流收集。

Zhang et al。(2014)观察到两个半工业规模与沥青混凝土平屋顶和比较这些屋顶,绿色屋顶,陶土瓦屋顶。相当高水平的pH值(7.6)和TSS (120 mg / L)被发现在混凝土平屋顶径流。秦et al。(2015)分析了水泥砂浆平屋顶径流。在这项研究中,这个屋顶是归类为一个具体的平屋顶由于类似性质的材料和平坦的斜坡。径流的pH值中值为7.8显然高于相关的雨水,pH值中值为5.0。一个明确的向上趋势还可以看到溶解Mg,钙、钠、钾、氯⁻F⁻,所以₄^{2 -}也没有₃⁻。北半球₄⁺集中发现的秦et al。(2015)超过了GrwO阈值。然而,北半球₄⁺相比,混凝土平屋顶径流较低浓度的分析雨水表明北半球₄⁺浓度不是从屋面材料。此外,秦et al。(2015)显示之间存在正相关关系_x和点₁₀(与10µm颗粒物)和NH测量大气中₄⁺也没有₃⁻在湿沉积。

Gikas & Tsihrintzis (2017)相比径流从混凝土平屋顶和粘土瓦屋顶在一个村庄在希腊接近高流量负载的主要公路。NH浓度差异被发现₄⁺和阿宝₄^{3 -}高的粘土瓦屋顶径流,而Ca值高的混凝土平屋顶径流。屋顶大约30岁,增加Ca值被分配到具体的侵蚀过程。刘et al。(2020)收集水质参数两个绿色屋顶和一个具体的平屋顶。相比于雨水,pH值增加从所有三个屋顶径流。值的研究网站前面描述的不首先冲洗部门进行总结表4。Zhang et al。(2014)计算均值和中位数的值;这里研究的平均值作为其他三个研究分析了平均浓度。

高所以没有给出解释₄^{2 -}研究的价值Zhang et al。(2014),但浓度远低于GFS阈值。高浓度的锌被发现在离两个屋顶径流Melidis et al。(2007)。的原因主要是排水管材的侵蚀,这是铁和锌合金(Melidis et al ., 2007)。

总之,对于具体的平屋顶,大多数参数不超过阈值。锌浓度升高可能来自忽明忽暗系统。然而,数据为混凝土平屋顶情况也是非常有限的。

石棉水泥屋顶

六出版物,总结了补充表S5,给混凝土石棉屋顶径流信息。奎克先生&福斯特(1993)发现pH值是最高的混凝土石棉屋顶径流,CaCO所致₃解散。由于pH值越高,更多的重金属存在于颗粒相。此外,材料的高粗糙度使粒子保持在屋顶上。因此,在比较与其他倾斜的屋顶在Quek &福斯特的研究中,混凝土石棉屋顶显示最低的径流污染。

然而,在所有的研究中,混凝土石棉屋顶径流中重金属的浓度非常高,几乎所有超过GFS值。Ayenimo et al。(2006)发现一个非常高浓度的铅(1 430μg / L)的径流超过GFS价值1000倍。Pb的可能的来源可以是关节的石棉水泥屋顶有时用铅做的。此外,大气污染的主要污染雨水的相关研究中。然而,在这项研究中,雨水没有接触的屋面材料已经显示高意味着值Pb(530μg / L)和许多其他参数:阿宝₄^{3 -}:13.7 mg / L,所以₄^{2 -}:5.39 mg / L, Cd: 350μg / L,锌:880μg / L, Fe: 470μg / L。这表明雨水的主要污染分析径流数据时不能被忽略。

