合流制排水系統調蓄池的研究進展

聶 鳳 ，熊正為 ，黃建洪 ，虢清偉，彭福全

（1.環境保護部華南環境科學研究所，廣東廣州 510655；2.南華大學城市建設學院，湖南衡陽 421001）

0 前言

我國許多城市老城區采用合流制排水系統，雨時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荷，造成嚴重污染，導致水環境質量下降。上海黃浦江、蘇州河的合流制排水系統溢流（CSO）污染問題，北京、廣州、武漢等許多城市也屢屢發生CSO的污染事件，嚴重制約城市的可持續發展。而控制城區合流制排水系統的面源污染、削減污染負荷，是解決問題的當務之急。

歐美國家對合流制的長期規劃、控制方法等進行了大量研究，并制定出一系列的指導措施。美國不僅出臺了關于CSO污染控制的一系列法規，并采取了相應的具體措施，費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，合流制管道系統平均每年要發生50～60次的合流制管道溢流現象，通過各種規劃方案和成立評估小組來控制CSO污染；日本東京制定了合流制排水系統環境目標改善方案，污染物負荷削減量為202.1 t/a。隨著城市截污處理系統日趨完備，在合流制污水溢流口處設調蓄池，截留部分合流制排水系統污染物，成為合流制排水系統面源污染控制的一項關鍵技術。

1 調蓄池的工作原理、類型及功能應用

1.1 工作原理

CSO含有生活污水、工業廢水、雨水，以及晴天時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重污染。合流制系統采用溢流調蓄池工作原理如圖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。因此合流制調蓄池的主要作用是截流初期混合污水，提高合流制系統截流倍數[3、4]。

圖1 合流制調蓄池工作原理圖解

圖2 合流制調蓄池曲線圖解

1.2 調蓄池類型

調蓄按在線/離線可分為在線調蓄和離線調蓄[5]，如圖 3所示。

按溢流方式可分為池前溢流和池上溢流；根據調蓄池與管線的關系，調蓄池又可分為與管道并行連接和管道串聯兩種[6-8]。

1.3 調蓄池功用

在污水廠建設調蓄池，在很多程度上能控制CSO的排放量，并且起到調蓄凈化的效果，通過對不同國家和地區調蓄池處理技術的研究成果，分析調蓄池得出的功能應用，如表1所列。

圖3 調蓄池型示意圖

表1 調蓄池應用情況一覽表

根據美國環境保護局Whipple和Hunter等專家研究，調蓄池可以去除 TSS：50%～70%；TP：10%～20%；TN：10%～ 20%；有機物：20%～40%；鉛：75%～90%；鋅：30%～60%；碳化氫：50%～70%；細菌：50～90%。

可見調蓄池將截流的合流污水進行調蓄，不僅可以緩解水體沖擊負荷、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水體的污染，同時還可以減小截流管道的管徑，在控制溢流污染上貢獻很大。近20 a來也已經在德國、丹麥和日本等國得到廣泛應用。

2 調蓄池的設計與優化

2.1 容積設計

國內外對溢流雨水調蓄池的研究已經比較成熟，調蓄計算方法也已應用到各項工程實踐中。而調蓄池容積是調蓄池設計的關鍵，需要考慮所在地區的降雨強度、雨型、歷時和頻率、水管道的設計容量等因素[9]，表2為不同國家和地區調蓄池的調蓄容積計算方法。

由表2可見，調蓄池計算方法不盡相同，在計算調蓄池容積時，主要從城市雨水利用的角度出發，對合流污水調蓄的不同方式及調蓄的方式、有無滲透、溢流做法等條件進行分析，選擇適合各城市調蓄池的計算方法。

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，調蓄池在使用后底部不可避免地滯留有沉積雜物、泥沙淤積，如果不及時進行清理，沉積物積聚過多將使調蓄池無法發揮其功效。因此，在設計調蓄池時必須考慮對底部沉積物的有效沖洗和清除。調蓄池的沖洗方式有多種，各有利弊，如表3所列。

表2 調蓄池容積計算方法匯總表

表3 調蓄池各沖洗方式優缺點分析表

在工程設計時根據不同沖洗方式的優缺點，進行技術經濟的比選，選擇合適的沖洗方式，保證調蓄池的正常運行。但無論采用何種方式，必要時仍需進行輔助的人工清潔。

2.3 調蓄池的優化設計方向

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

2.3.1 多功能雨洪調蓄技術

多功能調蓄池是在長時間的雨季時可儲存雨污水，防止洪澇災害的蓄水池，而在非雨季或沒有大的暴雨時，這些設施可以全部或部分地正常發揮城市景觀、公園、綠地、停車場、運動場、市民休閑集會和娛樂場所等多種功能。

張燕[10]通過分析北京延慶媯河景觀公園多功能雨洪調蓄設施的可行性，指出多功能雨洪調蓄不僅增加可用水資源，緩解城市嚴重的缺水局面，還能削減洪峰流量，保障城市防洪安全，改善城市環境，充分利用土地資源。車伍等[11]簡略地論述這種設施在國外的應用情況，并以北京為例，討論了多功能雨水調蓄措施在北京和我國其他城市的推廣應用情況。黃民生等[12]對下凹式綠地進行實驗研究表明：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到44.4%，56.6%和42.3%，平均去除率都在40%以上，可看為一個小型的調蓄池。日本千葉縣的長津川調蓄池，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所；在豐水期，當暴雨來臨時，此時的游戲廣場、草坪廣場作為雨水調蓄滲透塘進行蓄水，暴雨過后儲蓄的雨水下滲，在削減洪峰流量的同時補充地下水源[13]。

2.3.2 調蓄池與泵站結合優化設計

廈門機場路雨水泵站項目中通過將雨水調節與泵站抽排有機地結合起來，與傳統的設計方法相比，提高了系統的雨水調蓄功能，并降低了泵站造價[14]。陳書玉等[6]研究了上海北外灘地下敞開式調蓄池泵站組合系統可方便合理地實現收集管道調蓄容量利用、調蓄池調蓄、截流系統截流、運行模式優化相結合。對蘇州延岸大泵站建設雨水調蓄池是削減蘇州河排江污染負荷的重要工程,通過對成都路調蓄池試運行研究，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]針對上海市蘇州河沿岸排水系統雨天出流的特性，提出了調蓄池形式優化選擇的策略：對于存在一定初期效應且沉降性能差的合流制系統采用存儲池；而對于基本無初期效應、出流中污染物沉降性能好的分流制系統采用存儲-沉淀池。

3 結論

調蓄池可以明顯地削減洪峰流量，提高溢流污水水質，改善城市環境，充分利用土地資源，最大程度地發揮城市土地資源的綜合效益，因此在傳統調蓄池基礎之上，要不斷優化調蓄池的設計，合理確定調蓄池的容積，進一步研究調蓄池的多功能調蓄技術，形成集成化的控制，提高其調蓄功能和使用的安全合理性。

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