合流制排水系统雨天溢流污染控制及优化对策分析

2023-01-08胡瑜

工程建设与设计 2022年14期

胡瑜

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，武汉 430023）

1 合流制排水系统雨天溢流污染的危害性

合流制排水系统雨天溢流污染的危害性明显，表现在以下几个方面：

1）会影响水生动物的生存。大量含有机物、污染物的合流制管道溢流（Combined Sewer Overflows，CSOs）水体会让水体富氧化，微生物快速繁殖，水体中溶解氧含量减少，很多水生物的生存就会受到影响，并且致病菌、有毒的物质也会进入受纳水体中[1]。

2）富氧化的溢流污水中富含氮、磷等有机物，这些有机物会促进藻类生物的生长与繁殖，导致水体呈褐绿色，诱发水华问题。若将已发生水华的水体作为水源使用，会增加后期水处理的难度及成本[2]。

3）CSOs 污水排放至河道中，会促使河道水体颜色加深，水体浑浊不清，不利于河道的美观度，降低了亲水性。

4）CSOs 污水富含多种致病菌，当这些致病菌快速传播时，将影响人们的健康。同时，CSOs 污水会促进城市的热岛效应，城市气候功能也会随之改变，极其不利于城市的可持续发展。

2 国家对溢流污染控制的要求及标准

我国对溢流污染控制已逐步开始重视，上海在20 世纪90年代就提出了CSOs 污水的控制思路，当城市内未经过处理的水体直接进入黄浦江时，水体水质功能明显降低，为解决CSOs 污水的处理难题，相关人员加强对污染源头的治理工作，借助工程和非工程措施，使用了大型河流污水调蓄池系统，有效解决了溢流污染问题；武汉采用了“雨污分治”的原则，重点处理旱季污水问题，取消湖口区域的溢流井，采用封闭式闸门替代，并取得了较好的成效。

从综合的角度来讲，国家对溢流污染的控制要求是通过对污染源头规划减排系统控制通过合流管道的径流量，减少流制溢流总量和溢流频次；水资源调蓄、污水治理、处理、排放的思路也可完成CSOs 污水的处理，如旋流分离、人工湿地等措施就可起到较好的应用效果。同时，建立合流制排水系统调蓄系统，建立泵站系统，在泵站的中、末端建立处理系统，并结合当地条件、管网布局、污水处理厂的位置和环境因素确定泵站的设立位置。相关人员要注意合流制排水系统调蓄设施的建立规模，统计当地降水、合流水量和水质、管道截流能力、汇水面积、场地空间条件等因素，再根据相关规范予以处理，得到调蓄池的调蓄容量、水深参数指标。

溢流污染标准控制应从以下方面进行：

1）合流制排水在调蓄、就地处理的基础上再送至污水处理厂，可在短期内快速、全面地处理水体中的沉淀、漂浮物、有机物、微生物，且处理效果显著，可在非雨天污水厂空余处理能力的支持下解决CSOs 污水，故利用提高截流倍数、建设地下调蓄池的方式展开管理，具有较好的应用效果。

2）在合流制系统调蓄设施设置中，相关人员要确认水资源的调蓄规划，高效借助人工湖、景观水池等系统保护当地的环境。从调蓄池的应用角度来讲，末端调蓄池（在排水系统末端，处理城市内的污染，上述的上海CSOs 案例采用该方式）、中间调蓄池（大多在排水系统的起端，可以削弱洪峰量，提高水资源的利用效率）对处理CSOs 污水具有较好的应用效果。

3 合流制排水系统雨天溢流污染控制

3.1 源头控制

利用Arc GIS 技术汇总CAD、GIS 的资料数据，得到管网拓扑关系、连接关系以及管网的位置，使用Infoworks CS 软件进行数据导入，建立排水管网模型。如汇水区设立中，要统计汇水区域的面积、分布、功能特征，利用遥感技术进行数据录入、定标、图像信息分析等工程，再根据地物的反射光谱特征得到分类模板资料，并采用分类算法处理图像，可为后期雨天溢流污染的处理提供数据支持。在源头控制处理中，相关人员不仅要从水质、水量两方面控制径流量、污染负荷的影响，而且还要确定管道内洪峰量，得到溢流频率和流量。为控制降雨径流污染问题，可以通过增加透水范围和绿地面积等方式进行处理。

1）增设雨水渗透装置，制定流经地面植物和洼地截流规划，促使CSOs 污水在蒸发、渗透后得到处理，然后将剩余污水引入排水管道当中。为提高地面的渗水效率（通入排水管道的水资源会减少），需要相关人员确定雨水渗透装置的使用要求。但城市内不透水区域面积增加了径流系数指标，会在降雨时导致洪峰提前出现，导致水径流量也会逐步提升，给城市内排水规划、排水设计带来压力。因此，结合CSOs 污水和暴雨径流，注意二者的融合，添加滞留系统可缓解CSOs 污水的发生概率，措施有两种：（1）要注意土地渗透的分散处理，对污染较轻的雨水予以收集，将其分散至渗透池当中，或将收集的雨水应用于灌溉、公共厕所的清洁当中，不仅实现了雨污的回收，还有利于节约水资源，控制污水进入管道的问题。（2）利用透水路面铺装结构，增加区域内的渗水量，可减少雨水量过大带来的压力，在雨污处理中，雨水会经过截留区域在透水路面的作用下实现CSOs 污水的引导过程。当土壤中水资源下渗后，会逐步形成雨水径流体系，再将其通入合流制管道、雨水管道当中，如采用凹式绿地的方式，可达到蓄水、缓存水资源的作用；完成水资源收集后，要注意规范处理污水资源，提高CSOs污水的处理效率。

