合流制溢流污染控制調(diào)蓄池排空時間探討

云南省設(shè)計院集團有限公司 向熙，陳家平

隨著我國對環(huán)境的日益重視，合流排水管道直排河道的污染問題日益突出。合流制排水區(qū)域在雨季時合流污水挾帶大量地表污染物和部分城市污水溢流到水體，對河道造成污染。當(dāng)降雨間隔時間長、雨量集中、歷時短、強度高時，雨頭部分多發(fā)生在降雨歷時的前半段。因此，雨季合流污水的溢流量多發(fā)生在降雨歷時的前段，這時的溢流污水流量大、污染物濃度高，是雨季水體污染的主要原因[1]。

玉溪大河以北片區(qū)整體呈現(xiàn)新老城并存、不完全雨污分流的特點。受建設(shè)條件限制，源頭存在較多難以徹底雨污分流的老舊小區(qū)，市政管網(wǎng)改造后的片區(qū)仍屬于不完全雨污分流區(qū)域。為有效解決片區(qū)的水環(huán)境問題，需對片區(qū)合流制溢流污染進行有效控制。針對難以改造的合流制排水區(qū)域，采取CSO調(diào)蓄池的方式進行截流、調(diào)蓄。為有效實現(xiàn)海綿城市建設(shè)目標(biāo)，玉溪大河以北片區(qū)除開展源頭治理、管網(wǎng)改造、人工濕地建設(shè)等項目外，共建設(shè)了CSO調(diào)蓄池14600m3。

排空時間是調(diào)蓄池設(shè)計、運行過程中需要重點確定的一個重要參數(shù)。合理地確定排空時間，既能有效地去除污染物，又能減少投資及運行費用[2]。

本文通過對玉溪市連續(xù)30a降雨時間、降雨量數(shù)據(jù)的分析，從調(diào)蓄池的利用率和后續(xù)處理設(shè)施能力兩方面探討CSO調(diào)蓄池的合理排空時間，提出玉溪大河以北片區(qū)調(diào)蓄池排空時間設(shè)計的建議。

一、工程概況

2016年4月，玉溪市成功申報成為第二批國家海綿城市試點城市以來，為實現(xiàn)“水生態(tài)良好、水安全保障、水環(huán)境改善、水景觀優(yōu)美、水文化豐富、河暢岸綠、人水和諧、生態(tài)宜居、高原特色的海綿玉溪”目標(biāo)，玉溪市全面開展海綿城市建設(shè)工作。其中，玉溪大河以北片區(qū)海綿工程項目為試點區(qū)項目包之一。

玉溪大河以北片區(qū)海綿城市建設(shè)采取“源頭消納—過程控制—系統(tǒng)治理”的綜合治理策略，采用“老舊小區(qū)路面部分進行雨污分流、部分市政排水管網(wǎng)提標(biāo)改造、末端雨水調(diào)蓄與CSO調(diào)蓄相結(jié)合”的設(shè)計策略。為有效實現(xiàn)海綿城市建設(shè)目標(biāo)，片區(qū)開展源頭治理、管網(wǎng)改造、人工濕地建設(shè)等項目外，共建設(shè)了CSO調(diào)蓄池14600m3。調(diào)蓄池建設(shè)情況如圖1所示。

圖1 玉溪大河以北片區(qū)CSO調(diào)蓄池建設(shè)分布圖

二、CSO調(diào)蓄池排空時間的影響因素

排空時間是調(diào)蓄池設(shè)計、運行過程中需要重點確定的一個重要參數(shù)。合理地確定排空時間，既能有效地削減污染物，又能減少投資及運行費用[3]。

調(diào)蓄池排空時間的確定需要考慮多方面的影響因素。

（一）調(diào)蓄池利用率

當(dāng)調(diào)蓄規(guī)模一定時，排空時間越短，為下一場降雨預(yù)留的調(diào)蓄容積越大，即調(diào)蓄池利用率越高，調(diào)蓄總量越大，污染物削減率越高。

（二）后續(xù)處理設(shè)施能力

在降雨過后，集中至調(diào)蓄池的合流污水需要在一定時間段內(nèi)輸送至附近截流干管，最終進入下游污水處理廠進行處理達標(biāo)后排放。因此，下游轉(zhuǎn)輸及處理設(shè)施能力，是排空時間的一個主要限制因素。調(diào)蓄池排空流量不能超過下游轉(zhuǎn)輸管道及污水廠處理能力[4]。

（三）管理運行要求

排空時間越長，合流污水在調(diào)蓄池停留的時間越長。合流污水停留時間過長，對調(diào)蓄池后續(xù)的運行管理不利。

（1）儲存時間過長，合流污水可能發(fā)生厭氧狀況，產(chǎn)生臭氣，影響周邊環(huán)境；同時令水質(zhì)惡化，增加后續(xù)處理難度及處理成本。

（2）為防止污水發(fā)生厭氧反應(yīng)，減少沉淀，調(diào)蓄池停止進水后，沖洗系統(tǒng)智能噴射器將利用氣液混合物，對調(diào)蓄池內(nèi)含有沉渣的污水進行曝氣、攪拌，使水中的沉渣成為懸浮物便于抽排。合流污水停留時間越長，越易產(chǎn)生臭氣和固體沉渣，不易被沖刷和清除。積累的沉泥會增加維護成本和清理難度，同時停留時間長會增加智能噴射器運行時間，造成運行成本增加。有研究表明，調(diào)蓄池的停留時間不宜超過 4～ 5d。

