以上海市F排水系統(tǒng)調蓄池為研究對象，考察調蓄池對泵站溢流污染的實際控制效果。分兩階段實施夏季試驗與訊后試驗，分別研究調蓄池水質、水量的變化情況，并分析導致其運行效率不高的根本原因。在試驗分析的基礎上，對溢流污染控制、黑臭水體治理及調蓄池優(yōu)化運行提出思考和對策。
建設初期雨水調蓄池是解決泵站溢流污染的重要手段之一，為改善水環(huán)境，上海市區(qū)相繼建成投用10余座初期雨水調蓄池，在新修編的上海市排水專業(yè)規(guī)劃中，也正式提出了市中心城區(qū)分流制排水系統(tǒng)5 mm、合流制排水系統(tǒng)11 mm的初期雨水截流參數(shù)。但在實際運行中，卻常常聽到調蓄池容積偏小、作用有限等抱怨。為此，本文選擇分流制排水系統(tǒng)(F系統(tǒng))的初期雨水調蓄池，在2017年夏季和汛期后實施了兩次試驗，研究現(xiàn)有初期雨水調蓄池在運行中存在的實際問題，在此基礎上進一步發(fā)揮調蓄措施功能，并對城市排水管網(泵站)雨季溢流污染提出改進對策。
1 F排水系統(tǒng)及其調蓄池
F系統(tǒng)服務面積約6.82 km2，屬分流制排水系統(tǒng)，系統(tǒng)內的污水一部分納入相鄰污水處理廠，另一部分經泵站內的污水截流泵轉輸至合流污水一期輸送管道泵送至其他污水處理廠。2004年 F泵站遷建工程立項，嗣后建設了規(guī)模為12 500 m3的初期雨水調蓄池1座。建成后的F泵站設有雨水泵機6臺，單臺能力3.84 m3/s，污水截流泵機2臺，單臺能力0.33 m3/s，調蓄池內另有放空泵機2臺，單臺能力0.42 m3/s。在日常運行中，泵站常開污水截流泵1~2臺，污水輸送量約3萬m3/d。降雨時，在污水泵機運行的同時，開啟調蓄池，當調蓄池蓄滿且集水井水位到達核定水位后，啟動雨水泵機實施降雨放江。待降雨事件結束、合流一期總管有冗余時，開啟調蓄池放空泵機，實施放空作業(yè)，期間可維持1臺污水截流泵運行。
由于當年我國還沒有調蓄池設計規(guī)范，因此采用了德國廢水協(xié)會“ATV Arbeitsblatt A 128 1992”標準來確定，計算F調蓄池容積。按截流雨水量復核，相當于截流初期雨水3 mm，這和現(xiàn)在的“分流制系統(tǒng)按照5 mm”的技術參數(shù)較為接近，這也是選取F調蓄池進行試驗的原因之一。
2 試驗研究方法
2.1試驗時間和周期
第一階段是夏季試驗，選擇了天氣預報連續(xù)高溫的日子，實際未發(fā)生降雨，F(xiàn)泵站未實施放江作業(yè)。由于是第一次，夏季試驗多少帶有探索性質，正式實施周期為3天。
第二階段是汛后試驗，選擇在天氣較為良好的10月份，試驗周期為1個月。試驗前9天雖時斷時續(xù)地發(fā)生過降雨，但雨強雨量都不大，F(xiàn)泵站僅在試驗的第一天執(zhí)行過很短時間的放江作業(yè)，總體上降雨沒有對試驗帶來實質性影響。
2.2試驗步驟
試驗開始前，對F調蓄池實施徹底清淤。每次試驗時，一般每隔24 h開啟調蓄池，調蓄池蓄滿時間均在15 min左右。設計試驗時，在F泵站進水總管、F系統(tǒng)邊界處，設置8個窨井水位觀測點，分別為：位于總管上的A、B、C 3個點;和B點直接相通的D2點、和B點直接相通且位于系統(tǒng)邊界處的E1點;相對位于遠端的、類似于進水管“肩膀”處的D、E、D1等3個點，詳見圖1。
夏季試驗時，在啟動調蓄池前，各觀測點先行測量窨井內水位，同時取水樣。在調蓄池進水過程中，每隔5 min各點測水位、取樣。調蓄池蓄滿后，待各自窨井內水位恢復穩(wěn)定后再次測水位、取樣;調蓄池在取樣后，實施放空作業(yè)。每日重復，直至試驗結束。
