基于污水處理設(shè)施利舊改造的初期雨水污染控制研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）07-0072-05

中圖分類號(hào)：X52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Study on Pollution Control of Initial Rainwater Based on Reuse and Renovation ofWastewater Treatment Facilities

QinWentao ^1，2 ，Li Weiying1，Wu Bin2

（1.College of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 2Ooo92，China; 2.Shanghai Municipal Engineering Design Institute（Group）Co.，LTD，Shanghai 2Ooo92，China）

Abstract：Intispaper，telutioncontroleectofteiitialstomwaterstorgefclitenovatioofmuicipalsewgetreat mentplantinEasthinawasstudiedTheresultshowthat：Therenovatedfacilityancompletelycolecttheinitialrnaterandthe drainage system has a capacity surplus of 1.18m³/s .The concentration of pollutants decreased significantly，the reduction rate of chemical oxygen demand and ammonia nitrogen reached 53.16% and 54.41% ，respectively，but there is agap compared with therelevant standardsofceter.Telaiteeltasiallyduttelaispdotal phosphorusisstillgItisgestedtroducepereatilsdispectltotooueod regularlycleanupiversedimenttoeliminatetheiddendangerofndogenouspolutionThisstudyindicatesthatteinitialrainwater regulationandstoageteoloycaneectivelyducetheoncentrationoflltatsandduceivrlutionndprovidessitific basis and technical experience for the initial urban rainwater pollution control.

KeyWords;initialrain；facilitiesrenovation；polltantconcentrationreduction；correlationanalysis；closureofariver

前言

黨的二十大報(bào)告將人民健康列為優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略[1]。城市水污染威脅生態(tài)與居民健康，屬治理重點(diǎn)。初期雨水及溢流污染是綜合治理核心[2]，其攜帶病原體、重金屬等污染物導(dǎo)致嚴(yán)重生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。中國(guó)排水系統(tǒng)雨污混接普遍，溢流污染致河道黑臭[4]，故控制雨天溢流污染是研究熱點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外研究通過(guò)源頭削減、過(guò)程控制與末端治理綜合策略，特別是雨水調(diào)蓄設(shè)施的應(yīng)用，顯著提升雨水污染物削減效率（削減率 gt;60% ）[5]。隨著“水十條”與“海綿城市”政策推進(jìn)，中國(guó)水污染治理成為重點(diǎn)領(lǐng)域[6-7]。然而國(guó)內(nèi)外初期雨水管控存在理念差異，中國(guó)側(cè)重工程性措施。基于國(guó)情及排水系統(tǒng)現(xiàn)狀，研究以東部城市A污水處理廠調(diào)蓄設(shè)施改造為例，探討水污染控制效果。該城市降雨集中、人類活動(dòng)密集，屬典型研究區(qū)域。通過(guò)分析排水系統(tǒng)水質(zhì)水量，對(duì)比改造前后效果，闡明調(diào)蓄設(shè)施對(duì)城市水環(huán)境的作用機(jī)制，提出優(yōu)化建議，為同類區(qū)域水環(huán)境提升提供科學(xué)依據(jù)。

材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

1.1.1中國(guó)東部某城市概況

研究區(qū)域位于長(zhǎng)江下游－東海沿岸經(jīng)濟(jì)中心城市，年降水1 200mm （梅雨季集中），汛期雨水管理需求顯著。人口密集、工業(yè)密集導(dǎo)致生活/工業(yè)廢水及初期雨水污染加劇，城市化進(jìn)程推升水環(huán)境壓力，雨水入管網(wǎng)前污染物濃度處于高位。

該城市環(huán)境質(zhì)量受交通、氣候等復(fù)合因素影響，近年治理初見(jiàn)成效但需持續(xù)管控。綜合工業(yè)、交通及氣候要素，初期雨水－污水協(xié)同管控重要性凸顯。此舉可提升水資源利用效率；同步削減徑流污染，支撐城市可持續(xù)發(fā)展。

