合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染控制及優(yōu)化探究

陳冬育

摘? 要：目前，我國的大部分城市仍然保留了合流制排水系統(tǒng)，而合流制排水系統(tǒng)的復(fù)雜性、溢流過程的隨機(jī)性和多變性導(dǎo)致合流制溢流污染是這些城市排水系統(tǒng)的一個(gè)頑疾，面臨很多問題。基于此，作者結(jié)合自身工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)城市合流制排水系統(tǒng)及雨水溢流污染控制優(yōu)化提供一個(gè)清晰的思路，為解決合流制區(qū)域的溢流污染及排水能力不足等問題提供參考建議。

關(guān)鍵詞：合流制管網(wǎng);溢流;污染控制;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）17-0115-02

Abstract： At present， most cities in China still retain the confluence drainage system， and the complexity of the confluence drainage system， the randomness and variability of the overflow process lead to the confluence overflow pollution is a stubborn disease of these urban drainage systems， faced with a lot of problems. Based on this， combined with my own practical experience， the author provides a clear idea for the optimization of urban confluence drainage system and rain water overflow pollution control. The purpose of this paper is to provide reference and suggestions for solving the problems of overflow pollution and insufficient drainage capacity in the confluence area.

Keywords： combined pipe network; overflow; pollution control; optimization

雖然部分城區(qū)近年來一直在開展雨污分流改造工程，以減少合流制系統(tǒng)對(duì)水體的污染，但是由于部分城區(qū)排水系統(tǒng)較為復(fù)雜，各城市在實(shí)施雨天溢流污染控制過程中存在很多難題，舉步維艱，因此，提出雨天溢流污染的有效策略控制是本文重點(diǎn)探究的問題。下面通過借鑒相關(guān)學(xué)者最新研究和發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，闡述城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)溢流污染控制優(yōu)化策略。

1 雨天溢流與排放污染成因、特征及影響

1.1 雨天排放污染事件直接原因

目前我國城市對(duì)雨天溢流污染控制問題認(rèn)識(shí)不足，未能引起足夠的重視，對(duì)溢流污染控制決策缺乏科學(xué)指導(dǎo)。雨天排放污染事件都是由于以下幾個(gè)原因直接導(dǎo)致：（1）地表徑流過程雨水挾帶污染物，初期雨水污染物濃度高，初雨直排水體對(duì)水環(huán)境污染尤為嚴(yán)重;（2）雨水匯流過程中沖起管道沉積物并隨雨水排放;（3）分流制混接錯(cuò)接污水及合流制原生污水隨雨水排放;（4）截流式合流制系統(tǒng)截流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低;（5）分流制雨水系統(tǒng)缺少針對(duì)性工程對(duì)策。

1.2 雨天溢流與排放污染的影響、控制必要性

如今，我國許多城市存在雨天合流制溢流污染問題，由于雨天溢流與排放污染事件具有季節(jié)性、不可預(yù)見性，污水中含有各自病原微生物及各種有毒有害物質(zhì)，嚴(yán)重影響城市水環(huán)境質(zhì)量，尤其對(duì)于我國南方多雨地區(qū)更為突出，因此為了能夠根本改善城市水環(huán)境質(zhì)量，開展城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)溢流與排放污染控制是非常必要的。

2 雨天溢流污染主要影響因素

2.1 降雨對(duì)溢流的影響

相關(guān)研究表明，進(jìn)去合流制管道前，雨水徑流的沖刷輸送規(guī)律主要受降雨條件和場(chǎng)地影響?；诖?，筆者為了更加有效分析降雨對(duì)溢流的影響，通過對(duì)廣州市某停車場(chǎng)雨水口進(jìn)行取樣調(diào)查，經(jīng)過對(duì)結(jié)果分析表明，平均降雨強(qiáng)度越大，雨水口監(jiān)測(cè)到的徑流初期沖刷越明顯。匯水面的沖刷規(guī)律及降雨條件使得管道內(nèi)污染物輸送規(guī)律更為復(fù)雜。

2.2 管網(wǎng)對(duì)溢流的影響

合流制管網(wǎng)系統(tǒng)在長期的正常使用過程中因污水中所含各種不同的雜質(zhì)，管道內(nèi)產(chǎn)生淤積，影響污水的正常傳輸。此外管網(wǎng)中污水水位的不同也在一定程度上影響合流制排水系統(tǒng)的排水能力。目前我國一些發(fā)達(dá)的城市基本實(shí)現(xiàn)對(duì)旱季污水的截留處理，但雨天溢流對(duì)城區(qū)水體造成嚴(yán)重污染，另外加上一些老城區(qū)排水網(wǎng)管的特殊情況決定不能大面積進(jìn)行合流制管網(wǎng)改造，針對(duì)這一實(shí)況，對(duì)于合流制管網(wǎng)來說，清淤是較為經(jīng)濟(jì)合理且能達(dá)到較好的檢查井溢流控制效果的措施。

