合流制溢流污染控制調(diào)蓄池排空時(shí)間探討

云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 向熙，陳家平

隨著我國對(duì)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(shí)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(duì)河道造成污染。當(dāng)降雨間隔時(shí)間長、雨量集中、歷時(shí)短、強(qiáng)度高時(shí)，雨頭部分多發(fā)生在降雨歷時(shí)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(shí)的前段，這時(shí)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(diǎn)。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(duì)片區(qū)合流制溢流污染進(jìn)行有效控制。針對(duì)難以改造的合流制排水區(qū)域，采取CSO調(diào)蓄池的方式進(jìn)行截流、調(diào)蓄。為有效實(shí)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(xiàng)目外，共建設(shè)了CSO調(diào)蓄池14600m3。

排空時(shí)間是調(diào)蓄池設(shè)計(jì)、運(yùn)行過程中需要重點(diǎn)確定的一個(gè)重要參數(shù)。合理地確定排空時(shí)間，既能有效地去除污染物，又能減少投資及運(yùn)行費(fèi)用[2]。

本文通過對(duì)玉溪市連續(xù)30a降雨時(shí)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(shí)間，提出玉溪大河以北片區(qū)調(diào)蓄池排空時(shí)間設(shè)計(jì)的建議。

一、工程概況

2016年4月，玉溪市成功申報(bào)成為第二批國家海綿城市試點(diǎn)城市以來，為實(shí)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(xiàng)目為試點(diǎn)區(qū)項(xiàng)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(jìn)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(jì)策略。為有效實(shí)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(xiàng)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(shí)間的影響因素

排空時(shí)間是調(diào)蓄池設(shè)計(jì)、運(yùn)行過程中需要重點(diǎn)確定的一個(gè)重要參數(shù)。合理地確定排空時(shí)間，既能有效地削減污染物，又能減少投資及運(yùn)行費(fèi)用[3]。

調(diào)蓄池排空時(shí)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(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(shí)間段內(nèi)輸送至附近截流干管，最終進(jìn)入下游污水處理廠進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后排放。因此，下游轉(zhuǎn)輸及處理設(shè)施能力，是排空時(shí)間的一個(gè)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(yùn)行要求

排空時(shí)間越長，合流污水在調(diào)蓄池停留的時(shí)間越長。合流污水停留時(shí)間過長，對(duì)調(diào)蓄池后續(xù)的運(yùn)行管理不利。

（1）儲(chǔ)存時(shí)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(shí)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(jìn)水后，沖洗系統(tǒng)智能噴射器將利用氣液混合物，對(duì)調(diào)蓄池內(nèi)含有沉渣的污水進(jìn)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(shí)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(huì)增加維護(hù)成本和清理難度，同時(shí)停留時(shí)間長會(huì)增加智能噴射器運(yùn)行時(shí)間，造成運(yùn)行成本增加。有研究表明，調(diào)蓄池的停留時(shí)間不宜超過 4～ 5d。

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

三、CSO調(diào)蓄池排空時(shí)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(jì)算分析三座CSO調(diào)蓄池的合理排空時(shí)間。

（一）不同排空時(shí)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(huì)形成地表徑流。因此，本文針對(duì)玉溪市連續(xù)30a降雨量＞2mm的降雨進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果見表1。

表1 玉溪市連續(xù)30a降雨統(tǒng)計(jì)

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(jì)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(duì)降雨數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算排空時(shí)間分別為24h、48h、72h的調(diào)蓄池利用率，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 排空時(shí)間分別為24h、48h、72h的調(diào)蓄池利用率

在三種排空時(shí)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(jìn)入下游污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后排放。下游污水處理廠的出水均達(dá)到一級(jí)A標(biāo)。

參考昆明合流制溢流水質(zhì)情況，工程實(shí)施后，排空時(shí)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(shí)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(duì)現(xiàn)狀排水管網(wǎng)分析，排空時(shí)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(jìn)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(jì)14600m3。若排空時(shí)間為24h，則調(diào)蓄池排水期間，污水處理廠超負(fù)荷運(yùn)行，不利于污水達(dá)標(biāo)排放。在滿足處理需求的前提下，排空時(shí)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(yùn)行管理難度及費(fèi)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(jì)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(shí)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(shí)間是調(diào)蓄池設(shè)計(jì)、運(yùn)行過程中需要重點(diǎn)確定的一個(gè)重要參數(shù)，合理地確定排空時(shí)間，既能有效地去除污染物，又能減少投資及運(yùn)行費(fèi)用。

通過對(duì)玉溪市連續(xù)30a降雨時(shí)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(shí)間，提出玉溪大河以北片區(qū)調(diào)蓄池排空時(shí)間設(shè)計(jì)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。