在波兰研究收集信息从石棉水泥的屋顶,屋顶径流陶土瓦屋顶、沥青屋顶,和锌屋顶。除了高锌浓度锌屋顶,屋顶类型(结果显示没有明显差异Tobiszewski et al ., 2010)。Akoto et al。(2011)分析了石棉混凝土屋顶的雨水径流,陶土瓦屋顶,和金属板屋顶。他们没有收集径流前15分钟雨事件。石棉水泥屋顶径流显示铅和镉浓度高于从金属屋顶(Akoto et al ., 2011)。一项研究在尼日利亚found-analog观测研究奎克先生&福斯特(1993)ph值最高的混凝土在石棉屋顶径流。TSS的浓度,阿宝₄^{3 -},没有₃⁻、Cd、铜、铁、铅升高的混凝土石棉屋顶径流的研究Chizoruo & Onyekachi (2016)。质量的差异从石棉混凝土屋顶径流,混凝土瓦屋顶,屋顶和镀锌的锌被观察到Wahyuningsih et al。(2020)。没有₂⁻浓度最高的是石棉混凝土屋顶径流。同样,意味着在石棉水泥屋顶径流锌值采样Wahyuningsih et al。(2020)高(240μg / L),但没有超过GFS阈值。

表5显示的值只有三个其它研究分析不是第一冲洗体积和体积第一次冲洗后,或者只给了最小和最大的价值。

总之,石棉水泥屋顶作为大多数径流中重金属和营养的来源。阿宝的值₄^{3 -}、Cd、铅和锌在所有研究超过阈值。然而,这里也多样品和采样站点将是可取的。

沥青瓦屋顶

在美国五个研究分析了径流从沥青瓦,沥青玻纤瓦、沥青瓦组成,或者组成瓦屋顶。这些都是总结与沥青瓦屋顶和中列出补充表S6。

这两项研究,Chang &克劳利(1993)和Chang et al。(2004)也木瓦屋顶径流调查显示,对于大多数参数、沥青瓦屋顶径流较低浓度相比,木瓦屋顶径流和浓度高于粘土瓦屋顶径流流失Chang &克劳利(1993)。研究得出的一个结论是,整个屋面材料似乎影响径流的质量,尤其是在pH值、EC、锌值。从沥青瓦屋顶径流锌值低于从木瓦屋面雨水径流(Chang et al ., 2004),但仍在GFS阈值。Chang &克劳利(1993)和Chang et al。(2004)使用镀锌排水沟这可能是锌水平升高的一个原因。

门德斯et al。(2010)从两个全面分析了径流和半工业规模沥青瓦屋顶,而另一个屋面材料。径流的质量两个年龄相仿的全面沥青瓦屋顶由于其他影响因素,如不同地理位置和植被的数量。半工业规模的沥青瓦屋顶径流显示高铜浓度(中位数339μg / L在第一冲洗),超过GFS的阈值。纯雨水未被污染的(平均0.98第一冲洗μg / L)。源还不清楚,因为没有铜排水沟或配件上使用半工业规模沥青瓦屋顶(门德斯et al ., 2010)。冬天et al。(2015)分析不同沥青瓦屋顶径流有或没有algae-resistant铜颗粒。从沥青瓦屋顶径流algae-resistant铜颗粒含有更高浓度的铜(平均30μg / L)比其他沥青瓦屋顶(中位数2.1μg / L)和径流从玻璃控制面板(平均0.5μg / L)。

托兰et al。(2012)相比与其他屋面径流从沥青瓦屋顶材料(沥青屋顶,绿色屋顶和金属屋顶)。绿色屋顶径流相比,P_合计和N_合计浓度较低的沥青瓦屋顶径流。NH的浓度₄⁺,没有₃⁻,没有₂⁻没有显示出明显的差异(托兰et al ., 2012)。Buffam et al。(2016)监控从沥青瓦屋顶雨水径流和雨水在22个月。只有沥青瓦屋顶的锌浓度超过GFS阈值,在雨水本身浓度很低。没有关于地沟材料中给出的信息Buffam et al。(2016),因此锌在径流不能评估的起源。

表6总结了径流研究的数据。Chang &克劳利(1993)和Chang et al。(2004)没有解释径流中的Pb值升高。更多的研究与使用地沟材料的详细信息和保护化学品需要做出假设重金属浓度的沥青瓦屋顶径流。