2）提高截流倍数，可增加被截留的雨水量，当截留倍数扩大到一定数值后，城市内雨污混合废水都会被截流处理。若CSOs 污水的排水量降低到0 值时，那么此时雨污污染水平最低。但增加截流倍数也会增加工程费用标准，当截流倍数增加时，需要使用的贮存池体积也必须扩大，满足污水的存储、收纳需求。因此，要充分考虑截流倍数与当地生态环境、降水量、经济发展之间的关系，在确定最合适截流倍数的基础上解决雨水截流问题。

3）利用分流制系统替代传统合流制排水系统，促进污水和雨水的快速分离，可促使CSOs 污水得到处理。通过清浊分流处理计划，可快速处理CSOs 污水的问题。同时，将污水引导至污水管网中，再通入污水厂进行处理，能够促进水资源的循环，也能避免受纳水体直接排放带来的污染问题。但使用该方法要求相关人员先确定城市内庭院的分布情况，还要注意将工业废水、生活废水分离处理（工业废水大多有重金属污染）。

3.2 末端处理

合流制排水系统雨天溢流污染末端处理中，要注意做好水资源统筹工作，一旦CSOs 溢流超过污水厂承受标准，部分溢流污染水必定不会进入蓄水池。当降水量过大时，部分水量会经过旋流分离器和沉淀池，此时要对污水进行消毒，待消毒完毕后再进行排放处理。但污水如果仍然未处理完毕，要确定规范的排放思路，跳过沉淀工序、旋流分离器工序。具体注意以下两点：

1）利用调蓄池改善截流管的压力，可改善混合污水超出截流管接纳的问题，当CSOs 污水的浓度较大时，要注意处理小流量的雨污水。当城市内降水量增加时，污水厂无法全面处理部分污水，故在CSOs 处理中，工作人员要设计一个具有截流作用的装置，在调蓄池的作用下缓解雨污问题对环境的严重影响。完成这一设计后，小流量的雨污可在调蓄池的作用下进入污水厂，即使城市内降水量增加，部分雨污混合水溢流系统可将水资源引入调蓄池内，而存储的雨水可在晴日重新返回至污水处理厂，既能减少污水厂在线流量方面的问题，也能隔离污染物与雨污混合的情况。

2）利用旋流分离器也具有较好的处理效果。该装置是特殊的溢流污染控制设备，其目的是改善溢流排放的预处理效果，在外界环境压力影响下，雨污水可进入旋流器内部。当城市内降水量提升时，超出承载部分的雨污水会顺着管道进入旋流分离器当中，当旋流器高速转动时，系统会以切线的方向在池内形成旋涡，水体中的悬浮物、颗粒则以较低的速度向中央运行，可改善雨污的混流问题。由于悬浮颗粒、雨污液体密度有一定差异，因此，大部分清液可顺着管口排出，而大粒径固体颗粒可在旋流分离器的作用下导出，实现了固液分离，也能帮助固体颗粒进行沉降。

3）利用沉降池可去除雨污混合物中的固体，该方法可在重力作用下沉淀可去除的固体部分。若污水的溢流指标较大时，相关人员要在指定区域建立大体积的沉淀池，促使水体污染得到消除，但该方法的成本投入较高。目前，国外使用了单元模式的上流式斜管或斜板辅助，提高沉淀的效率，这一方法可优化水质，达到成本控制的目的。

4）做好雨污混合物的消毒处理，大部分CSOs 污水中含有大量的致病菌落，比如，大肠杆菌、蠕虫卵等疾病，这些问题都会影响人们的身体健康。因此，要规范、科学地进行消杀，比如，可使用二氧化氯、氯仿消毒液、过乙酸消毒模式进行科学消杀，提高末端CSOs 的处理效率。

4 合流制排水系统雨天溢流污染的优化调度

4.1 中途调度

利用中途调度方法处理好各区域管道及雨天溢流工作，具有较好的成效。当汛期雨水量较大时，部分合流制污水可在调度站确定强化污水系统的工作情况，将CSOs 污水导入管道内，在强化污水系统的支持下进入污水厂，可控制河流系统中初期雨水积聚而造成的流量峰值问题，改善末端溢流的频率及溢流数量，具有错峰调蓄的效果。中途调度中，相关人员还要使用大数据分析雨天溢流污染的水资源量，得到水资源的公报、月报信息，在动态监管中统计出水文、生态的信息，生成调度效果。

4.2 末端蓄排

末端蓄排主要是利用调蓄池控制CSOs 的浓度指标，在科学的理论控制下得到合流制排水系统溢流中雨污水高浓度部分，结合城市周围的湖泊的生态和自净情况确定雨污底浓度部分，当暴雨问题过于严重时，相关人员应与污水厂建立合作关系，利用联合调蓄的方式进行污水的调蓄、调度工作，可最大限度地减少CSOs 污水问题对生态的影响。