2.3 截流設(shè)施對(duì)溢流的影響

溢流都是由于截流管截流能力不能滿足合流制管道內(nèi)雨、污混合水的流量而產(chǎn)生的。目前合流制系統(tǒng)的截流和溢流過程主要受雨型、降雨強(qiáng)度、截流倍數(shù)、旱季污水流量、管道系統(tǒng)調(diào)蓄能力和溢流井設(shè)計(jì)形式等因素的影響。

3 合流制溢流控制策略

3.1 源頭控制

雨水徑流量的匯入是合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染的根本原因，可以從水質(zhì)和水量?jī)煞矫嫔线M(jìn)行面源污染控制，比如加強(qiáng)下墊面的清掃，最大程度減少合流制管道的潛在污染物的量，同時(shí)還可以有效調(diào)整進(jìn)入管道系統(tǒng)的徑流總量、峰流量，以實(shí)現(xiàn)削減雨天溢流負(fù)荷的效果。

目前，國內(nèi)學(xué)者借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)理念，注重應(yīng)用低影響開發(fā)技術(shù)，主要有以下幾個(gè)方面：（1）屋頂綠化。由護(hù)根層、種植層、過濾層和蓄排水層等組成的屋頂綠化結(jié)構(gòu)，通過攔截懸浮物SS和顆粒態(tài)較多的COD，有著一定的去污能力。同時(shí)，屋頂綠化利用蓄排水層進(jìn)行雨水的儲(chǔ)存，提供自身使用。（2）植被淺溝。植被淺溝設(shè)計(jì)和布局靈巧，在某些地區(qū)經(jīng)常被用來代替管道進(jìn)行徑流雨水的輸送和排放，通過不斷的下滲作用減少徑流量的同時(shí)可以截留大量污染物。（3）透水鋪裝。透水鋪裝結(jié)構(gòu)主要由混凝土塊和塑料網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填以沙子、礫石及土壤等組成，在確保道路安全運(yùn)營下，達(dá)到較好的排水效果，同時(shí)作為一種濾體，實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒污染物的有效截留。

3.2 管道系統(tǒng)控制

為了實(shí)現(xiàn)雨天溢流污染物總量削減目標(biāo)，合流制溢流污染的管道系統(tǒng)控制主要思路是從整個(gè)系統(tǒng)入手，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)管道參數(shù)，從源頭減少進(jìn)入合流制系統(tǒng)的徑流量，采取一定措施增加截流管截流能力，實(shí)現(xiàn)溢流污染的控制。

（1）優(yōu)化截流倍數(shù)。截流倍數(shù)作為雨天溢流污染控制系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，工程實(shí)踐一般認(rèn)為，在規(guī)定的截留倍數(shù)范圍內(nèi)，截流倍數(shù)越大，相對(duì)應(yīng)的其污染控制效果越好，環(huán)境整體效益好，可以通過加大截流倍數(shù)實(shí)現(xiàn)雨污水全部截流，避免雨天溢流的產(chǎn)生。但是，截流倍數(shù)越大，對(duì)污水廠處理能力有較高的要求，這就意味著管道和污水廠的工程費(fèi)用也要相應(yīng)提高。同時(shí)，在晴天和較小降雨時(shí)這部分輸送能力和處理能力都是一定程度的浪費(fèi)。所以進(jìn)行截留倍數(shù)的優(yōu)化要根據(jù)污水處理廠規(guī)劃設(shè)計(jì)能力、當(dāng)?shù)毓芫W(wǎng)情況、經(jīng)濟(jì)能力、雨天溢流控制要求來綜合考慮，在滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡量選擇較小的截流倍數(shù)，對(duì)受納水體的水質(zhì)和水量進(jìn)行有效控制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)方案。（2）管道沖洗。在旱時(shí)，合流制管理在長期運(yùn)行的中污染物沉積嚴(yán)重，雨天時(shí)這些污染物被沖擊泛起并隨溢流進(jìn)入受納水體。有關(guān)研究表明60%合流制排水管道存在沉積物，且管道中沉積物較為嚴(yán)重。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)狀，晴天時(shí)加強(qiáng)對(duì)管道沉積物定期清洗沖洗，能夠一定程度減低溢流時(shí)污染物濃度。管道沖洗主要有人工沖洗和自動(dòng)沖洗，我國目前人工沖洗一般是使用沖洗車或消防栓從檢查井向管道內(nèi)注入高壓水流，達(dá)到?jīng)_洗部分沉積物的目的，但是對(duì)于管道內(nèi)存在的一些較重顆粒物，難以通過人工沖洗進(jìn)行清除。自動(dòng)沖洗通過在管道內(nèi)部安裝沖洗裝置，對(duì)管道沉積物進(jìn)行定期沖洗。目前我國部分地區(qū)已有比較成熟的自動(dòng)沖洗技術(shù)產(chǎn)品用于排水系統(tǒng)中。（3）末端凈化處理。對(duì)溢流污染而言，除了在源頭上進(jìn)行徑流量削減、管道截流倍數(shù)的優(yōu)化等措施外，還需要選擇合適高效的后續(xù)處理設(shè)施控制雨天溢流污染。下面主要介紹以下2個(gè)措施：a. 旋流分離器，旋流分離器近年來被較廣泛的應(yīng)用于溢流污染控制，其原理主要是通過在溢流污水排放到受納水體之前進(jìn)行預(yù)處理裝置的安裝。旋流分離器的去除效果良好，經(jīng)旋流分離器處理后的污水水質(zhì)得到較大改善。b. 快速過濾池，雨天溢流末端處理的裝置除了要滿足大流量的污水迅速通過，還要具備良好的處理效果。普通的快濾池一般占地面積大，配套裝置多，成本高。針對(duì)這一情況，目前市面針對(duì)雨天溢流污染特點(diǎn)開發(fā)一種用于大水量快速處理的懸浮快濾池，采用輕型的小顆粒懸浮濾料作為過濾載體，從而達(dá)到凈化污水的目的。