沥青屋顶

九出版物被发现,分析了径流数据从所谓的沥青,平坦的沥青,沥青屋顶,这里总结与沥青屋顶。所有的屋顶有一个缓坡(< 10°)或完全持平。在S.7概述。

Teemusk &曼德(2007)分析了径流从沥青屋顶和一个绿色屋顶在两个温和的和一个大雨事件以及融雪。的价值补充表S7雨是计算平均的三个事件。关于这些降雨事件,没有₃⁻所以₄^{2 -}在沥青屋顶径流水平总是低于绿色径流,和P_合计浓度较高。原因是尘埃和其他污染物。然而,由于小数量的事件取样,可用的数据并不足以使可靠的语句。

有更多的数据Lamprea &鲁班(2008)径流监测的四个屋面材料,即沥青屋顶和混凝土瓦屋顶(包括PVC水槽),板岩和锌片与镀锌排水沟(都)在一段时间内的五个月在法国(Lamprea &鲁班,2008)。没有明显的浓度差异可以发现Cd,铬和铜。屋顶与镀锌排水沟显示高锌浓度和PVC水槽Pb值升高。Pb值升高沥青屋顶径流在这项研究中,它超过了GFS阈值,可以解释的Pb的PVC更高的阻力。

范托架et al . (2009)从沥青屋顶径流收集样本,比较绿色屋顶径流。研究无机物质的浓度除P_合计高沥青屋顶径流与绿色屋顶径流相比,但主要是根据GFS或GrwO阈值。只有铜沥青屋顶径流躺GFS阈值之外,并没有进一步的解释。Tobiszewski et al。(2010)没有发现明显的差异从沥青屋顶径流,混凝土瓦屋顶、石棉水泥屋顶,和锌屋顶。然而,这项研究只列出了值的最小值和最大值,因此不能直接与其他研究的均值和中位数的值。

对所有参数进行监测托兰et al。(2012)(没有₂⁻,在北半球₄⁺N_合计,和P_合计),沥青屋顶径流显示低浓度或类似的石棉瓦屋顶相比,绿色屋顶,金属屋顶。在研究沥青屋顶径流Zhang et al。(2014)显示锌浓度高于径流从水泥瓦屋顶和陶土瓦屋顶。沥青屋顶之间没有明显的浓度差和混凝土瓦屋顶径流的研究中检测出Nosrati (2017)。Nawrot & Wojciechowska (2018)收集的数据从铜屋顶,粘土瓦屋顶,沥青屋顶降雨径流在前15分钟。沥青屋顶径流显示半岛最大的平均浓度(152μg / L), Cd(0.60μg / L), Pb(6.00μg / L)和锌(15520μg / L)。粗糙度和低倾角相比其他屋顶被视为原因铅和铝浓度最高的沥青屋顶径流和其他参数给出任何解释(Nawrot & Wojciechowska 2018)。的研究Nawrot & Wojciechowska (2018)分析只有第一个刷新,数据没有列出表7,总结了沥青屋顶径流浓度。

关于表7,特别是重金属的浓度超过阈值。Pb值高Lamprea &鲁班(2008)被解释为使用PVC地沟。无法解释的高浓度重金属在沥青屋顶径流在本研究的研究范托架et al . (2009)和Nawrot & Wojciechowska (2018)。

与评价的数据描述的屋面材料之前,必须进行进一步的调查的科学的评价沥青屋顶径流。

陶土瓦屋顶

十八出版物的径流粘土和瓷砖的屋顶,都称为陶土瓦屋顶,进行了分析。大多数的研究进行了在欧洲和亚洲,看到的补充表S8。Chang &克劳利(1993)发现粘土瓦屋顶的雨水径流的质量相比,木瓦屋顶、沥青瓦屋顶,石头和沥青屋顶径流。Ca和pH值高,是由于酸性降雨和风化粘土的瓷砖包含Ca (Chang &克罗利,1993)。相同的过程对陶土瓦屋顶被观察到奎克先生&福斯特(1993)。Wahyuningsih et al。(2020)发现pH值和最高最好的整体质量粘土瓦屋顶径流比其他屋面材料。Zdeb et al。(2020)还监控pH值的增加粘土瓦屋顶径流。

