合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染控制及優(yōu)化對(duì)策分析

胡瑜

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，武漢 430023）

1 合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染的危害性

合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染的危害性明顯，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）會(huì)影響水生動(dòng)物的生存。大量含有機(jī)物、污染物的合流制管道溢流（Combined Sewer Overflows，CSOs）水體會(huì)讓水體富氧化，微生物快速繁殖，水體中溶解氧含量減少，很多水生物的生存就會(huì)受到影響，并且致病菌、有毒的物質(zhì)也會(huì)進(jìn)入受納水體中[1]。

2）富氧化的溢流污水中富含氮、磷等有機(jī)物，這些有機(jī)物會(huì)促進(jìn)藻類生物的生長(zhǎng)與繁殖，導(dǎo)致水體呈褐綠色，誘發(fā)水華問題。若將已發(fā)生水華的水體作為水源使用，會(huì)增加后期水處理的難度及成本[2]。

3）CSOs 污水排放至河道中，會(huì)促使河道水體顏色加深，水體渾濁不清，不利于河道的美觀度，降低了親水性。

4）CSOs 污水富含多種致病菌，當(dāng)這些致病菌快速傳播時(shí)，將影響人們的健康。同時(shí)，CSOs 污水會(huì)促進(jìn)城市的熱島效應(yīng)，城市氣候功能也會(huì)隨之改變，極其不利于城市的可持續(xù)發(fā)展。

2 國(guó)家對(duì)溢流污染控制的要求及標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)對(duì)溢流污染控制已逐步開始重視，上海在20 世紀(jì)90年代就提出了CSOs 污水的控制思路，當(dāng)城市內(nèi)未經(jīng)過處理的水體直接進(jìn)入黃浦江時(shí)，水體水質(zhì)功能明顯降低，為解決CSOs 污水的處理難題，相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)污染源頭的治理工作，借助工程和非工程措施，使用了大型河流污水調(diào)蓄池系統(tǒng)，有效解決了溢流污染問題；武漢采用了“雨污分治”的原則，重點(diǎn)處理旱季污水問題，取消湖口區(qū)域的溢流井，采用封閉式閘門替代，并取得了較好的成效。

從綜合的角度來講，國(guó)家對(duì)溢流污染的控制要求是通過對(duì)污染源頭規(guī)劃減排系統(tǒng)控制通過合流管道的徑流量，減少流制溢流總量和溢流頻次；水資源調(diào)蓄、污水治理、處理、排放的思路也可完成CSOs 污水的處理，如旋流分離、人工濕地等措施就可起到較好的應(yīng)用效果。同時(shí)，建立合流制排水系統(tǒng)調(diào)蓄系統(tǒng)，建立泵站系統(tǒng)，在泵站的中、末端建立處理系統(tǒng)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件、管網(wǎng)布局、污水處理廠的位置和環(huán)境因素確定泵站的設(shè)立位置。相關(guān)人員要注意合流制排水系統(tǒng)調(diào)蓄設(shè)施的建立規(guī)模，統(tǒng)計(jì)當(dāng)?shù)亟邓?、合流水量和水質(zhì)、管道截流能力、匯水面積、場(chǎng)地空間條件等因素，再根據(jù)相關(guān)規(guī)范予以處理，得到調(diào)蓄池的調(diào)蓄容量、水深參數(shù)指標(biāo)。

溢流污染標(biāo)準(zhǔn)控制應(yīng)從以下方面進(jìn)行：

1）合流制排水在調(diào)蓄、就地處理的基礎(chǔ)上再送至污水處理廠，可在短期內(nèi)快速、全面地處理水體中的沉淀、漂浮物、有機(jī)物、微生物，且處理效果顯著，可在非雨天污水廠空余處理能力的支持下解決CSOs 污水，故利用提高截流倍數(shù)、建設(shè)地下調(diào)蓄池的方式展開管理，具有較好的應(yīng)用效果。

2）在合流制系統(tǒng)調(diào)蓄設(shè)施設(shè)置中，相關(guān)人員要確認(rèn)水資源的調(diào)蓄規(guī)劃，高效借助人工湖、景觀水池等系統(tǒng)保護(hù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境。從調(diào)蓄池的應(yīng)用角度來講，末端調(diào)蓄池（在排水系統(tǒng)末端，處理城市內(nèi)的污染，上述的上海CSOs 案例采用該方式）、中間調(diào)蓄池（大多在排水系統(tǒng)的起端，可以削弱洪峰量，提高水資源的利用效率）對(duì)處理CSOs 污水具有較好的應(yīng)用效果。

