智能分流井在武漢湯湖污染水體治理中的應(yīng)用

許亞強(qiáng) 張志彪 田 鵬 柳俊峰

（1.中信清水入江（武漢）投資建設(shè)有限公司，湖北武漢 430000；2.武漢圣禹排水系統(tǒng)有限公司，湖北武漢 430000）

隨著城市發(fā)展和人們生活水平提高，水體環(huán)境污染治理越來(lái)越受到重視[1-2]?，F(xiàn)有的排水系統(tǒng)較為老舊，存在的問題較多，雨污分流改造不能夠有效解決雨污水混流問題，需要對(duì)初期雨水和混入污水的雨水采取截流措施，避免水體污染[3]。

基于全生命周期理論，Kacprzak等[4]從多學(xué)科領(lǐng)域綜述污水、污泥治理的研究成果，強(qiáng)調(diào)污水治理在城市區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的關(guān)鍵作用。Welch等[5]跟蹤并研究污水稀釋與分流措施對(duì)Moses湖水質(zhì)的改善效果，研究表明污水稀釋與分流措施使湖泊水質(zhì)提高50%，透明度提高近100%。

Song等[6]討論不同污水分流率下秦淮河水體污染治理效果，研究表明污水分流率越高，水體治理效果越明顯；秦淮河的污水分流率低于35%時(shí)，其他任何治理手段幾乎均無(wú)法達(dá)到治理效果。研究廣州石井河流域雨污分流治理效果時(shí)，朱理銘[7]發(fā)現(xiàn)常采用的截污閥等措施，無(wú)法有效地分流雨水中的污水是石井河流域水體污染的主要原因之一。張宇等[8]介紹智能分流井在城市污染水體治理中的應(yīng)用原理，在武漢市南太子湖的工程實(shí)例中發(fā)現(xiàn)，智能分流井可以有效地分離流入雨水中的污水。文章以武漢湯湖污染水體治理為例，分析智能分流井在城市污染水體治理中的應(yīng)用。

1 智能分流井的組成與主要原理

1.1 智能分流井的組成

在雨水管上設(shè)置一進(jìn)三出智能分流井，主要由進(jìn)水管、截污管、初雨管、出水管組成。井內(nèi)設(shè)備主要包括超聲波液位計(jì)、液動(dòng)限流閘門、浮動(dòng)擋板、雨量計(jì)、投入式液位計(jì)、液動(dòng)下開式堰門、高清攝像頭、SCADA控制系統(tǒng)。

液動(dòng)限流閘門和SCADA控制系統(tǒng)是核心部件。液動(dòng)限流閘門是截留限流的主要工具；SCADA控制系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)、智能分流井、調(diào)蓄池、污水處理廠等排水構(gòu)筑物的遠(yuǎn)程整體運(yùn)行調(diào)度、在線監(jiān)測(cè)、控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、設(shè)備點(diǎn)檢與故障診斷，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端監(jiān)控。

1.2 智能分流井的主要原理

雨水中污水的混流情況主要包括4類，分別為晴天時(shí)，雨水管中過(guò)水全部為污水，不可能存在雨水；暴雨時(shí)，雨水管中含有大量的雨水和污水；初雨時(shí)，雨水管中含有少量的雨水，雨污水混流嚴(yán)重；降雨中后期，雨水管中含有一定量雨水，幾乎不存在雨污水混流現(xiàn)象[9]。

（1）晴天。

晴天時(shí)，液動(dòng)限流閘門處于開啟狀態(tài)，液動(dòng)下開式堰門處于關(guān)閉狀態(tài)，雨水管內(nèi)水（由雨污水管錯(cuò)接導(dǎo)致的生活污水進(jìn)入雨水管中的水）完全截流至截污管并輸送到污水處理廠，極大地減少直接進(jìn)入自然水體的污水。

晴天時(shí)智能分流井的運(yùn)行狀態(tài)如圖1所示。

圖1 晴天時(shí)智能分流井運(yùn)行狀態(tài)

（2）暴雨。

暴雨時(shí)，市政雨污水管道涌入大量積水，智能分流井和調(diào)蓄池內(nèi)水位迅速攀升并超過(guò)城市洪澇警戒水位。為了確保城市區(qū)域防汛工作順利進(jìn)行，智能分流井將較臟的雨水一部分進(jìn)入截污干管，其余積水全部溢流至自然水體。