1.1.2A污水處理廠及服務(wù)范圍排水系統(tǒng)概況

建于1980年代中期的A廠位于城區(qū)，服務(wù)面積12km² ，日處理10.5萬(wàn) m³ ，采用 AO+ 混凝物化工藝，處理生活及工農(nóng)業(yè)潛在廢水，出水達(dá)標(biāo)后排入鄰近河道。原服務(wù)范圍如圖1所示，污水經(jīng)D1路西側(cè)四路干管由F1泵站輸送。因城市化加速致設(shè)施老化，亟需改造升級(jí)。

改造后A廠外排路徑：廠內(nèi)道路 路 路→D5路 #線（如圖2所示），設(shè)計(jì)流量 2.76m³/s 。利用原初沉池/二沉池/生反池改建初期雨水調(diào)蓄池，新增初雨泵房及除臭設(shè)施，提升區(qū)域雨水-污水調(diào)蓄能力，保障水體生態(tài)安全。

A廠周邊排水系統(tǒng)含B1－B6系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），其中B6系統(tǒng)因鐵路隔離獨(dú)立運(yùn)行。B1－B4系統(tǒng)雨水匯入E1塘，B5系統(tǒng)接入E2塘。現(xiàn)有泵站截污能力約 70% ，但高水位現(xiàn)象持續(xù)存在（水位超總管管頂）。原因包括：雨水泵站調(diào)度滯后;雨污混接未整改；管道地下水/河水倒灌。上述問(wèn)題導(dǎo)致截污效果下降，亟需系統(tǒng)改造以改善河道水質(zhì)。

基于現(xiàn)存問(wèn)題與遠(yuǎn)期規(guī)劃分析，論證經(jīng)濟(jì)環(huán)保可行性后，提出新建雨水截流管道方案。該方案通過(guò)提升截流效率，緩解高水位并改善水環(huán)境。

2 結(jié)果與討論

2.1中國(guó)東部某城市降水與初期雨水的排放特征

中國(guó)東部某城市汛期降水集中，強(qiáng)度遞增，年降水量呈上升趨勢(shì)，降雨歷時(shí)縮短、強(qiáng)度增大，可能與氣候變化相關(guān)。降雨量自市中心向外圍、東南向西北遞減。2004年－2019年平均降雨量 1 067mm ，年際波動(dòng)顯著（2015年 1600mm ，2007年 500mm ），降雨量與頻次正相關(guān)[8]。城市化進(jìn)程中，工業(yè)用地遷至外圍，集中布局雖緩解污染，但沿河分布可能加劇工業(yè)源污染風(fēng)險(xiǎn)。初期雨水?dāng)y帶地表污染物進(jìn)入排水系統(tǒng)，化工園區(qū)污染風(fēng)險(xiǎn)突出。污染物濃度先升后降，但15～20分鐘內(nèi)多數(shù)指標(biāo)仍增長(zhǎng)，COD、S S，NH₃-N 及TC超標(biāo)概率高，污染程度存在功能區(qū)差異。

經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市初期雨水污染問(wèn)題突出，Sansa-lone等研究顯示貢獻(xiàn)率達(dá) 20% 總污染負(fù)荷。北京城區(qū)雨水徑流污染負(fù)荷占比超 12% ，達(dá) 20% ：“十一五\"期間城鎮(zhèn)COD負(fù)荷面源污染量超越同期點(diǎn)源污染[9]。城市化導(dǎo)致中心城區(qū)透水率下降，雨水污染物富集，郊區(qū)排水及污染削減能力優(yōu)于城區(qū)。點(diǎn)源污染控制后，初期雨水面源污染凸顯，研究區(qū)域呈現(xiàn)同類污染特征，需重視初期雨水污染管控。研究表明，初期雨水排放是中國(guó)東部某城市水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵污染源。