汛后試驗時，由于各點測水位和取樣的工作量太大，且受制于現(xiàn)場交通條件，因此在觀測點加裝了水位探頭，實時讀取數(shù)據(jù)。取樣則調整到調蓄池，在調蓄池蓄滿后，取池內水樣送檢，然后實施放空作業(yè)，每日重復，直至試驗結束。
兩次試驗結束后，均實施調蓄池清淤，對所清淤泥取樣送檢。
3 試驗結果分析
3.1水位情況分析
3.1.1夏季試驗
試驗發(fā)現(xiàn)，A、B、C、D2、E1等5個點的水位，會隨F調蓄池進水至蓄滿而呈U型狀變化，以A、B、C為例(見圖2)，基本都在10~15 min時水位變化最為明顯。但位于遠端的D、E、D1等3個點幾乎未發(fā)生變化。由此可以初步判斷，F(xiàn)調蓄池對進水總管的拉動，至C點結束，總長約1 200 m;調蓄池的運行，僅對鄰近的管網起到了收水效果。
3.1.2汛后試驗
在夏季試驗的基礎上，汛后試驗對水位發(fā)生明顯變化的5個點加裝了水位探頭，以A點為例可見(見圖3)：①和夏季試驗一樣，A點水位會隨調蓄池進水至蓄滿的過程而同步發(fā)生變化，并在滿水后的短時間內迅速恢復，這種變化引起的水位落差約1 m;②受前期降雨影響，管道內的水位出現(xiàn)過長高，試驗的第16天，泵站關閉了出水閘門，管道水位也有所長高，但整體上仍保持在一個“常水位”，并未隨調蓄池的連續(xù)運行而發(fā)生明顯的下降;③在試驗后期連續(xù)近20天晴天的情況下，C點和A點水位平均在井蓋以下1.9~1.8 m，經核算總管內始終為滿管流，且每天都呈現(xiàn)出一個小波峰。
這些情況說明，F(xiàn)系統(tǒng)內來水豐沛，調蓄池連續(xù)一個月的運行沒有對管網水位產生影響。從每天的波動規(guī)律上看，生活污水的影響很明顯，管網混接現(xiàn)象比較嚴重。
3.2 水質情況分析
3.2.1夏季試驗
夏季試驗時，在水位幾乎未變化的D、E、D1這3個點，水質總體上比較穩(wěn)定，其中，E點的水質濃度非常低，D、D1點和污水處理廠同期進水水質較為接近。
其他各點中，位于系統(tǒng)邊界處的E1點情況比較特殊，在水位恢復穩(wěn)定后，該點往往出現(xiàn)COD、SS、TP的急劇增長。據(jù)現(xiàn)場觀測人員反映，此處管道內水質渾濁且發(fā)臭，甚至在水位劇烈下降時，都能看到糞便狀物體從相鄰管道沖入，據(jù)分析應該是相鄰合流制系統(tǒng)的污水。
更值得注意的是A、B、C、D2、E1這5個點的水質變化，以A、C兩點為例(見圖4)，在15 min的進水過程中，隨著水位突降，COD和SS呈現(xiàn)出一個突增趨勢，氨氮卻相對平穩(wěn)。同時，調蓄池內的水質也大致如此，COD和SS在最后一天時達到最大值，而氨氮卻總體穩(wěn)定。
從監(jiān)測結果來看，顯然指向了沉積物的影響，調蓄池清淤檢測結果也支持這個觀點，淤積物灰分為84.9%，揮發(fā)分為15.1%，以無機物為主。表明在調蓄池蓄水的過程中，調蓄池收納到的是混有管道內大量沉積物的污水。
3.2.2汛后試驗
汛后試驗的水質監(jiān)測對象是調蓄池進水，將其與同期污水處理廠進水水質比較，結果見圖5。
在1個月的連續(xù)運行中，調蓄池COD和SS濃度波動較大，從試驗開始到第4天，COD和SS出現(xiàn)了第一個高峰，之后逐漸下降，到試驗的第19~22天，COD和SS都再次出現(xiàn)一個或多個高峰，之后又再次下滑。
與COD、SS表現(xiàn)不同的是，調蓄池氨氮總體上較為穩(wěn)定，且始終低于污水處理廠進水水質。根據(jù)檢測人員的觀察，調蓄池進水的外觀偏黑黃色，污水處理廠則是黃色。對調蓄池淤泥的檢測，結果與夏季試驗類似，淤泥中灰分為86.5%，揮發(fā)分為13.5%，也以砂石居多。