关于重金属,粘土瓦屋顶径流的研究Melidis et al。(2007)显示浓度升高可能造成的锌和铁金属水槽。620年的相对较高的锌浓度中位数μg径流研究/ LChang &克劳利(1993)也可能造成镀锌排水沟和高浓度的雨水。Lamprea &鲁班(2008)解释高Pb值与铅浸出的PVC水槽。无法解释的锌浓度升高。然而,从锌床单和石板屋顶径流显示3至9倍比粘土瓦屋顶的锌浓度。Zobrist et al。(2000)发现粘土瓦屋顶径流中的铜值升高,可能是由于铜排水沟。此外,粘土瓦屋顶似乎TSS作为来源,锰、铁和铅。然而,由于Pb值也可能过高的高速公路附近的研究Zobrist et al。(2000)。

在第一冲洗的研究Nawrot & Wojciechowska (2018),意思是锌和铜浓度在粘土瓦屋顶径流(铜锌:1 470μg / L: 20μg / L)远高于推荐GFS阈值,从主雨水污染并没有结果。没有地沟的信息材料或其他可能的原因。中描述的混凝土平屋顶部分,Gikas & Tsihrintzis (2017)发现NH₄⁺,阿宝₄^{3 -},Ca^{2 +}值显示差异从混凝土平屋顶屋面径流和陶土瓦屋顶。NH升高的主要来源₄⁺和P_合计农村地区的径流浓度地衣,鸟、啮齿目动物(Gikas & Tsihrintzis, 2012;Gikas & Tsihrintzis, 2017)。相比之下,北半球₄⁺和P_合计值径流从其他陶土瓦屋顶在郊区和城市环境中较低。因此,当地条件可能对径流的质量有很大的影响。李et al。(2012)比较了四种屋顶类型和在韩国第一次冲洗分析。在粘土瓦屋顶径流PH值高于金属和木头瓦屋顶样本。这是按照前面提到的研究发现。

Ghazali & Sulaiman (2018)分析了径流从粘土瓦屋顶和镀锌屋顶在马来西亚。铁和锌浓度较低的粘土瓦屋顶径流,EC和pH值略高。作者建议从陶土瓦屋顶径流的使用而不是从镀锌金属屋顶用于国内。由于几乎所有的低价值径流粘土瓦屋顶的质量参数,Zhang et al。(2014)也认为粘土瓦屋顶是最适合集雨(混凝土屋顶平台相比,沥青屋顶,和绿色屋顶)。原因是更好的抗衰老和风化和淋溶的营养和有机污染物Zhang et al ., 2014)。按照这个,毛et al。(2021)还声称陶土瓦屋顶集雨是最好的屋面材料。毛泽东研究的范围内,从倾斜的半工业规模的屋顶雨水径流(粘土瓦屋顶、镀锌金属、混凝土、沥青)都是被监控的。

Ayenimo et al。(2006)报道,陶土瓦屋顶径流显示更好的质量比石棉混凝土屋顶。Vialle et al。(2011)分析收集屋顶径流从粘土瓦屋顶一年。大多数参数的值对应的浓度来衡量其他作者陶土瓦屋顶。这一发现也证实了Tobiszewski et al。(2010)。阈值特别是锌超过五个研究。高铅和锌浓度Chang &克劳利(1993)和Melidis et al。(2007)也可能被解释成金属水槽。高铅径流浓度可能是由于浸出从PVC水槽(Lamprea &鲁班,2008)。Wahyuningsih et al。(2020)报道指锌浓度240μg / L的雨水没有接触到屋面材料。因此,粘土瓦屋顶本身不作为锌源。这同样适用于Ayenimo et al。(2006)在雨水的控制样本显示平均浓度880μg / L。

