合流制溢流污染控制调蓄池排空时间探讨

云南省设计院集团有限公司 向熙，陈家平

随着我国对环境的日益重视，合流排水管道直排河道的污染问题日益突出。合流制排水区域在雨季时合流污水挟带大量地表污染物和部分城市污水溢流到水体，对河道造成污染。当降雨间隔时间长、雨量集中、历时短、强度高时，雨头部分多发生在降雨历时的前半段。因此，雨季合流污水的溢流量多发生在降雨历时的前段，这时的溢流污水流量大、污染物浓度高，是雨季水体污染的主要原因[1]。

玉溪大河以北片区整体呈现新老城并存、不完全雨污分流的特点。受建设条件限制，源头存在较多难以彻底雨污分流的老旧小区，市政管网改造后的片区仍属于不完全雨污分流区域。为有效解决片区的水环境问题，需对片区合流制溢流污染进行有效控制。针对难以改造的合流制排水区域，采取CSO调蓄池的方式进行截流、调蓄。为有效实现海绵城市建设目标，玉溪大河以北片区除开展源头治理、管网改造、人工湿地建设等项目外，共建设了CSO调蓄池14600m3。

排空时间是调蓄池设计、运行过程中需要重点确定的一个重要参数。合理地确定排空时间，既能有效地去除污染物，又能减少投资及运行费用[2]。

本文通过对玉溪市连续30a降雨时间、降雨量数据的分析，从调蓄池的利用率和后续处理设施能力两方面探讨CSO调蓄池的合理排空时间，提出玉溪大河以北片区调蓄池排空时间设计的建议。

一、工程概况

2016年4月，玉溪市成功申报成为第二批国家海绵城市试点城市以来，为实现“水生态良好、水安全保障、水环境改善、水景观优美、水文化丰富、河畅岸绿、人水和谐、生态宜居、高原特色的海绵玉溪”目标，玉溪市全面开展海绵城市建设工作。其中，玉溪大河以北片区海绵工程项目为试点区项目包之一。

玉溪大河以北片区海绵城市建设采取“源头消纳—过程控制—系统治理”的综合治理策略，采用“老旧小区路面部分进行雨污分流、部分市政排水管网提标改造、末端雨水调蓄与CSO调蓄相结合”的设计策略。为有效实现海绵城市建设目标，片区开展源头治理、管网改造、人工湿地建设等项目外，共建设了CSO调蓄池14600m3。调蓄池建设情况如图1所示。

图1 玉溪大河以北片区CSO调蓄池建设分布图

二、CSO调蓄池排空时间的影响因素

排空时间是调蓄池设计、运行过程中需要重点确定的一个重要参数。合理地确定排空时间，既能有效地削减污染物，又能减少投资及运行费用[3]。

调蓄池排空时间的确定需要考虑多方面的影响因素。

（一）调蓄池利用率

当调蓄规模一定时，排空时间越短，为下一场降雨预留的调蓄容积越大，即调蓄池利用率越高，调蓄总量越大，污染物削减率越高。

（二）后续处理设施能力

在降雨过后，集中至调蓄池的合流污水需要在一定时间段内输送至附近截流干管，最终进入下游污水处理厂进行处理达标后排放。因此，下游转输及处理设施能力，是排空时间的一个主要限制因素。调蓄池排空流量不能超过下游转输管道及污水厂处理能力[4]。

（三）管理运行要求

排空时间越长，合流污水在调蓄池停留的时间越长。合流污水停留时间过长，对调蓄池后续的运行管理不利。

（1）储存时间过长，合流污水可能发生厌氧状况，产生臭气，影响周边环境；同时令水质恶化，增加后续处理难度及处理成本。

（2）为防止污水发生厌氧反应，减少沉淀，调蓄池停止进水后，冲洗系统智能喷射器将利用气液混合物，对调蓄池内含有沉渣的污水进行曝气、搅拌，使水中的沉渣成为悬浮物便于抽排。合流污水停留时间越长，越易产生臭气和固体沉渣，不易被冲刷和清除。积累的沉泥会增加维护成本和清理难度，同时停留时间长会增加智能喷射器运行时间，造成运行成本增加。有研究表明，调蓄池的停留时间不宜超过 4～ 5d。