據(jù)分析，由于試驗前期發(fā)生降雨，COD和SS的第一個高峰可以認為是生活污水、雨水和沉積物共同影響所致，而之后出現(xiàn)的高峰，則是每天不斷輸送的“靜水深流”，將管道內的沉積物帶入了調蓄池所致。期間，盡管COD、SS濃度降低，但它們和污水處理廠進水并不十分匹配，說明這時調蓄池的進水，未必完全是片區(qū)內的生活污水，還受到管道內沉積物的影響。
一般來說，調蓄池啟用初期，水質容易受到沉積物影響，試驗表明，即使已連續(xù)運行1個月，這種影響仍難以消除。
3.3試驗結論
綜合兩次試驗情況，初步得出以下試驗結論：
(1)試驗結果表明，調蓄池運行一次，僅對一個不大的范圍有作用，即使連續(xù)運行一個月，都無法使泵站進水總管水位降低，換句話說，哪怕將調蓄池放大30倍，也不敢保證就一定能實現(xiàn)“收集全系統(tǒng)內初期雨水”的功能，所以要求調蓄池收集全部的初期雨水是不現(xiàn)實的。
(2)管道沉積物的影響很大，調蓄池一旦啟用，就成了裹挾著大量沉積物污水的“蓄水池”、“垃圾桶”。這樣的客觀存在，使得調蓄池即便是在一個不大的收水范圍內也難以收到真正的初期雨水，可以想像，當泵機放江作業(yè)時，在強力抽送之下會是怎樣的雨污水排入河道。
(3)F系統(tǒng)內存在著豐沛的來水，從水量變化規(guī)律看，與生活污水很接近，但從水質上看，又不是簡單的匹配，加上F系統(tǒng)與周邊合流制系統(tǒng)以及污水處理廠管道間存在著連通情況，這就進一步制約了調蓄池功能的發(fā)揮。
(4)兩次試驗也存在不足之處，比如對管道水位的監(jiān)測，特別是汛后試驗，可以再往系統(tǒng)的“腹地”和邊界處適當延伸，以更加全面觀察來水情況;在周邊廠站運行上，僅僅“維持”或過于教條，若能使之聯(lián)動，試驗效果或許對今后的完善運行更有幫助。
4 思考與對策
4.1溢流污染控制中不能缺少管道的清淤和維護
“初期雨水污染”并不等同于排水管道和泵站的“雨天溢流污染”，所以不能簡單地將其認定為河道污染的主要原因，混接污水、初期雨水以及混雜其中的沉積物，通過雨水泵站放江是影響中心城區(qū)河道污染的重要因素。
目前對于黑臭水體的治理，都知道“問題在水里，根源在岸上”，所以大規(guī)模地實施了沿岸排放口整治，對污水直排出口予以封堵，實施污水截流工程，對雨污混接管道開展調查等等。這些工作都是必要的，但是，在政府部門發(fā)布的河道綜合治理方案中，無論是對河道黑臭成因的分析、治理思路還是主要工作安排中，在排水管道方面，強調的是雨污混接改造、截污治污等工程性措施，對管道維護疏浚清淤卻并未提及。而本次試驗卻表明管道內普遍而不均勻地存在大量沉積物，影響很大且無規(guī)律可循，這也從一個側面回答了為什么泵站放江始終放出去的是“黑水”。要治理排水管網和泵站的雨天溢流污染，僅僅盯著初期雨水、單純依靠建設調蓄池，一定是事倍功半。筆者建議，要高度關注并不斷加強管道的清淤工作，這是成本相對低、效果明顯的河道綜合治理措施之一。
4.2溢流污染控制建設分散調蓄池比集中建設更有效益
“調蓄池太小了”，究竟是表面現(xiàn)象還是本質問題?一方面，排水管道的現(xiàn)狀嚴重影響調蓄池效果;另一方面，調蓄池設計建設時，設定的條件或也過于理想。
以F調蓄池為例，其標高位于排水泵站集水井之下，進水方式依靠進水閥調節(jié)。這樣的進水方式，要實現(xiàn)初雨調蓄的前提條件，應當是管道內尤其進水總管基本處于低水位甚至接近于空管，才可能使得管道所收集到的雨水依坡降流進調蓄池。但實際情況下，卻需要依靠泄水的勢能轉換為動能從而拉動管網內的水，而這種系統(tǒng)末端的所謂動能又極其有限。