个人的这些研究的结果进行了对比表8。

总的来说,它可以表示,高粘土瓦屋顶径流中重金属的浓度常常似乎是由于忽明忽暗系统或已经在雨水本身值升高。NH值增加₄⁺和P_合计似乎取决于当地情况像动物或植物的特点,而粘土瓦屋顶的材料属性导致pH值和Ca值。几个作者推荐陶土瓦屋顶集雨相比其他屋面类型的应用程序。

绿色屋顶

14中列出的出版物补充表S9分析完成从绿色屋顶径流。绿色屋顶可以分为两类:广泛、深入。广泛的绿色屋顶是由薄衬底层草等植物或苔藓和计划不需要维护。相比之下,密集的绿色屋顶包含更大的深土层植物像灌木丛或树木和通常需要维护(Berndtsson 2010)。综述绿色屋顶一词用于广泛的绿色屋顶。

绿色屋顶可以作为水槽或无机物质的来源。降雨事件的强度,因此径流率强烈影响绿色屋顶径流中的物质浓度(Teemusk &曼德(2007)。例如,没有₃⁻和阿宝₄^{3 -}浓度较高的暴雨径流事件相比低降雨事件。

最重要的是,磷的形式溶解PO₄^{3 -}和P_合计以及氮N_合计洗底物在许多研究证明(例如,Berndtsson et al ., 2006;范托架et al ., 2009;格雷戈勒&克劳森,2011;刘et al ., 2020)。因此,屋顶的年龄是一个决定性的因素在决定是否发出多少磷。Buffam et al。(2016)注意到,特别是在一开始,阿宝的绿色屋顶作为来源₄^{3 -}。Berndtsson et al。(2006)分析从四个绿色屋顶径流。他们说,只有最古老的绿色屋顶不是阿宝的一个重要来源₄^{3 -}和P_合计。径流磷的一个原因是肥料的应用。托兰et al。(2012)分析了径流与没有compost-addition绿色屋顶。P_合计,以及N_合计值更高的堆肥时添加到一个绿色屋顶。Berndtsson et al。(2009)监控一个绿色屋顶在瑞典和两个密集的绿色屋顶。密集和广泛的绿色屋顶表现出不同的行为。高P_合计浓度在绿色屋顶径流被发现,而密集的绿色屋顶释放P_合计和作为一个水槽N_合计。这样做的原因可能是更高的营养需求较大的植物(Berndtsson et al ., 2009)。Seidl et al。(2013)还报导说,绿色屋顶作为PO的来源₄^{3 -}和N_合计。然而,在干旱时期,小的降雨事件,绿色屋顶的水池行为观察这些参数(Seidl et al ., 2013)。Buffam et al。(2016),分析了径流从八个绿色屋顶三年只在夏季。整体价值观表明年长的屋顶,水质越好。这对TSS和NH尤其被观察到₄⁺由于基质的增加稳定的根和一个更好的吸附带正电的北半球₄⁺衬底。P_合计研究时间浓度保持不变。底物的类型和厚度以及植被类型对不同参数的影响(柴et al ., 2018)。刘et al。(2020)这意味着N报道_合计浓度增加径流从第二监控的绿色屋顶:15.7 mg / L N_合计相比,绿色屋顶径流雨水的平均浓度为2.18 mg / L。高价值是归因于衬底用作N_合计衬底的内容从1.19克/公斤下降到0.51 g / kg监测期间(刘et al ., 2020)。马尔科姆et al。(2014)发现的P水平_合计和N_合计在扁平砾石在绿色屋顶径流高于屋顶径流。本研究中未列出的值表9作为金属值分析了只有在一个雨事件和没有意思或中值N的值_合计和P_合计可以给。表9描述清楚,尤其是PO的价值观₄^{3 -}高,超过阈值在大多数的分析研究。然而,没有明确的趋势可以看出N_合计。一些屋顶显示高N_合计水平,其他没有影响或作为一个水槽N_合计。

