合流制排水系统雨天溢流污染控制及优化探究

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　　摘  要：目前，我国的大部分城市仍然保留了合流制排水系统，而合流制排水系统的复杂性、溢流过程的随机性和多变性导致合流制溢流污染是这些城市排水系统的一个顽疾，面临很多问题。基于此，作者结合自身工作实践经验，对城市合流制排水系统及雨水溢流污染控制优化提供一个清晰的思路，为解决合流制区域的溢流污染及排水能力不足等问题提供参考建议。
　　关键词：合流制管网;溢流;污染控制;优化
　　中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）17-0115-02
　　Abstract： At present， most cities in China still retain the confluence drainage system， and the complexity of the confluence drainage system， the randomness and variability of the overflow process lead to the confluence overflow pollution is a stubborn disease of these urban drainage systems， faced with a lot of problems. Based on this， combined with my own practical experience， the author provides a clear idea for the optimization of urban confluence drainage system and rain water overflow pollution control. The purpose of this paper is to provide reference and suggestions for solving the problems of overflow pollution and insufficient drainage capacity in the confluence area.
　　Keywords： combined pipe network; overflow; pollution control; optimization
　　虽然部分城区近年来一直在开展雨污分流改造工程，以减少合流制系统对水体的污染，但是由于部分城区排水系统较为复杂，各城市在实施雨天溢流污染控制过程中存在很多难题，举步维艰，因此，提出雨天溢流污染的有效策略控制是本文重点探究的问题。下面通过借鉴相关学者最新研究和发达国家的经验，阐述城镇排水系统溢流污染控制优化策略。
　　1 雨天溢流与排放污染成因、特征及影响
　　1.1 雨天排放污染事件直接原因
　　目前我国城市对雨天溢流污染控制问题认识不足，未能引起足够的重视，对溢流污染控制决策缺乏科学指导。雨天排放污染事件都是由于以下几个原因直接导致：（1）地表径流过程雨水挟带污染物，初期雨水污染物浓度高，初雨直排水体对水环境污染尤為严重;（2）雨水汇流过程中冲起管道沉积物并随雨水排放;（3）分流制混接错接污水及合流制原生污水随雨水排放;（4）截流式合流制系统截流设计标准低;（5）分流制雨水系统缺少针对性工程对策。
　　1.2 雨天溢流与排放污染的影响、控制必要性
　　如今，我国许多城市存在雨天合流制溢流污染问题，由于雨天溢流与排放污染事件具有季节性、不可预见性，污水中含有各自病原微生物及各种有毒有害物质，严重影响城市水环境质量，尤其对于我国南方多雨地区更为突出，因此为了能够根本改善城市水环境质量，开展城镇排水系统溢流与排放污染控制是非常必要的。
　　2 雨天溢流污染主要影响因素
　　2.1 降雨对溢流的影响
　　相关研究表明，进去合流制管道前，雨水径流的冲刷输送规律主要受降雨条件和场地影响。基于此，笔者为了更加有效分析降雨对溢流的影响，通过对广州市某停车场雨水口进行取样调查，经过对结果分析表明，平均降雨强度越大，雨水口监测到的径流初期冲刷越明显。汇水面的冲刷规律及降雨条件使得管道内污染物输送规律更为复杂。
　　2.2 管网对溢流的影响
　　合流制管网系统在长期的正常使用过程中因污水中所含各种不同的杂质，管道内产生淤积，影响污水的正常传输。此外管网中污水水位的不同也在一定程度上影响合流制排水系统的排水能力。目前我国一些发达的城市基本实现对旱季污水的截留处理，但雨天溢流对城区水体造成严重污染，另外加上一些老城区排水网管的特殊情况决定不能大面积进行合流制管网改造，针对这一实况，对于合流制管网来说，清淤是较为经济合理且能达到较好的检查井溢流控制效果的措施。
　　2.3 截流设施对溢流的影响
　　溢流都是由于截流管截流能力不能满足合流制管道内雨、污混合水的流量而产生的。目前合流制系统的截流和溢流过程主要受雨型、降雨强度、截流倍数、旱季污水流量、管道系统调蓄能力和溢流井设计形式等因素的影响。
　　3 合流制溢流控制策略
　　3.1 源头控制
　　雨水径流量的汇入是合流制排水系统雨天溢流污染的根本原因，可以从水质和水量两方面上进行面源污染控制，比如加强下垫面的清扫，最大程度减少合流制管道的潜在污染物的量，同时还可以有效调整进入管道系统的径流总量、峰流量，以实现削减雨天溢流负荷的效果。