筆者認為，在有條件的地區(qū)，特別是比較大的排水系統(tǒng)，應當論證劃分小區(qū)域設立多個調蓄池的可行性，以滿足整個系統(tǒng)內初期雨水的收集要求。即使需要和泵站連體建設，也可以考慮強制進水方式，讓管道遠端的水盡快“動”起來。同時也要注意，上海地下水位比較高，旱季管道內有存水在所難免，一方面，要努力在旱季保持管道低水位，另一方面，在調蓄池設計時，也不能簡單地將計算得出的初期雨水量等同于調蓄池建設規(guī)模，事實上，F(xiàn)泵站常水位約在1.3~1.6 m，每次調蓄池進水時，泵站集水井都會發(fā)生短時水位下降，經折算，有約2 000 m3的水進入調蓄池中，一定程度上“擠占”了調蓄池的容量。即使在晴天，上海雨水泵站集水井水位也普遍在進水管頂之上，設計建設調蓄池時，對此應有所考慮。
4.3溢流污染控制除了建設調蓄池，還需要多維度的思考
對于一個晴天來水都如此豐沛的排水系統(tǒng)，從某種意義來說，建多大的調蓄池都不可能解決溢流污染，原設計也強調了對地區(qū)管道要實施徹底的分流制改造，在系統(tǒng)邊界處要實施合流管和本系統(tǒng)雨水管的封堵。筆者認為，原設計的要求當然是對的，不過，泵站截流泵機和相鄰污水處理廠一起天天正常運轉，還是不能保持雨水總管低水位，這種情況是不是說明當初對污水量的核算存在遺漏?或者地區(qū)污水量增長超出了原來的預測?建議今后在調蓄池設計前期要做全面的校核，安排好污水出路。另外筆者還有一個不成熟的想法，或許對某個單一的系統(tǒng)來說，和周邊系統(tǒng)切開，能夠為本系統(tǒng)內的調蓄池“減負”，不過，簡單地切斷系統(tǒng)間的聯(lián)絡，會否帶來新的問題，又該怎么解決，也應有所考慮。無論是設計還是實際運行中，只做分流、切斷、截污、調蓄恐怕還不夠，還要查明管道是否存在滲漏，并開展修漏堵漏措施，減少滲漏，讓分流制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)旱天的低水位，使調蓄池真正發(fā)揮作用。
4.4調蓄池功能提升同樣需要運行方案進一步的研究和優(yōu)化
據(jù)檢測，F(xiàn)泵站日常運行時的COD和SS濃度明顯低于啟用調蓄池時的進水濃度，盡管調蓄池放空時需要讓出1臺截流泵機的能力，在水量上沒有大的區(qū)別，但由于污染物濃度較高，實際進入合流總管并最終進入污水處理廠的污染物總量更高。據(jù)測算，在汛后試驗的1個月中，較日常多轉輸了COD約80 t，SS約46 t，相當于相鄰污水處理廠16%的月度削減量，這對減輕入河污染很有幫助。這就提示我們，對現(xiàn)狀調蓄池，能不能改變其運行方式?筆者認為后續(xù)應對現(xiàn)有調蓄池做個全面的回顧分析，通過綜合評估，優(yōu)化調蓄池運行，提出適當?shù)母倪M措施。
5 結語
現(xiàn)實中的“鳩占雀巢”，是當前影響初雨調蓄池功能發(fā)揮的最大的問題，迫切需要解決，市政泵站只是放江的一個點，僅僅對著這個“點”做文章是不夠的，一定要堅持對管道的日常檢查和維護，堅持源頭治理。上海要建成全球卓越大都市，初期雨水治理必須提上議事日程，要從源頭入手，結合海綿城市建設，在現(xiàn)實生產中，做進一步的優(yōu)化和完善。只有建立在客觀、科學基礎上的多措并舉，才能實現(xiàn)治理雨季溢流污染的實效。
來源:《給水排水》 作者:周驊
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