有几项研究报告说,绿色屋顶可以保留等重金属铜、铅和锌的雨水(格雷戈勒&克劳森,2011;Gnecco et al ., 2013;Seidl et al ., 2013)。然而,一些研究表明铜或锌浓度升高在绿色屋顶径流(格雷戈勒&克劳森,2011;Buffam et al ., 2016)。这些研究在屋顶排水沟或其他材料的影响不能被排除在外。然而,没有提供地沟材料信息将解释高锌或铜值。

浓度的₄^{2 -}、Ca、Mg,绿色屋顶基质成分,增加径流(Teemusk &曼德,2007)。的值Teemusk &曼德(2007)没有显示在表9因为只有样品从一个屋顶是在两个不同的流出。范托架et al . (2009)绿色屋顶径流中发现高钙和镁值相比,沥青屋顶径流。按照这个,径流质量显示强劲的季节性变化。钙、钾、镁和钠浓度增加在夏季。作者认为短期观察可能不充分代表绿色屋顶径流。这些强劲的季节性的波动并没有被观察到的沥青瓦屋顶径流和降水质量(Buffam et al ., 2016)。

Zhang et al。(2014)相比径流从传统半工业规模的屋顶径流半工业规模的绿色屋顶。绿色屋顶径流显示更高的EC值、Cl⁻,所以₄^{2 -}、钾、钠、镁、和铜浓度相比其他屋顶径流。作者认为不适合绿色屋顶径流雨水收集(Zhang et al ., 2014)。

总的来说,应用基质,肥料的应用,植物,年龄,抽样的季节,和其他因素可以对径流的质量有强烈的影响。因此,这些因素应该考虑当比较从不同的绿色屋顶径流。数据表9是专门从绿色屋顶径流不至于第一次分离。

结论

作为本研究的结果,它可以表示,研究分析了非金属屋顶径流是非常有限的,没有明确的或统计相关报表可以对大多数屋面材料对污染物的排放。然而,无论数量的研究不同的屋顶,它可以清楚地表明,重金属也是一个问题在非金属屋顶径流。根据金属的浓度,通常低100倍相比,金属屋顶径流,但他们经常超过阈值,有时在相当大的浓度。在金属的应用包含化学品和防腐剂,金属浓度超过阈值高达1000倍,与金属屋顶径流。此外,强大的浓度变化可能发生由于忽明忽暗的材料体系和其他建筑材料。

除重金属外,一些屋顶材料也作为营养来源的排放量,例如,绿色屋顶。在这里,不同的基质成分和屋顶年龄对径流的质量有影响。不同的其他因素在屋顶的环境也影响径流的质量:规模大,污染物在空气和雨水自然或人为的来源,在小范围内,屋顶上的植物和动物。

非金属径流的屋顶,还应该考虑是否植被,水土污染的潜在来源。因此,需要足够的治疗径流在进入环境。此外,治疗前需要收集径流为国内使用,甚至使用它作为饮用水源。第一冲洗治疗至少可以帮助减少污染相对较少的努力。然而,它必须记住后径流也包含污染物。详细审查第一冲洗后径流品质不是本研究的一部分,应该进行进一步的研究。

从污染物负荷的角度来看,屋顶排放重金属以任何方式,无论是通过防腐剂或增加大量的金属通过忽明忽暗系统应该被批判。特别关键的木瓦屋顶有防腐剂。排名的屋面材料检查不能由于屋面材料有限的数据可用。

总的结论是,只有一些研究的主题而且存在偏见,如地沟材料和大气口供为例。更严重的研究迫切需要统计可评价的语句。明显有些屋面材料发出water-relevant物质流失,因此必须处理从渗入地下水保护水生环境。

作者的贡献

概念化,JD;方法,JD;验证、JD、数据管理、JD;原创作品草稿准备,JD;BH writing-review和编辑;可视化、JD黑洞;监督,黑洞。所有作者已阅读及同意的版本的手稿。

资金

这项工作没有收到外部资金支持的,但德国研究基金会(DFG)和慕尼黑工业大学(TUM)在开放获取的框架支持计划。

确认

我们想感谢达芙妮Keilmann-Gondhalekar英语校对工作。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fenvc.2022.884021/full补充材料

引用