天津市初期雨水調(diào)蓄池排空時(shí)間的探討

□文/羅 婷 張 強(qiáng)

天津市作為港口城市是北方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心，同時(shí)也是一個(gè)水資源短缺、水生態(tài)系統(tǒng)脆弱的城市，水質(zhì)污染加重了水資源危機(jī)，使生態(tài)系統(tǒng)受損。

近年來，通過“清水工程”、“美麗天津一號工程”等項(xiàng)目的實(shí)施，截污治污能力顯著提高，點(diǎn)源水污染的排放已得到較好控制，旱季污水直排河道現(xiàn)象明顯減少，河道水質(zhì)有所改善。

隨著點(diǎn)源污染的逐步削減，非點(diǎn)源水污染對天津水環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步提高構(gòu)成了嚴(yán)重的阻礙。城市初期雨水徑流污染成為僅次于農(nóng)業(yè)的第二大面源污染源，是地表水體污染的主要來源。為達(dá)到河道水質(zhì)規(guī)劃的目標(biāo)要求，需進(jìn)行初期雨水的收集與處理，達(dá)到治理非點(diǎn)源污染、保障河道水質(zhì)的目的，這也是新形勢下水環(huán)境治理的要求。目前，負(fù)責(zé)削減中心城區(qū)合流制地區(qū)溢流水污染的先鋒河、新開河調(diào)蓄池將于2019年底前完成建設(shè)并投入使用，一批重點(diǎn)區(qū)域的調(diào)蓄池正在或計(jì)劃建設(shè)中，這對改善市區(qū)河道的水環(huán)境質(zhì)量將起到較大的作用。

排空時(shí)間的確定是調(diào)蓄池設(shè)計(jì)、運(yùn)行過程中需要著重考慮的一個(gè)重要參數(shù)，合理的確定排空時(shí)間既能有效的去除污染物又能減少后續(xù)處理設(shè)施的投資及運(yùn)行費(fèi)用。

1 初期雨水調(diào)蓄池排空時(shí)間的影響

1.1 利用率

當(dāng)調(diào)蓄規(guī)模一定時(shí)，排空時(shí)間越短，為下一場降雨預(yù)留的調(diào)蓄容積越大，即相對調(diào)蓄規(guī)模越大，污染物削減率越高。

1.2 后續(xù)處理設(shè)施的規(guī)模

排空時(shí)間決定了下游處理設(shè)施規(guī)模和工程造價(jià)，排空時(shí)間越短，下游轉(zhuǎn)輸及處理設(shè)施的規(guī)模越大，投資越高，運(yùn)行費(fèi)用也相應(yīng)增加。

1.3 管理運(yùn)行的要求

在滿足污染物削減的前提下，排空時(shí)間越長，調(diào)蓄池容積越大。初期雨水在調(diào)蓄池停留時(shí)間過長對后續(xù)的運(yùn)行管理不利，有研究表明［1］：

1）儲(chǔ)存時(shí)間越長，越有可能發(fā)生厭氧狀況，產(chǎn)生臭氣，對周邊環(huán)境造成極大影響，同時(shí)令水質(zhì)惡化，增加處理成本；

2）調(diào)蓄池停留時(shí)間過長，會(huì)產(chǎn)生臭氣和固體，不易被沖刷和清除，積累的沉泥會(huì)增加維護(hù)成本和清理難度，調(diào)蓄池的停留時(shí)間不宜超過4～5 d。

因此，確定合理的調(diào)蓄池排空時(shí)間，既要考慮調(diào)蓄池的利用率和削污效益，同時(shí)應(yīng)兼顧考慮后續(xù)處理設(shè)施的投資和運(yùn)行費(fèi)用。

2 初期雨水調(diào)蓄池排空時(shí)間的分析

以天津市主城區(qū)五座污水處理廠及其服務(wù)范圍為例，將天津市的降雨資料、初期雨水的典型水質(zhì)作為基礎(chǔ)參數(shù)，計(jì)算論證調(diào)蓄池的合理排空時(shí)間。

2.1 不同排空時(shí)間下調(diào)蓄池的利用率及削污效益

2.1.1 降雨

降雨強(qiáng)度2 mm 以內(nèi)，不會(huì)形成地表徑流，因此本次主要針對近30 a 強(qiáng)度＞2 mm 的降雨進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。見表1。

表1 天津市近30 a降雨統(tǒng)計(jì)

由表1 可知，強(qiáng)度＞2 mm 的年均降雨次數(shù)為35次，強(qiáng)度＞2 mm年均降雨總量為490.2 mm。

2.1.2 調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)