暴雨時(shí)智能分流井的運(yùn)行狀態(tài)如圖2所示。

圖2 暴雨時(shí)智能分流井運(yùn)行狀態(tài)

（3）初雨。

初雨時(shí)，液動(dòng)限流閘門處于開啟狀態(tài)，液動(dòng)下開式堰門處于關(guān)閉狀態(tài)，雨水管內(nèi)水完全截流至截污管并輸送到污水處理廠。未發(fā)生暴雨災(zāi)害時(shí)，智能分流井和調(diào)蓄池內(nèi)水位難以超過(guò)城市洪澇警戒水位，智能分流井正常工作。曾彥君[3]對(duì)上海市兩座雨污水分流的泵站的放江水質(zhì)進(jìn)行采樣分析，結(jié)果表明，初雨時(shí)雨污水分流效果不明顯，初雨時(shí)較多的污水會(huì)進(jìn)入雨水管。

初雨時(shí)智能分流井運(yùn)行狀態(tài)如圖3所示。

圖3 初雨時(shí)智能分流井運(yùn)行狀態(tài)

（4）降雨中后期。

降雨中后期，雨水管中含有一定量的雨水，但幾乎不存在雨污水混流現(xiàn)象[9]。此時(shí)，限流閘門關(guān)閉，較干凈的雨水全部排放至自然水體。

降雨中后期智能分流井運(yùn)行狀態(tài)如圖4所示。

圖4 降雨中后期智能分流井運(yùn)行狀態(tài)

1.3 智能分流井的主要優(yōu)勢(shì)

（1）采用氣動(dòng)控制，井內(nèi)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。

（2）與帶下開式堰門的分流井相比，土建簡(jiǎn)單、施工難度小、土建成本低[10]。

（3）雨天事故斷電時(shí)，出水口的柔性截流裝置可以自動(dòng)打開，保證安全行洪。

（4）采用先進(jìn)的SCADA系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，對(duì)雨量計(jì)、液位計(jì)和水質(zhì)傳感器等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并計(jì)算，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)行和精確截污。

（5）設(shè)備內(nèi)的柔性套筒可以從底部向上開啟，實(shí)現(xiàn)截流一定高度水位，水可以從上部的空間進(jìn)行溢流。

2 智能分流井在武漢湯湖污染水體治理中的應(yīng)用

湯湖位于武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，緊臨車城大道，被列入湖北省、武漢市湖泊保護(hù)名錄，是重點(diǎn)保護(hù)景觀型（Ⅰ類）湖泊。湯湖沿線水域面積1.05 km2、容積156.2萬(wàn)m3，岸線長(zhǎng)度約6 570 m、平均水深1.8 m。

湯湖區(qū)域內(nèi)的排水體制為雨污分流制，沿岸一共有14個(gè)排口，1#、8#、9#、10#、11#、12#、13#排口為分流制混接排口。周邊市政工程建設(shè)中存在雨水管網(wǎng)錯(cuò)接、混接問題，導(dǎo)致大量生活污水混入雨水系統(tǒng)，未經(jīng)過(guò)有效處理直接排入湯湖，造成湯湖水體黑臭。治理前，湯湖治理前水質(zhì)為劣五類（水質(zhì)已嚴(yán)重惡化，基本喪失水的使用功能），湖體富營(yíng)養(yǎng)化較嚴(yán)重。

湯湖污染水體治理采用“智能分流井+調(diào)蓄池組（初雨調(diào)蓄池+在線雨水處理調(diào)蓄池）”方案，沿湖設(shè)置7個(gè)智能分流井和3個(gè)調(diào)蓄池組（規(guī)模為7 000、8 000、15 000 m3）。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，對(duì)混流的雨污水進(jìn)行智能分流。

湯湖治理前后典型污染物檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 湯湖治理前后污染物檢測(cè)結(jié)果 單位：mg/L

由表1可知，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的污水分流治理，湯湖水質(zhì)有了明顯改善，主要污染物濃度明顯降低，達(dá)到Ⅳ類水品質(zhì)。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)針對(duì)不同的雨污水混流情況采取不同的截流策略，使用智能分流井可以有效避免污水通過(guò)雨水管道進(jìn)入城市水體，高效地改善城市水環(huán)境。