2.2A污水處理廠利舊改造后污染物接納能力變化

A廠設(shè)計(jì)規(guī)模10.5萬(wàn) m³/d（1.58m³/s） 。C1#線D5路（D4路口）管徑DN2200，管底標(biāo)高 -3.16m （見(jiàn)圖2），滿管流速 1.5m/s 時(shí)輸量 5.7m³/s 。

C1#線自D7路起管徑由DN2200擴(kuò)至DN2400（見(jiàn)圖2），總處理量1.82（東側(cè)雨水） +1.12 （E1塘） +1.58 （A廠污水） =4.52m³/s 。管道設(shè)計(jì)輸量

5.7m³/s ，剩余容量 1.18m³/s ，可接納本工程初期雨水。

2.3研究區(qū)域改造前后污染物特征分析

2.3.1設(shè)施改造前后各系統(tǒng)污染物濃度及削減程度分析

設(shè)施改造前排水系統(tǒng)各站點(diǎn)采樣結(jié)果與數(shù)據(jù)如表1所示，表明改造前原始水體受污染程度。

因城區(qū)河道流動(dòng)性差、自凈能力弱，研究采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）V類標(biāo)準(zhǔn)分析改造前水質(zhì)。結(jié)果顯示：除B1站點(diǎn)外均顯著超標(biāo)，其中B3站點(diǎn)氨氮 （25.6mg/L ，超V類標(biāo)準(zhǔn)11.8倍）、總氮（ 31.1mg/L ，超14.6倍）污染最重。B1系統(tǒng)污染較輕，或與管道地勢(shì)高、沉積少導(dǎo)致的低污染負(fù)荷相關(guān)。

研究基于設(shè)施利舊改造，聚焦初期雨水控制，通過(guò)分析排水系統(tǒng)污染物削減率評(píng)估控制效果。結(jié)果顯示，部分污染物削減效果顯著，如COD、 NH₃-N 削減率均超過(guò) 50% 。B1站 降幅為7.59%～33.08% ，而COD 無(wú)明顯變化；B2、B4站全指標(biāo)下降 30%～60% （TN降幅僅 3% ＼～5% ）； ^13，15 站全指標(biāo)降幅為 35.79%～77.23% ，其中B3站 NH₃-N 削減 77.23% （極顯著），B5站點(diǎn)COD削減 64.66% 。

B1站污染物削減率較低，主因包括：（1）改造前污染負(fù)荷較低（地勢(shì)高、沉積少致水體自凈能力較強(qiáng)）；（2）其余站點(diǎn)原管網(wǎng)錯(cuò)接漏接嚴(yán)重，低洼地形導(dǎo)致污染匯流集中，新建截流管道顯著提升污染消納能力，而B(niǎo)1站因前期污染濃度基數(shù)低，改造后邊際削減效應(yīng)較弱。

設(shè)施改造后，污染物超標(biāo)情況顯著改善：（1）COD：從超5倍降至2＼～2.5倍；（2） BOD₅ ：從超7＼～9倍降至4＼～5倍；（3）TP：B1站從超3倍降至2倍，其他站點(diǎn)從8＼～11倍降至4＼～5倍；（ 4）NH₃-N：B2/ B5站從超5倍降至 3～3.75 倍，B3站從超10倍降至3倍；（5）TN：B3站從15倍降至9倍，B5站從11.5倍降至5倍。盡管水質(zhì)顯著改善，但仍未能達(dá)到V類標(biāo)準(zhǔn)，主要原因是內(nèi)源污染（底泥釋放）需清淤治理，且截污不徹底、管道沉積需預(yù)處理。研究區(qū)水環(huán)境問(wèn)題呈現(xiàn)長(zhǎng)期性特征，水質(zhì)達(dá)標(biāo)需系統(tǒng)性方案。建議將污染物總量控制與排水系統(tǒng)水環(huán)境容量納入后續(xù)研究，以支撐城市生態(tài)文明建設(shè)。同時(shí)，需警惕總磷濃度超標(biāo)帶來(lái)的富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)總氮污染的監(jiān)測(cè)評(píng)估，提升削減效率，推動(dòng)流域排放標(biāo)準(zhǔn)的精細(xì)化管理，