4 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

4.1 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

某城區(qū)為合流制排水系統(tǒng)，大多網(wǎng)管失修已久，受納水體雨天溢流污染嚴(yán)重，為了結(jié)合該城區(qū)合流制區(qū)域改造，現(xiàn)計(jì)劃建設(shè)多座雨天溢流調(diào)蓄池，擬建調(diào)蓄池的位置均選擇在匯水區(qū)下游的溢流口附近。

4.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)收納水體的污染物有效控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)暴雨期超過截流管截流能力的污水進(jìn)行暫時(shí)儲(chǔ)存，處理后回用或排入水體。

4.3 調(diào)蓄池規(guī)模

雖然調(diào)蓄控制技術(shù)見效快，但由于占用較大地下空間，加上建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，所以進(jìn)行調(diào)蓄池規(guī)模的合理設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，本設(shè)計(jì)中主要參考《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》中初期徑流棄流量取值，參照下墊面實(shí)測(cè)收集雨水的COD、SS、色度等污染物濃度確定。根據(jù)以上資料，確定該地區(qū)初期雨水徑流厚為4mm，得出匯水面積大約727hm2，初期雨水量為29080m3，確定調(diào)蓄池規(guī)模為30000m3。

4.4 調(diào)蓄后初期雨水的處理方式

由于該市城區(qū)已有建成的污水處理廠長期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，且周邊無用地供廠區(qū)擴(kuò)建，所以該項(xiàng)目設(shè)計(jì)建設(shè)一條管徑為D1000的污水連通管，將初期雨水接至距離較近且能滿足增加初期雨水處理量需求的第二污水廠進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后排放。

4.5 截流系統(tǒng)規(guī)模確定

為了實(shí)現(xiàn)土地資源有效節(jié)約，本項(xiàng)目調(diào)蓄池和提升泵站規(guī)劃在綠化用地內(nèi)。同時(shí)根據(jù)該項(xiàng)目的截污系統(tǒng)運(yùn)行需求，設(shè)置了4座閘閥。雨水截流箱涵設(shè)計(jì)流量按照重現(xiàn)期P=0.33a時(shí)箱涵匯水面積為5.0km2確定。調(diào)蓄池規(guī)模按照B*L*H=125m*60m*4m的尺寸設(shè)計(jì)。

4.6 運(yùn)行方式

該項(xiàng)目在未降雨期間以及降雨量較小時(shí)進(jìn)行所有閘門的關(guān)閉，初期雨水提升泵站停運(yùn)，調(diào)蓄池排空，雨水和污水通過污水泵站抽排。

5 結(jié)束語

合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染控制應(yīng)從全局考慮，進(jìn)行系統(tǒng)性決策，按照“源頭削減、過程控制、末端處理”的原則，因地制宜，從專業(yè)規(guī)劃層面以削減排入受納水體的污染物總量為控制目標(biāo)，并充分考慮各子系統(tǒng)合理匹配，同時(shí)改造設(shè)施不能局限于管道，還需加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的改造優(yōu)化，多管齊下，確定最優(yōu)的技術(shù)措施和方案，實(shí)現(xiàn)城市水質(zhì)的提升。

另外在以上的優(yōu)化策略中，通過建立調(diào)蓄池進(jìn)行污染控制，調(diào)蓄池污染控制是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工程，其改造方案的制定需要在綜合評(píng)估合流制排水系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過多系統(tǒng)、多部門、多專業(yè)的協(xié)調(diào)配合下進(jìn)行，尋求最優(yōu)方案。

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