因此，确定合理的调蓄池排空时间，既要考虑调蓄池的利用率和环境效益，同时应兼顾考虑后续处理设施能力以及运行费用和运行要求。

三、CSO调蓄池排空时间分析

以玉溪大河以北片区海绵城市建设的三座CSO调蓄池为例，将玉溪市连续30a的降雨资料、合流制污水的典型水质、以及玉溪大河以北片区污水处理规模和能力作为基础资料，计算分析三座CSO调蓄池的合理排空时间。

（一）不同排空时间下调蓄池的利用率及削污效益

1.降雨

降雨量2mm以内的降雨事件，不会形成地表径流。因此，本文针对玉溪市连续30a降雨量＞2mm的降雨进行统计分析。结果见表1。

表1 玉溪市连续30a降雨统计

由表1可知，玉溪市当次降雨量＞2mm的年均降雨次数为78次，当次降雨量＞2mm年均降雨总量为786.2mm。

2.调蓄池利用率

根据玉溪大河以北片区海绵城市建设方案，三座已建调蓄池的服务范围及等效调蓄标准如表2。

根据表2数据，计算得到玉溪大河以北片区海绵城市建设的三座调蓄池综合等效调蓄标准为23.5mm。

表2 调蓄池服务范围及调蓄标准

通过对降雨数据的统计分析，计算排空时间分别为24h、48h、72h的调蓄池利用率，计算结果如表3所示。

表3 排空时间分别为24h、48h、72h的调蓄池利用率

在三种排空时间下，调蓄池利用率均能满足调蓄池利用率宜取0.3-0.9的要求。

3.调蓄池环境效益

国内部分城市合流制溢流水质情况如表4。

表4 国内部分城市合流制溢流水质情况

玉溪大河以北片区海绵城市建设的三座调蓄池的出水考虑，通过排空泵就近排入污水管网，最终进入下游污水处理厂处理达标后排放。下游污水处理厂的出水均达到一级A标。

参考昆明合流制溢流水质情况，工程实施后，排空时间分别为24h、48h、72h的情况下，三座CSO调蓄池每年污染负荷削减量如表5。

表5 排空时间分别为24h、48h、72h的调蓄池环境效益

（二）后续处理设施能力分析

通过对现状排水管网分析，排空时间分别为24h、48h、72h的情况下，三座CSO调蓄池排水至下游污水处理厂的转输管道均可满足转输需求。

目前，玉溪市中心城区已建成第一污水处理厂一座，处理规模10万m3/d，现状旱季日处理污水量约9万m3/d。中心城区规划建设第三污水处理厂，处理规模15万m3/d。根据玉溪市城市污水处理厂建设情况，近期玉溪大河以北片区内截流的生活污水输送至第一污水处理厂进行处理；远期根据排水规划，将片区内生活污水集中输送至第三污水处理厂。

玉溪市污水处理一厂旱季日处理污水量约9万m3/d，三座CSO调蓄池有效容积共计14600m3。若排空时间为24h，则调蓄池排水期间，污水处理厂超负荷运行，不利于污水达标排放。在满足处理需求的前提下，排空时间越短，调蓄池利用率越高，污染物削减量越大，调蓄池运行管理难度及费用越低。因此，近期建议调蓄池48h排空，所带来的环境效益和经济效益最优。

远期，第三污水处理厂建成后，旱季污水处理能力余量大，污水厂处理规模能满足调蓄池排空时间为24h的处理需求。因此，建议调蓄池24h排空，充分利用污水厂处理能力，使调蓄池环境效益最大化。

四、结论

玉溪大河以北片区建设的CSO调蓄池，可以有效削减入河污染物，改善片区水环境，提高人居环境，是玉溪市海绵城市建设的重要内容。

排空时间是调蓄池设计、运行过程中需要重点确定的一个重要参数，合理地确定排空时间，既能有效地去除污染物，又能减少投资及运行费用。

通过对玉溪市连续30a降雨时间、降雨量数据的分析，从调蓄池的利用率和后续处理设施能力两方面探讨CSO调蓄池的合理排空时间，提出玉溪大河以北片区调蓄池排空时间设计的建议：近期下游污水厂处理能力有限，建议调蓄池48h排空；远期第三污水处理厂建成后，建议调蓄池24h排空，充分利用污水厂处理能力，使调蓄池环境效益最大化。