因此，確定合理的調(diào)蓄池排空時間，既要考慮調(diào)蓄池的利用率和環(huán)境效益，同時應(yīng)兼顧考慮后續(xù)處理設(shè)施能力以及運行費用和運行要求。

三、CSO調(diào)蓄池排空時間分析

以玉溪大河以北片區(qū)海綿城市建設(shè)的三座CSO調(diào)蓄池為例，將玉溪市連續(xù)30a的降雨資料、合流制污水的典型水質(zhì)、以及玉溪大河以北片區(qū)污水處理規(guī)模和能力作為基礎(chǔ)資料，計算分析三座CSO調(diào)蓄池的合理排空時間。

（一）不同排空時間下調(diào)蓄池的利用率及削污效益

1.降雨

降雨量2mm以內(nèi)的降雨事件，不會形成地表徑流。因此，本文針對玉溪市連續(xù)30a降雨量＞2mm的降雨進行統(tǒng)計分析。結(jié)果見表1。

表1 玉溪市連續(xù)30a降雨統(tǒng)計

由表1可知，玉溪市當(dāng)次降雨量＞2mm的年均降雨次數(shù)為78次，當(dāng)次降雨量＞2mm年均降雨總量為786.2mm。

2.調(diào)蓄池利用率

根據(jù)玉溪大河以北片區(qū)海綿城市建設(shè)方案，三座已建調(diào)蓄池的服務(wù)范圍及等效調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)如表2。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，計算得到玉溪大河以北片區(qū)海綿城市建設(shè)的三座調(diào)蓄池綜合等效調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)為23.5mm。

表2 調(diào)蓄池服務(wù)范圍及調(diào)蓄標(biāo)準(zhǔn)

通過對降雨數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，計算排空時間分別為24h、48h、72h的調(diào)蓄池利用率，計算結(jié)果如表3所示。

表3 排空時間分別為24h、48h、72h的調(diào)蓄池利用率

在三種排空時間下，調(diào)蓄池利用率均能滿足調(diào)蓄池利用率宜取0.3-0.9的要求。

3.調(diào)蓄池環(huán)境效益

國內(nèi)部分城市合流制溢流水質(zhì)情況如表4。

表4 國內(nèi)部分城市合流制溢流水質(zhì)情況

玉溪大河以北片區(qū)海綿城市建設(shè)的三座調(diào)蓄池的出水考慮，通過排空泵就近排入污水管網(wǎng)，最終進入下游污水處理廠處理達標(biāo)后排放。下游污水處理廠的出水均達到一級A標(biāo)。

參考昆明合流制溢流水質(zhì)情況，工程實施后，排空時間分別為24h、48h、72h的情況下，三座CSO調(diào)蓄池每年污染負(fù)荷削減量如表5。

表5 排空時間分別為24h、48h、72h的調(diào)蓄池環(huán)境效益

（二）后續(xù)處理設(shè)施能力分析

通過對現(xiàn)狀排水管網(wǎng)分析，排空時間分別為24h、48h、72h的情況下，三座CSO調(diào)蓄池排水至下游污水處理廠的轉(zhuǎn)輸管道均可滿足轉(zhuǎn)輸需求。

目前，玉溪市中心城區(qū)已建成第一污水處理廠一座，處理規(guī)模10萬m3/d，現(xiàn)狀旱季日處理污水量約9萬m3/d。中心城區(qū)規(guī)劃建設(shè)第三污水處理廠，處理規(guī)模15萬m3/d。根據(jù)玉溪市城市污水處理廠建設(shè)情況，近期玉溪大河以北片區(qū)內(nèi)截流的生活污水輸送至第一污水處理廠進行處理；遠(yuǎn)期根據(jù)排水規(guī)劃，將片區(qū)內(nèi)生活污水集中輸送至第三污水處理廠。

玉溪市污水處理一廠旱季日處理污水量約9萬m3/d，三座CSO調(diào)蓄池有效容積共計14600m3。若排空時間為24h，則調(diào)蓄池排水期間，污水處理廠超負(fù)荷運行，不利于污水達標(biāo)排放。在滿足處理需求的前提下，排空時間越短，調(diào)蓄池利用率越高，污染物削減量越大，調(diào)蓄池運行管理難度及費用越低。因此，近期建議調(diào)蓄池48h排空，所帶來的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益最優(yōu)。

遠(yuǎn)期，第三污水處理廠建成后，旱季污水處理能力余量大，污水廠處理規(guī)模能滿足調(diào)蓄池排空時間為24h的處理需求。因此，建議調(diào)蓄池24h排空，充分利用污水廠處理能力，使調(diào)蓄池環(huán)境效益最大化。

四、結(jié)論

玉溪大河以北片區(qū)建設(shè)的CSO調(diào)蓄池，可以有效削減入河污染物，改善片區(qū)水環(huán)境，提高人居環(huán)境，是玉溪市海綿城市建設(shè)的重要內(nèi)容。

排空時間是調(diào)蓄池設(shè)計、運行過程中需要重點確定的一個重要參數(shù)，合理地確定排空時間，既能有效地去除污染物，又能減少投資及運行費用。

通過對玉溪市連續(xù)30a降雨時間、降雨量數(shù)據(jù)的分析，從調(diào)蓄池的利用率和后續(xù)處理設(shè)施能力兩方面探討CSO調(diào)蓄池的合理排空時間，提出玉溪大河以北片區(qū)調(diào)蓄池排空時間設(shè)計的建議：近期下游污水廠處理能力有限，建議調(diào)蓄池48h排空；遠(yuǎn)期第三污水處理廠建成后，建議調(diào)蓄池24h排空，充分利用污水廠處理能力，使調(diào)蓄池環(huán)境效益最大化。