智能分流井在武漢湯湖污染水體治理中的應用

許亞強 張志彪 田 鵬 柳俊峰

（1.中信清水入江（武漢）投資建設有限公司，湖北武漢 430000；2.武漢圣禹排水系統(tǒng)有限公司，湖北武漢 430000）

隨著城市發(fā)展和人們生活水平提高，水體環(huán)境污染治理越來越受到重視[1-2]。現(xiàn)有的排水系統(tǒng)較為老舊，存在的問題較多，雨污分流改造不能夠有效解決雨污水混流問題，需要對初期雨水和混入污水的雨水采取截流措施，避免水體污染[3]。

基于全生命周期理論，Kacprzak等[4]從多學科領域綜述污水、污泥治理的研究成果，強調(diào)污水治理在城市區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的關鍵作用。Welch等[5]跟蹤并研究污水稀釋與分流措施對Moses湖水質(zhì)的改善效果，研究表明污水稀釋與分流措施使湖泊水質(zhì)提高50%，透明度提高近100%。

Song等[6]討論不同污水分流率下秦淮河水體污染治理效果，研究表明污水分流率越高，水體治理效果越明顯；秦淮河的污水分流率低于35%時，其他任何治理手段幾乎均無法達到治理效果。研究廣州石井河流域雨污分流治理效果時，朱理銘[7]發(fā)現(xiàn)常采用的截污閥等措施，無法有效地分流雨水中的污水是石井河流域水體污染的主要原因之一。張宇等[8]介紹智能分流井在城市污染水體治理中的應用原理，在武漢市南太子湖的工程實例中發(fā)現(xiàn)，智能分流井可以有效地分離流入雨水中的污水。文章以武漢湯湖污染水體治理為例，分析智能分流井在城市污染水體治理中的應用。

1 智能分流井的組成與主要原理

1.1 智能分流井的組成

在雨水管上設置一進三出智能分流井，主要由進水管、截污管、初雨管、出水管組成。井內(nèi)設備主要包括超聲波液位計、液動限流閘門、浮動擋板、雨量計、投入式液位計、液動下開式堰門、高清攝像頭、SCADA控制系統(tǒng)。

液動限流閘門和SCADA控制系統(tǒng)是核心部件。液動限流閘門是截留限流的主要工具；SCADA控制系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)對管網(wǎng)、智能分流井、調(diào)蓄池、污水處理廠等排水構筑物的遠程整體運行調(diào)度、在線監(jiān)測、控制、數(shù)據(jù)存儲與分析、設備點檢與故障診斷，可以實現(xiàn)移動終端監(jiān)控。

1.2 智能分流井的主要原理

雨水中污水的混流情況主要包括4類，分別為晴天時，雨水管中過水全部為污水，不可能存在雨水；暴雨時，雨水管中含有大量的雨水和污水；初雨時，雨水管中含有少量的雨水，雨污水混流嚴重；降雨中后期，雨水管中含有一定量雨水，幾乎不存在雨污水混流現(xiàn)象[9]。

（1）晴天。

晴天時，液動限流閘門處于開啟狀態(tài)，液動下開式堰門處于關閉狀態(tài)，雨水管內(nèi)水（由雨污水管錯接導致的生活污水進入雨水管中的水）完全截流至截污管并輸送到污水處理廠，極大地減少直接進入自然水體的污水。

晴天時智能分流井的運行狀態(tài)如圖1所示。

圖1 晴天時智能分流井運行狀態(tài)

（2）暴雨。

暴雨時，市政雨污水管道涌入大量積水，智能分流井和調(diào)蓄池內(nèi)水位迅速攀升并超過城市洪澇警戒水位。為了確保城市區(qū)域防汛工作順利進行，智能分流井將較臟的雨水一部分進入截污干管，其余積水全部溢流至自然水體。

暴雨時智能分流井的運行狀態(tài)如圖2所示。

圖2 暴雨時智能分流井運行狀態(tài)

（3）初雨。

初雨時，液動限流閘門處于開啟狀態(tài)，液動下開式堰門處于關閉狀態(tài)，雨水管內(nèi)水完全截流至截污管并輸送到污水處理廠。未發(fā)生暴雨災害時，智能分流井和調(diào)蓄池內(nèi)水位難以超過城市洪澇警戒水位，智能分流井正常工作。曾彥君[3]對上海市兩座雨污水分流的泵站的放江水質(zhì)進行采樣分析，結果表明，初雨時雨污水分流效果不明顯，初雨時較多的污水會進入雨水管。

初雨時智能分流井運行狀態(tài)如圖3所示。

圖3 初雨時智能分流井運行狀態(tài)

（4）降雨中后期。

降雨中后期，雨水管中含有一定量的雨水，但幾乎不存在雨污水混流現(xiàn)象[9]。此時，限流閘門關閉，較干凈的雨水全部排放至自然水體。

降雨中后期智能分流井運行狀態(tài)如圖4所示。

圖4 降雨中后期智能分流井運行狀態(tài)

1.3 智能分流井的主要優(yōu)勢

（1）采用氣動控制，井內(nèi)設備結構簡單，成本較低。

（2）與帶下開式堰門的分流井相比，土建簡單、施工難度小、土建成本低[10]。

（3）雨天事故斷電時，出水口的柔性截流裝置可以自動打開，保證安全行洪。

（4）采用先進的SCADA系統(tǒng)進行智能控制，對雨量計、液位計和水質(zhì)傳感器等數(shù)據(jù)進行采集并計算，實現(xiàn)智慧運行和精確截污。

（5）設備內(nèi)的柔性套筒可以從底部向上開啟，實現(xiàn)截流一定高度水位，水可以從上部的空間進行溢流。

2 智能分流井在武漢湯湖污染水體治理中的應用

湯湖位于武漢經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，緊臨車城大道，被列入湖北省、武漢市湖泊保護名錄，是重點保護景觀型（Ⅰ類）湖泊。湯湖沿線水域面積1.05 km2、容積156.2萬m3，岸線長度約6 570 m、平均水深1.8 m。

湯湖區(qū)域內(nèi)的排水體制為雨污分流制，沿岸一共有14個排口，1#、8#、9#、10#、11#、12#、13#排口為分流制混接排口。周邊市政工程建設中存在雨水管網(wǎng)錯接、混接問題，導致大量生活污水混入雨水系統(tǒng)，未經(jīng)過有效處理直接排入湯湖，造成湯湖水體黑臭。治理前，湯湖治理前水質(zhì)為劣五類（水質(zhì)已嚴重惡化，基本喪失水的使用功能），湖體富營養(yǎng)化較嚴重。

湯湖污染水體治理采用“智能分流井+調(diào)蓄池組（初雨調(diào)蓄池+在線雨水處理調(diào)蓄池）”方案，沿湖設置7個智能分流井和3個調(diào)蓄池組（規(guī)模為7 000、8 000、15 000 m3）。項目實施過程中，對混流的雨污水進行智能分流。

湯湖治理前后典型污染物檢測結果如表1所示。

表1 湯湖治理前后污染物檢測結果 單位：mg/L

由表1可知，經(jīng)過3個月的污水分流治理，湯湖水質(zhì)有了明顯改善，主要污染物濃度明顯降低，達到Ⅳ類水品質(zhì)。

3 結語

應針對不同的雨污水混流情況采取不同的截流策略，使用智能分流井可以有效避免污水通過雨水管道進入城市水體，高效地改善城市水環(huán)境。