聶 鳳 ，熊正為 ，黃建洪 ，虢清偉，彭福全

（1.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東廣州 510655；2.南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖南衡陽(yáng) 421001）

0 前言

我國(guó)許多城市老城區(qū)采用合流制排水系統(tǒng)，雨時(shí)合流污水挾帶大量地表污染物和城市污水溢流到河流、湖泊等水體，增加了受納水體污染負(fù)荷，造成嚴(yán)重污染，導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量下降。上海黃浦江、蘇州河的合流制排水系統(tǒng)溢流（CSO）污染問題，北京、廣州、武漢等許多城市也屢屢發(fā)生CSO的污染事件，嚴(yán)重制約城市的可持續(xù)發(fā)展。而控制城區(qū)合流制排水系統(tǒng)的面源污染、削減污染負(fù)荷，是解決問題的當(dāng)務(wù)之急。

歐美國(guó)家對(duì)合流制的長(zhǎng)期規(guī)劃、控制方法等進(jìn)行了大量研究，并制定出一系列的指導(dǎo)措施。美國(guó)不僅出臺(tái)了關(guān)于CSO污染控制的一系列法規(guī)，并采取了相應(yīng)的具體措施，費(fèi)城在溢流口采用充氣式橡膠堰，減少70%的溢流量；加拿大多倫多市，合流制管道系統(tǒng)平均每年要發(fā)生50～60次的合流制管道溢流現(xiàn)象，通過各種規(guī)劃方案和成立評(píng)估小組來(lái)控制CSO污染；日本東京制定了合流制排水系統(tǒng)環(huán)境目標(biāo)改善方案，污染物負(fù)荷削減量為202.1 t/a。隨著城市截污處理系統(tǒng)日趨完備，在合流制污水溢流口處設(shè)調(diào)蓄池，截留部分合流制排水系統(tǒng)污染物，成為合流制排水系統(tǒng)面源污染控制的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

1 調(diào)蓄池的工作原理、類型及功能應(yīng)用

1.1 工作原理

CSO含有生活污水、工業(yè)廢水、雨水，以及晴天時(shí)形成的腐爛的溝道底泥，其中含有大量的污染物，直接排放造成水體嚴(yán)重污染。合流制系統(tǒng)采用溢流調(diào)蓄池工作原理如圖1、圖2[1、2]所示。在降雨期間收集部分初期雨水，然后在降雨停止后，將這部分污水輸送至排水管道、泵站或者污水處理廠。因此合流制調(diào)蓄池的主要作用是截流初期混合污水，提高合流制系統(tǒng)截流倍數(shù)[3、4]。

圖1 合流制調(diào)蓄池工作原理圖解

圖2 合流制調(diào)蓄池曲線圖解

1.2 調(diào)蓄池類型

調(diào)蓄按在線/離線可分為在線調(diào)蓄和離線調(diào)蓄[5]，如圖 3所示。

按溢流方式可分為池前溢流和池上溢流；根據(jù)調(diào)蓄池與管線的關(guān)系，調(diào)蓄池又可分為與管道并行連接和管道串聯(lián)兩種[6-8]。

1.3 調(diào)蓄池功用

在污水廠建設(shè)調(diào)蓄池，在很多程度上能控制CSO的排放量，并且起到調(diào)蓄凈化的效果，通過對(duì)不同國(guó)家和地區(qū)調(diào)蓄池處理技術(shù)的研究成果，分析調(diào)蓄池得出的功能應(yīng)用，如表1所列。

圖3 調(diào)蓄池型示意圖

表1 調(diào)蓄池應(yīng)用情況一覽表

根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局Whipple和Hunter等專家研究，調(diào)蓄池可以去除 TSS：50%～70%；TP：10%～20%；TN：10%～ 20%；有機(jī)物：20%～40%；鉛：75%～90%；鋅：30%～60%；碳化氫：50%～70%；細(xì)菌：50～90%。

可見調(diào)蓄池將截流的合流污水進(jìn)行調(diào)蓄，不僅可以緩解水體沖擊負(fù)荷、保證污水廠的處理效果，能提高截流量、減少合流污水排放對(duì)水體的污染，同時(shí)還可以減小截流管道的管徑，在控制溢流污染上貢獻(xiàn)很大。近20 a來(lái)也已經(jīng)在德國(guó)、丹麥和日本等國(guó)得到廣泛應(yīng)用。

2 調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1 容積設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外對(duì)溢流雨水調(diào)蓄池的研究已經(jīng)比較成熟，調(diào)蓄計(jì)算方法也已應(yīng)用到各項(xiàng)工程實(shí)踐中。而調(diào)蓄池容積是調(diào)蓄池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要考慮所在地區(qū)的降雨強(qiáng)度、雨型、歷時(shí)和頻率、水管道的設(shè)計(jì)容量等因素[9]，表2為不同國(guó)家和地區(qū)調(diào)蓄池的調(diào)蓄容積計(jì)算方法。

由表2可見，調(diào)蓄池計(jì)算方法不盡相同，在計(jì)算調(diào)蓄池容積時(shí)，主要從城市雨水利用的角度出發(fā)，對(duì)合流污水調(diào)蓄的不同方式及調(diào)蓄的方式、有無(wú)滲透、溢流做法等條件進(jìn)行分析，選擇適合各城市調(diào)蓄池的計(jì)算方法。