2.3.2設(shè)施改造前后各排水系統(tǒng)污染物相關(guān)性分析研究

對(duì)設(shè)備改造前后污染物濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行Spearman秩相關(guān)分析。結(jié)果顯示，改造前污染物顯著相關(guān)：SS與 TP（rgt;0.7） 、COD與 BOD₅（rgt;0.8），NH₃-N 與TN（ rgt;0.6） ，表明污染源同源。具體機(jī)制為：（1）SS-TP關(guān)聯(lián)反映生活污水排放主導(dǎo)；（ 2）COD，BOD₅ 同步變化指向生活/工業(yè)廢水有機(jī)物輸入；（3） NH₃ -N，TN 強(qiáng)相關(guān)揭示工業(yè)排放特征。研究證實(shí)污染源以生活污水為主，同時(shí)存在工業(yè)廢水貢獻(xiàn)。

改造后多數(shù)污染物相關(guān)性減弱：COD、 BOD₅ （r=0.100， pgt;0. 05 ）； NH₃-N，TN（r=0.300，pgt; 0.05）。SS、TP仍強(qiáng)正相關(guān)（ r=1.000. ），提示管道沉積物可能持續(xù)作為污染源。機(jī)理包括：（1）SS、TP強(qiáng)關(guān)聯(lián)受粒徑 dlt;30μm 顆粒態(tài)磷主導(dǎo)；（2）磷以懸浮態(tài)與溶解性正磷酸鹽共存，泥沙加劇緩流河道富營(yíng)養(yǎng)化。建議強(qiáng)化泥沙去除以同步控制SS與 TP 。

改造前后相關(guān)性分析表明：（1）強(qiáng)度變化：b年度COD、 BOD₅ 相關(guān)性顯著減弱 （r=0.100pgt; 0.05）， ss，TP 仍強(qiáng)相關(guān)（ r=1.000 ），需排查雨污混接與底泥清淤對(duì)磷遷移的影響;（2）關(guān)系重構(gòu)：a年度 COD，BOD₅;NH₃-N，TN 顯著相關(guān)，b年度均轉(zhuǎn)為不顯著（ _?pgt;0.05， ，反映改造切斷污染物共排路徑。

結(jié)論表明：設(shè)施改造使污染物相關(guān)性整體降低，有效削減濃度并解耦污染關(guān)聯(lián)。措施對(duì)工業(yè)污染控制效果顯著，但需同步推進(jìn)：（1）強(qiáng)化雨污混接排查；（2）定期清淤防控底泥內(nèi)源污染；（3）加強(qiáng)生活源監(jiān)管以降低SS、TP共排風(fēng)險(xiǎn)。

3結(jié)論

研究評(píng)估東部城市污水廠改造對(duì)初期雨水治理效果，研究發(fā)現(xiàn)：C1#線輸送能力 5.7m³/s ，實(shí)際污水量 4.52m³/s （富余 1.18m³/s ），滿足收集需求；COD NH₃-N 削減率近 50% ，但部分指標(biāo)仍超標(biāo)；Spearman分析顯示改造后污染物相關(guān)性普遍下降，僅SS、TP保持強(qiáng)關(guān)聯(lián)（ 。有效改善河道污染，恢復(fù)生態(tài)功能，滿足市民環(huán)境需求。建議引入預(yù)處理強(qiáng)化排江水質(zhì);加強(qiáng)雨污混接排查整改，定期清淤防控底泥污染；動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)雨天排放，管理高峰一季節(jié)性波動(dòng)；建立排水系統(tǒng)統(tǒng)一管理機(jī)制，推動(dòng)多元聯(lián)防聯(lián)控;推進(jìn)污染物總量/水環(huán)境容量調(diào)查，支撐科學(xué)治水。

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