3 合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染控制

3.1 源頭控制

利用Arc GIS 技術(shù)匯總CAD、GIS 的資料數(shù)據(jù)，得到管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系、連接關(guān)系以及管網(wǎng)的位置，使用Infoworks CS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，建立排水管網(wǎng)模型。如匯水區(qū)設(shè)立中，要統(tǒng)計(jì)匯水區(qū)域的面積、分布、功能特征，利用遙感技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、定標(biāo)、圖像信息分析等工程，再根據(jù)地物的反射光譜特征得到分類模板資料，并采用分類算法處理圖像，可為后期雨天溢流污染的處理提供數(shù)據(jù)支持。在源頭控制處理中，相關(guān)人員不僅要從水質(zhì)、水量?jī)煞矫婵刂茝搅髁?、污染?fù)荷的影響，而且還要確定管道內(nèi)洪峰量，得到溢流頻率和流量。為控制降雨徑流污染問題，可以通過增加透水范圍和綠地面積等方式進(jìn)行處理。

1）增設(shè)雨水滲透裝置，制定流經(jīng)地面植物和洼地截流規(guī)劃，促使CSOs 污水在蒸發(fā)、滲透后得到處理，然后將剩余污水引入排水管道當(dāng)中。為提高地面的滲水效率（通入排水管道的水資源會(huì)減少），需要相關(guān)人員確定雨水滲透裝置的使用要求。但城市內(nèi)不透水區(qū)域面積增加了徑流系數(shù)指標(biāo)，會(huì)在降雨時(shí)導(dǎo)致洪峰提前出現(xiàn)，導(dǎo)致水徑流量也會(huì)逐步提升，給城市內(nèi)排水規(guī)劃、排水設(shè)計(jì)帶來壓力。因此，結(jié)合CSOs 污水和暴雨徑流，注意二者的融合，添加滯留系統(tǒng)可緩解CSOs 污水的發(fā)生概率，措施有兩種：（1）要注意土地滲透的分散處理，對(duì)污染較輕的雨水予以收集，將其分散至滲透池當(dāng)中，或?qū)⑹占挠晁畱?yīng)用于灌溉、公共廁所的清潔當(dāng)中，不僅實(shí)現(xiàn)了雨污的回收，還有利于節(jié)約水資源，控制污水進(jìn)入管道的問題。（2）利用透水路面鋪裝結(jié)構(gòu)，增加區(qū)域內(nèi)的滲水量，可減少雨水量過大帶來的壓力，在雨污處理中，雨水會(huì)經(jīng)過截留區(qū)域在透水路面的作用下實(shí)現(xiàn)CSOs 污水的引導(dǎo)過程。當(dāng)土壤中水資源下滲后，會(huì)逐步形成雨水徑流體系，再將其通入合流制管道、雨水管道當(dāng)中，如采用凹式綠地的方式，可達(dá)到蓄水、緩存水資源的作用；完成水資源收集后，要注意規(guī)范處理污水資源，提高CSOs污水的處理效率。

2）提高截流倍數(shù)，可增加被截留的雨水量，當(dāng)截留倍數(shù)擴(kuò)大到一定數(shù)值后，城市內(nèi)雨污混合廢水都會(huì)被截流處理。若CSOs 污水的排水量降低到0 值時(shí)，那么此時(shí)雨污污染水平最低。但增加截流倍數(shù)也會(huì)增加工程費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)截流倍數(shù)增加時(shí)，需要使用的貯存池體積也必須擴(kuò)大，滿足污水的存儲(chǔ)、收納需求。因此，要充分考慮截流倍數(shù)與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、降水量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，在確定最合適截流倍數(shù)的基礎(chǔ)上解決雨水截流問題。

3）利用分流制系統(tǒng)替代傳統(tǒng)合流制排水系統(tǒng)，促進(jìn)污水和雨水的快速分離，可促使CSOs 污水得到處理。通過清濁分流處理計(jì)劃，可快速處理CSOs 污水的問題。同時(shí)，將污水引導(dǎo)至污水管網(wǎng)中，再通入污水廠進(jìn)行處理，能夠促進(jìn)水資源的循環(huán)，也能避免受納水體直接排放帶來的污染問題。但使用該方法要求相關(guān)人員先確定城市內(nèi)庭院的分布情況，還要注意將工業(yè)廢水、生活廢水分離處理（工業(yè)廢水大多有重金屬污染）。

3.2 末端處理

合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染末端處理中，要注意做好水資源統(tǒng)籌工作，一旦CSOs 溢流超過污水廠承受標(biāo)準(zhǔn)，部分溢流污染水必定不會(huì)進(jìn)入蓄水池。當(dāng)降水量過大時(shí)，部分水量會(huì)經(jīng)過旋流分離器和沉淀池，此時(shí)要對(duì)污水進(jìn)行消毒，待消毒完畢后再進(jìn)行排放處理。但污水如果仍然未處理完畢，要確定規(guī)范的排放思路，跳過沉淀工序、旋流分離器工序。具體注意以下兩點(diǎn)：