天津市目前確定的主城區(qū)分流制地區(qū)的初期雨水調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)為6～8 mm，合流制地區(qū)的調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)為25 mm。主城區(qū)90%以上的區(qū)域排水體制為分流制，因此本次計(jì)算中采用的主要調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)為6～8 mm。

2.1.3 調(diào)蓄池利用率計(jì)算

通過對降雨時(shí)間、降雨量的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出排空時(shí)間為24、48、72 h 的調(diào)蓄池利用率，分別為92.5%，80%、75%。以上三種排空時(shí)間均能滿足調(diào)蓄池的利用率宜取0.3～0.9的要求［2］。

2.1.4 削污效益

目前，天津市主城區(qū)初期雨水調(diào)蓄池的出水考慮進(jìn)污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后排放，主城區(qū)的污水處理廠出水均達(dá)到地方標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)[3]。

根據(jù)天津地區(qū)雨水水質(zhì)[4]、調(diào)蓄池不同排空時(shí)間的利用率，計(jì)算出主城區(qū)初期雨水調(diào)蓄池的主要污染物的削減效益。見表2。

表2 主要污染物削減效益

2.2 不同排空時(shí)間對應(yīng)的污水處理廠規(guī)模計(jì)算

為保證初期雨水的處理效果，減輕對城市河道的污染，天津市的調(diào)蓄池收集的初期雨水主要輸送至污水處理廠進(jìn)行處理后排放，因此污水處理廠擴(kuò)建的規(guī)模，與初期雨水的調(diào)蓄量及初期雨水調(diào)蓄池的排空時(shí)間相關(guān)。

天津市主城區(qū)主要有五大污水處理廠，根據(jù)其服務(wù)范圍，按6～8 mm 的調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)（合流制區(qū)域按25 mm計(jì)算），產(chǎn)生的初期雨水量見表3-表7。

表3 津沽污水處理廠初期雨水量

表4 咸陽路污水處理廠初期雨水量

表5 張貴莊污水處理廠初期雨水量

表6 東郊污水處理廠初期雨水量

表7 北倉污水處理廠初期雨水量

若考慮初期雨水經(jīng)調(diào)蓄池按24 h 排空，五座污水處理廠的旱季、雨季規(guī)模見表8。

表8 調(diào)蓄池24 h排空主城區(qū)五座處理廠處理規(guī)模

調(diào)蓄池排空時(shí)間為24 h 時(shí)，主城區(qū)五座污水處理廠的雨季處理規(guī)模需增大至620×104m3/d，投資約增加177.5億院，每年增加運(yùn)營費(fèi)約27.2億元。

若考慮初期雨水調(diào)蓄池按48 h 排空，五座污水處理廠的旱季、雨季規(guī)模見表9。

表9 調(diào)蓄池48 h排空主城區(qū)五座處理廠處理規(guī)模

調(diào)蓄池排空時(shí)間為48 h 時(shí)，主城區(qū)五座污水處理廠的雨季處理規(guī)模需增大至444×104m3/d，投資約增加89.5億元，每年增加運(yùn)營費(fèi)約13.7億元。

若考慮初期雨水調(diào)蓄池按72 h 排空，五座污水處理廠的旱季、雨季規(guī)模見表10。

表10 調(diào)蓄池72 h排空主城區(qū)五座處理處理規(guī)模

調(diào)蓄池排空時(shí)間為72 h 時(shí)，主城區(qū)五座污水處理廠的雨季處理規(guī)模需增大至384×104m3/d，投資約增加59.5億元，每年增加運(yùn)營費(fèi)約9.1億元。

通過以上分析計(jì)算，當(dāng)初期雨水調(diào)蓄池排空時(shí)間為24 h時(shí)，調(diào)蓄池的利用率為92.5%，后續(xù)處理設(shè)施增加的規(guī)模較大，投資及運(yùn)行費(fèi)用均大幅增加，不推薦在天津地區(qū)采用。

調(diào)蓄池排空時(shí)間為48 h 與72 h 相比，污水處理廠投資增加30億元，每年的運(yùn)行費(fèi)用增加4.6億元，調(diào)蓄池的利用率僅提高5%。

3 結(jié)論

初期雨水調(diào)蓄池的建設(shè)，可有效地減輕地表徑流對河道水體的污染，使城市的水環(huán)境得以改善，使人民的生活環(huán)境質(zhì)量逐步提高；可以改善城市投資環(huán)境，改變城市的對外形象。天津市主城區(qū)的調(diào)蓄池的收集標(biāo)準(zhǔn)分流制區(qū)域采用6～8 mm，合流制區(qū)域采用25 mm，根據(jù)對調(diào)蓄池的削污效益和工程投資的分析建議的排空時(shí)間為72 h。