　　目前，国内学者借鉴国外先进的技术理念，注重应用低影响开发技术，主要有以下几个方面：（1）屋顶绿化。由护根层、种植层、过滤层和蓄排水层等组成的屋顶绿化结构，通过拦截悬浮物SS和颗粒态较多的COD，有着一定的去污能力。同时，屋顶绿化利用蓄排水层进行雨水的储存，提供自身使用。（2）植被浅沟。植被浅沟设计和布局灵巧，在某些地区经常被用来代替管道进行径流雨水的输送和排放，通过不断的下渗作用减少径流量的同时可以截留大量污染物。（3）透水铺装。透水铺装结构主要由混凝土块和塑料网状结构填以沙子、砾石及土壤等组成，在确保道路安全运营下，达到较好的排水效果，同时作为一种滤体，实现对颗粒污染物的有效截留。 　　3.2 管道系统控制
　　为了实现雨天溢流污染物总量削减目标，合流制溢流污染的管道系统控制主要思路是从整个系统入手，合理规划设计管道参数，从源头减少进入合流制系统的径流量，采取一定措施增加截流管截流能力，实现溢流污染的控制。
　　（1）优化截流倍数。截流倍数作为雨天溢流污染控制系统的一个重要参数，工程实践一般认为，在规定的截留倍数范围内，截流倍数越大，相对应的其污染控制效果越好，环境整体效益好，可以通过加大截流倍数实现雨污水全部截流，避免雨天溢流的产生。但是，截流倍数越大，对污水厂处理能力有较高的要求，这就意味着管道和污水厂的工程费用也要相应提高。同时，在晴天和较小降雨时这部分输送能力和处理能力都是一定程度的浪费。所以进行截留倍数的优化要根据污水处理厂规划设计能力、当地管網情况、经济能力、雨天溢流控制要求来综合考虑，在满足环境标准的前提下，尽量选择较小的截流倍数，对受纳水体的水质和水量进行有效控制的同时实现最优的经济方案。（2）管道冲洗。在旱时，合流制管理在长期运行的中污染物沉积严重，雨天时这些污染物被冲击泛起并随溢流进入受纳水体。有关研究表明60%合流制排水管道存在沉积物，且管道中沉积物较为严重。针对这个现状，晴天时加强对管道沉积物定期清洗冲洗，能够一定程度减低溢流时污染物浓度。管道冲洗主要有人工冲洗和自动冲洗，我国目前人工冲洗一般是使用冲洗车或消防栓从检查井向管道内注入高压水流，达到冲洗部分沉积物的目的，但是对于管道内存在的一些较重颗粒物，难以通过人工冲洗进行清除。自动冲洗通过在管道内部安装冲洗装置，对管道沉积物进行定期冲洗。目前我国部分地区已有比较成熟的自动冲洗技术产品用于排水系统中。（3）末端净化处理。对溢流污染而言，除了在源头上进行径流量削减、管道截流倍数的优化等措施外，还需要选择合适高效的后续处理设施控制雨天溢流污染。下面主要介绍以下2个措施：a. 旋流分离器，旋流分离器近年来被较广泛的应用于溢流污染控制，其原理主要是通过在溢流污水排放到受纳水体之前进行预处理装置的安装。旋流分离器的去除效果良好，经旋流分离器处理后的污水水质得到较大改善。b. 快速过滤池，雨天溢流末端处理的装置除了要满足大流量的污水迅速通过，还要具备良好的处理效果。普通的快滤池一般占地面积大，配套装置多，成本高。针对这一情况，目前市面针对雨天溢流污染特点开发一种用于大水量快速处理的悬浮快滤池，采用轻型的小颗粒悬浮滤料作为过滤载体，从而达到净化污水的目的。
　　4 工程优化设计分析
　　4.1 工程优化设计分析
　　某城区为合流制排水系统，大多网管失修已久，受纳水体雨天溢流污染严重，为了结合该城区合流制区域改造，现计划建设多座雨天溢流调蓄池，拟建调蓄池的位置均选择在汇水区下游的溢流口附近。
　　4.2 设计目标
　　实现收纳水体的污染物有效控制，实现对暴雨期超过截流管截流能力的污水进行暂时储存，处理后回用或排入水体。
　　4.3 调蓄池规模
　　虽然调蓄控制技术见效快，但由于占用较大地下空间，加上建设和运行维护费用较高，所以进行调蓄池规模的合理设计是关键，本设计中主要参考《建筑与小区雨水利用工程技术规范》中初期径流弃流量取值，参照下垫面实测收集雨水的COD、SS、色度等污染物浓度确定。根据以上资料，确定该地区初期雨水径流厚为4mm，得出汇水面积大约727hm2，初期雨水量为29080m3，确定调蓄池规模为30000m3。
　　4.4 调蓄后初期雨水的处理方式
　　由于该市城区已有建成的污水处理厂长期处于超负荷运行状态，且周边无用地供厂区扩建，所以该项目设计建设一条管径为D1000的污水连通管，将初期雨水接至距离较近且能满足增加初期雨水处理量需求的第二污水厂进行处理，达标后排放。
　　4.5 截流系统规模确定
　　为了实现土地资源有效节约，本项目调蓄池和提升泵站规划在绿化用地内。同时根据该项目的截污系统运行需求，设置了4座闸阀。雨水截流箱涵设计流量按照重现期P=0.33a时箱涵汇水面积为5.0km2确定。调蓄池规模按照B*L*H=125m*60m*4m的尺寸设计。
　　4.6 运行方式
　　该项目在未降雨期间以及降雨量较小时进行所有闸门的关闭，初期雨水提升泵站停运，调蓄池排空，雨水和污水通过污水泵站抽排。
　　5 结束语
　　合流制排水系统雨天溢流污染控制应从全局考虑，进行系统性决策，按照“源头削减、过程控制、末端处理”的原则，因地制宜，从专业规划层面以削减排入受纳水体的污染物总量为控制目标，并充分考虑各子系统合理匹配，同时改造设施不能局限于管道，还需加强基础设施的改造优化，多管齐下，确定最优的技术措施和方案，实现城市水质的提升。
　　另外在以上的优化策略中，通过建立调蓄池进行污染控制，调蓄池污染控制是一项较为复杂的工程，其改造方案的制定需要在综合评估合流制排水系统现状的基础上，通过多系统、多部门、多专业的协调配合下进行，寻求最优方案。
　　参考文献：
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