1）利用調(diào)蓄池改善截流管的壓力，可改善混合污水超出截流管接納的問題，當(dāng)CSOs 污水的濃度較大時(shí)，要注意處理小流量的雨污水。當(dāng)城市內(nèi)降水量增加時(shí)，污水廠無法全面處理部分污水，故在CSOs 處理中，工作人員要設(shè)計(jì)一個(gè)具有截流作用的裝置，在調(diào)蓄池的作用下緩解雨污問題對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重影響。完成這一設(shè)計(jì)后，小流量的雨污可在調(diào)蓄池的作用下進(jìn)入污水廠，即使城市內(nèi)降水量增加，部分雨污混合水溢流系統(tǒng)可將水資源引入調(diào)蓄池內(nèi)，而存儲(chǔ)的雨水可在晴日重新返回至污水處理廠，既能減少污水廠在線流量方面的問題，也能隔離污染物與雨污混合的情況。

2）利用旋流分離器也具有較好的處理效果。該裝置是特殊的溢流污染控制設(shè)備，其目的是改善溢流排放的預(yù)處理效果，在外界環(huán)境壓力影響下，雨污水可進(jìn)入旋流器內(nèi)部。當(dāng)城市內(nèi)降水量提升時(shí)，超出承載部分的雨污水會(huì)順著管道進(jìn)入旋流分離器當(dāng)中，當(dāng)旋流器高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以切線的方向在池內(nèi)形成旋渦，水體中的懸浮物、顆粒則以較低的速度向中央運(yùn)行，可改善雨污的混流問題。由于懸浮顆粒、雨污液體密度有一定差異，因此，大部分清液可順著管口排出，而大粒徑固體顆粒可在旋流分離器的作用下導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)了固液分離，也能幫助固體顆粒進(jìn)行沉降。

3）利用沉降池可去除雨污混合物中的固體，該方法可在重力作用下沉淀可去除的固體部分。若污水的溢流指標(biāo)較大時(shí)，相關(guān)人員要在指定區(qū)域建立大體積的沉淀池，促使水體污染得到消除，但該方法的成本投入較高。目前，國(guó)外使用了單元模式的上流式斜管或斜板輔助，提高沉淀的效率，這一方法可優(yōu)化水質(zhì)，達(dá)到成本控制的目的。

4）做好雨污混合物的消毒處理，大部分CSOs 污水中含有大量的致病菌落，比如，大腸桿菌、蠕蟲卵等疾病，這些問題都會(huì)影響人們的身體健康。因此，要規(guī)范、科學(xué)地進(jìn)行消殺，比如，可使用二氧化氯、氯仿消毒液、過乙酸消毒模式進(jìn)行科學(xué)消殺，提高末端CSOs 的處理效率。

4 合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染的優(yōu)化調(diào)度

4.1 中途調(diào)度

利用中途調(diào)度方法處理好各區(qū)域管道及雨天溢流工作，具有較好的成效。當(dāng)汛期雨水量較大時(shí)，部分合流制污水可在調(diào)度站確定強(qiáng)化污水系統(tǒng)的工作情況，將CSOs 污水導(dǎo)入管道內(nèi)，在強(qiáng)化污水系統(tǒng)的支持下進(jìn)入污水廠，可控制河流系統(tǒng)中初期雨水積聚而造成的流量峰值問題，改善末端溢流的頻率及溢流數(shù)量，具有錯(cuò)峰調(diào)蓄的效果。中途調(diào)度中，相關(guān)人員還要使用大數(shù)據(jù)分析雨天溢流污染的水資源量，得到水資源的公報(bào)、月報(bào)信息，在動(dòng)態(tài)監(jiān)管中統(tǒng)計(jì)出水文、生態(tài)的信息，生成調(diào)度效果。

4.2 末端蓄排

末端蓄排主要是利用調(diào)蓄池控制CSOs 的濃度指標(biāo)，在科學(xué)的理論控制下得到合流制排水系統(tǒng)溢流中雨污水高濃度部分，結(jié)合城市周圍的湖泊的生態(tài)和自凈情況確定雨污底濃度部分，當(dāng)暴雨問題過于嚴(yán)重時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)與污水廠建立合作關(guān)系，利用聯(lián)合調(diào)蓄的方式進(jìn)行污水的調(diào)蓄、調(diào)度工作，可最大限度地減少CSOs 污水問題對(duì)生態(tài)的影響。

5 結(jié)語

綜上所述，為提高合流制排水系統(tǒng)雨天溢流污染控制及優(yōu)化措施，相關(guān)人員需要貫徹“源頭削減、過程控制、末端處理”的思想，尤其是要強(qiáng)化源頭控制和末端處理技術(shù)，充分考慮子系統(tǒng)之間的調(diào)蓄、使用情況，重視基礎(chǔ)設(shè)施的改造與優(yōu)化，在多管齊下的過程中確定技術(shù)投入方案，進(jìn)而改善當(dāng)?shù)厮|(zhì)質(zhì)量。