2.2 沖洗方式

初期雨水徑流中攜帶了地面和管道沉積的污物雜質(zhì)，調(diào)蓄池在使用后底部不可避免地滯留有沉積雜物、泥沙淤積，如果不及時(shí)進(jìn)行清理，沉積物積聚過多將使調(diào)蓄池?zé)o法發(fā)揮其功效。因此，在設(shè)計(jì)調(diào)蓄池時(shí)必須考慮對(duì)底部沉積物的有效沖洗和清除。調(diào)蓄池的沖洗方式有多種，各有利弊，如表3所列。

表2 調(diào)蓄池容積計(jì)算方法匯總表

表3 調(diào)蓄池各沖洗方式優(yōu)缺點(diǎn)分析表

在工程設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)不同沖洗方式的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比選，選擇合適的沖洗方式，保證調(diào)蓄池的正常運(yùn)行。但無(wú)論采用何種方式，必要時(shí)仍需進(jìn)行輔助的人工清潔。

2.3 調(diào)蓄池的優(yōu)化設(shè)計(jì)方向

為改變傳統(tǒng)調(diào)蓄池從單一的調(diào)蓄儲(chǔ)存功能,增加到調(diào)蓄儲(chǔ)存與過流處理并用,并形成集成化的控制，提高系統(tǒng)調(diào)蓄池的調(diào)蓄功能，已開展了一系列對(duì)調(diào)蓄池優(yōu)化的研究，形成一批研究成果并已在工程上得到廣泛應(yīng)用。

2.3.1 多功能雨洪調(diào)蓄技術(shù)

多功能調(diào)蓄池是在長(zhǎng)時(shí)間的雨季時(shí)可儲(chǔ)存雨污水，防止洪澇災(zāi)害的蓄水池，而在非雨季或沒有大的暴雨時(shí)，這些設(shè)施可以全部或部分地正常發(fā)揮城市景觀、公園、綠地、停車場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、市民休閑集會(huì)和娛樂場(chǎng)所等多種功能。

張燕[10]通過分析北京延慶媯河景觀公園多功能雨洪調(diào)蓄設(shè)施的可行性，指出多功能雨洪調(diào)蓄不僅增加可用水資源，緩解城市嚴(yán)重的缺水局面，還能削減洪峰流量，保障城市防洪安全，改善城市環(huán)境，充分利用土地資源。車伍等[11]簡(jiǎn)略地論述這種設(shè)施在國(guó)外的應(yīng)用情況，并以北京為例，討論了多功能雨水調(diào)蓄措施在北京和我國(guó)其他城市的推廣應(yīng)用情況。黃民生等[12]對(duì)下凹式綠地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究表明：下凹式綠地面積比例僅為5%～15%，在下凹深度0.1～0.3m的情況下依然能夠蓄滲8%～75%的雨水徑流，CODcr、NH3-N、TP的平均去除率分別達(dá)到44.4%，56.6%和42.3%，平均去除率都在40%以上，可看為一個(gè)小型的調(diào)蓄池。日本千葉縣的長(zhǎng)津川調(diào)蓄池，在枯水期，景觀池中的水位于常水位，可作為人們休閑娛樂的場(chǎng)所；在豐水期，當(dāng)暴雨來(lái)臨時(shí)，此時(shí)的游戲廣場(chǎng)、草坪廣場(chǎng)作為雨水調(diào)蓄滲透塘進(jìn)行蓄水，暴雨過后儲(chǔ)蓄的雨水下滲，在削減洪峰流量的同時(shí)補(bǔ)充地下水源[13]。

2.3.2 調(diào)蓄池與泵站結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)

廈門機(jī)場(chǎng)路雨水泵站項(xiàng)目中通過將雨水調(diào)節(jié)與泵站抽排有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，提高了系統(tǒng)的雨水調(diào)蓄功能，并降低了泵站造價(jià)[14]。陳書玉等[6]研究了上海北外灘地下敞開式調(diào)蓄池泵站組合系統(tǒng)可方便合理地實(shí)現(xiàn)收集管道調(diào)蓄容量利用、調(diào)蓄池調(diào)蓄、截流系統(tǒng)截流、運(yùn)行模式優(yōu)化相結(jié)合。對(duì)蘇州延岸大泵站建設(shè)雨水調(diào)蓄池是削減蘇州河排江污染負(fù)荷的重要工程,通過對(duì)成都路調(diào)蓄池試運(yùn)行研究，估算每年可削減成都路泵站排江量50%以上，削減CODcr 11.53 t、SS 4.76 t[15]。

李田等[16]針對(duì)上海市蘇州河沿岸排水系統(tǒng)雨天出流的特性，提出了調(diào)蓄池形式優(yōu)化選擇的策略：對(duì)于存在一定初期效應(yīng)且沉降性能差的合流制系統(tǒng)采用存儲(chǔ)池；而對(duì)于基本無(wú)初期效應(yīng)、出流中污染物沉降性能好的分流制系統(tǒng)采用存儲(chǔ)-沉淀池。

3 結(jié)論

調(diào)蓄池可以明顯地削減洪峰流量，提高溢流污水水質(zhì)，改善城市環(huán)境，充分利用土地資源，最大程度地發(fā)揮城市土地資源的綜合效益，因此在傳統(tǒng)調(diào)蓄池基礎(chǔ)之上，要不斷優(yōu)化調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)，合理確定調(diào)蓄池的容積，進(jìn)一步研究調(diào)蓄池的多功能調(diào)蓄技術(shù)，形成集成化的控制，提高其調(diào)蓄功能和使用的安全合理性。

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