天津市初期雨水調蓄池排空時間的探討

□文/羅 婷 張 強

天津市作為港口城市是北方的經濟發展中心，同時也是一個水資源短缺、水生態系統脆弱的城市，水質污染加重了水資源危機，使生態系統受損。

近年來，通過“清水工程”、“美麗天津一號工程”等項目的實施，截污治污能力顯著提高，點源水污染的排放已得到較好控制，旱季污水直排河道現象明顯減少，河道水質有所改善。

隨著點源污染的逐步削減，非點源水污染對天津水環境質量的進一步提高構成了嚴重的阻礙。城市初期雨水徑流污染成為僅次于農業的第二大面源污染源，是地表水體污染的主要來源。為達到河道水質規劃的目標要求，需進行初期雨水的收集與處理，達到治理非點源污染、保障河道水質的目的，這也是新形勢下水環境治理的要求。目前，負責削減中心城區合流制地區溢流水污染的先鋒河、新開河調蓄池將于2019年底前完成建設并投入使用，一批重點區域的調蓄池正在或計劃建設中，這對改善市區河道的水環境質量將起到較大的作用。

排空時間的確定是調蓄池設計、運行過程中需要著重考慮的一個重要參數，合理的確定排空時間既能有效的去除污染物又能減少后續處理設施的投資及運行費用。

1 初期雨水調蓄池排空時間的影響

1.1 利用率

當調蓄規模一定時，排空時間越短，為下一場降雨預留的調蓄容積越大，即相對調蓄規模越大，污染物削減率越高。

1.2 后續處理設施的規模

排空時間決定了下游處理設施規模和工程造價，排空時間越短，下游轉輸及處理設施的規模越大，投資越高，運行費用也相應增加。

1.3 管理運行的要求

在滿足污染物削減的前提下，排空時間越長，調蓄池容積越大。初期雨水在調蓄池停留時間過長對后續的運行管理不利，有研究表明［1］：

1）儲存時間越長，越有可能發生厭氧狀況，產生臭氣，對周邊環境造成極大影響，同時令水質惡化，增加處理成本；

2）調蓄池停留時間過長，會產生臭氣和固體，不易被沖刷和清除，積累的沉泥會增加維護成本和清理難度，調蓄池的停留時間不宜超過4～5 d。

因此，確定合理的調蓄池排空時間，既要考慮調蓄池的利用率和削污效益，同時應兼顧考慮后續處理設施的投資和運行費用。

2 初期雨水調蓄池排空時間的分析

以天津市主城區五座污水處理廠及其服務范圍為例，將天津市的降雨資料、初期雨水的典型水質作為基礎參數，計算論證調蓄池的合理排空時間。

2.1 不同排空時間下調蓄池的利用率及削污效益

2.1.1 降雨

降雨強度2 mm 以內，不會形成地表徑流，因此本次主要針對近30 a 強度＞2 mm 的降雨進行統計分析。見表1。

表1 天津市近30 a降雨統計

由表1 可知，強度＞2 mm 的年均降雨次數為35次，強度＞2 mm年均降雨總量為490.2 mm。

2.1.2 調蓄標準

天津市目前確定的主城區分流制地區的初期雨水調蓄標準為6～8 mm，合流制地區的調蓄標準為25 mm。主城區90%以上的區域排水體制為分流制，因此本次計算中采用的主要調蓄標準為6～8 mm。

2.1.3 調蓄池利用率計算

通過對降雨時間、降雨量的統計分析，計算出排空時間為24、48、72 h 的調蓄池利用率，分別為92.5%，80%、75%。以上三種排空時間均能滿足調蓄池的利用率宜取0.3～0.9的要求［2］。

2.1.4 削污效益

目前，天津市主城區初期雨水調蓄池的出水考慮進污水處理廠處理達標后排放，主城區的污水處理廠出水均達到地方標準的A標準[3]。

根據天津地區雨水水質[4]、調蓄池不同排空時間的利用率，計算出主城區初期雨水調蓄池的主要污染物的削減效益。見表2。

表2 主要污染物削減效益

2.2 不同排空時間對應的污水處理廠規模計算

為保證初期雨水的處理效果，減輕對城市河道的污染，天津市的調蓄池收集的初期雨水主要輸送至污水處理廠進行處理后排放，因此污水處理廠擴建的規模，與初期雨水的調蓄量及初期雨水調蓄池的排空時間相關。

天津市主城區主要有五大污水處理廠，根據其服務范圍，按6～8 mm 的調蓄標準（合流制區域按25 mm計算），產生的初期雨水量見表3-表7。

表3 津沽污水處理廠初期雨水量

表4 咸陽路污水處理廠初期雨水量

表5 張貴莊污水處理廠初期雨水量

表6 東郊污水處理廠初期雨水量

表7 北倉污水處理廠初期雨水量

若考慮初期雨水經調蓄池按24 h 排空，五座污水處理廠的旱季、雨季規模見表8。

表8 調蓄池24 h排空主城區五座處理廠處理規模

調蓄池排空時間為24 h 時，主城區五座污水處理廠的雨季處理規模需增大至620×104m3/d，投資約增加177.5億院，每年增加運營費約27.2億元。

若考慮初期雨水調蓄池按48 h 排空，五座污水處理廠的旱季、雨季規模見表9。

表9 調蓄池48 h排空主城區五座處理廠處理規模

調蓄池排空時間為48 h 時，主城區五座污水處理廠的雨季處理規模需增大至444×104m3/d，投資約增加89.5億元，每年增加運營費約13.7億元。

若考慮初期雨水調蓄池按72 h 排空，五座污水處理廠的旱季、雨季規模見表10。

表10 調蓄池72 h排空主城區五座處理處理規模

調蓄池排空時間為72 h 時，主城區五座污水處理廠的雨季處理規模需增大至384×104m3/d，投資約增加59.5億元，每年增加運營費約9.1億元。

通過以上分析計算，當初期雨水調蓄池排空時間為24 h時，調蓄池的利用率為92.5%，后續處理設施增加的規模較大，投資及運行費用均大幅增加，不推薦在天津地區采用。

調蓄池排空時間為48 h 與72 h 相比，污水處理廠投資增加30億元，每年的運行費用增加4.6億元，調蓄池的利用率僅提高5%。

3 結論

初期雨水調蓄池的建設，可有效地減輕地表徑流對河道水體的污染，使城市的水環境得以改善，使人民的生活環境質量逐步提高；可以改善城市投資環境，改變城市的對外形象。天津市主城區的調蓄池的收集標準分流制區域采用6～8 mm，合流制區域采用25 mm，根據對調蓄池的削污效益和工程投資的分析建議的排空時間為72 h。