合流制溢流污染控制調蓄池排空時間探討

云南省設計院集團有限公司 向熙，陳家平

隨著我國對環境的日益重視，合流排水管道直排河道的污染問題日益突出。合流制排水區域在雨季時合流污水挾帶大量地表污染物和部分城市污水溢流到水體，對河道造成污染。當降雨間隔時間長、雨量集中、歷時短、強度高時，雨頭部分多發生在降雨歷時的前半段。因此，雨季合流污水的溢流量多發生在降雨歷時的前段，這時的溢流污水流量大、污染物濃度高，是雨季水體污染的主要原因[1]。

玉溪大河以北片區整體呈現新老城并存、不完全雨污分流的特點。受建設條件限制，源頭存在較多難以徹底雨污分流的老舊小區，市政管網改造后的片區仍屬于不完全雨污分流區域。為有效解決片區的水環境問題，需對片區合流制溢流污染進行有效控制。針對難以改造的合流制排水區域，采取CSO調蓄池的方式進行截流、調蓄。為有效實現海綿城市建設目標，玉溪大河以北片區除開展源頭治理、管網改造、人工濕地建設等項目外，共建設了CSO調蓄池14600m3。

排空時間是調蓄池設計、運行過程中需要重點確定的一個重要參數。合理地確定排空時間，既能有效地去除污染物，又能減少投資及運行費用[2]。

本文通過對玉溪市連續30a降雨時間、降雨量數據的分析，從調蓄池的利用率和后續處理設施能力兩方面探討CSO調蓄池的合理排空時間，提出玉溪大河以北片區調蓄池排空時間設計的建議。

一、工程概況

2016年4月，玉溪市成功申報成為第二批國家海綿城市試點城市以來，為實現“水生態良好、水安全保障、水環境改善、水景觀優美、水文化豐富、河暢岸綠、人水和諧、生態宜居、高原特色的海綿玉溪”目標，玉溪市全面開展海綿城市建設工作。其中，玉溪大河以北片區海綿工程項目為試點區項目包之一。

玉溪大河以北片區海綿城市建設采取“源頭消納—過程控制—系統治理”的綜合治理策略，采用“老舊小區路面部分進行雨污分流、部分市政排水管網提標改造、末端雨水調蓄與CSO調蓄相結合”的設計策略。為有效實現海綿城市建設目標，片區開展源頭治理、管網改造、人工濕地建設等項目外，共建設了CSO調蓄池14600m3。調蓄池建設情況如圖1所示。

圖1 玉溪大河以北片區CSO調蓄池建設分布圖

二、CSO調蓄池排空時間的影響因素

排空時間是調蓄池設計、運行過程中需要重點確定的一個重要參數。合理地確定排空時間，既能有效地削減污染物，又能減少投資及運行費用[3]。

調蓄池排空時間的確定需要考慮多方面的影響因素。

（一）調蓄池利用率

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，即調蓄池利用率越高，調蓄總量越大，污染物削減率越高。

（二）后續處理設施能力

在降雨過后，集中至調蓄池的合流污水需要在一定時間段內輸送至附近截流干管，最終進入下游污水處理廠進行處理達標后排放。因此，下游轉輸及處理設施能力，是排空時間的一個主要限制因素。調蓄池排空流量不能超過下游轉輸管道及污水廠處理能力[4]。

（三）管理運行要求

排空時間越長，合流污水在調蓄池停留的時間越長。合流污水停留時間過長，對調蓄池后續的運行管理不利。

（1）儲存時間過長，合流污水可能發生厭氧狀況，產生臭氣，影響周邊環境；同時令水質惡化，增加后續處理難度及處理成本。

（2）為防止污水發生厭氧反應，減少沉淀，調蓄池停止進水后，沖洗系統智能噴射器將利用氣液混合物，對調蓄池內含有沉渣的污水進行曝氣、攪拌，使水中的沉渣成為懸浮物便于抽排。合流污水停留時間越長，越易產生臭氣和固體沉渣，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，同時停留時間長會增加智能噴射器運行時間，造成運行成本增加。有研究表明，調蓄池的停留時間不宜超過 4～ 5d。

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環境效益，同時應兼顧考慮后續處理設施能力以及運行費用和運行要求。

三、CSO調蓄池排空時間分析

以玉溪大河以北片區海綿城市建設的三座CSO調蓄池為例，將玉溪市連續30a的降雨資料、合流制污水的典型水質、以及玉溪大河以北片區污水處理規模和能力作為基礎資料，計算分析三座CSO調蓄池的合理排空時間。

（一）不同排空時間下調蓄池的利用率及削污效益

1.降雨

降雨量2mm以內的降雨事件，不會形成地表徑流。因此，本文針對玉溪市連續30a降雨量＞2mm的降雨進行統計分析。結果見表1。

表1 玉溪市連續30a降雨統計

由表1可知，玉溪市當次降雨量＞2mm的年均降雨次數為78次，當次降雨量＞2mm年均降雨總量為786.2mm。

2.調蓄池利用率

根據玉溪大河以北片區海綿城市建設方案，三座已建調蓄池的服務范圍及等效調蓄標準如表2。

根據表2數據，計算得到玉溪大河以北片區海綿城市建設的三座調蓄池綜合等效調蓄標準為23.5mm。

表2 調蓄池服務范圍及調蓄標準

通過對降雨數據的統計分析，計算排空時間分別為24h、48h、72h的調蓄池利用率，計算結果如表3所示。

表3 排空時間分別為24h、48h、72h的調蓄池利用率

在三種排空時間下，調蓄池利用率均能滿足調蓄池利用率宜取0.3-0.9的要求。

3.調蓄池環境效益

國內部分城市合流制溢流水質情況如表4。

表4 國內部分城市合流制溢流水質情況

玉溪大河以北片區海綿城市建設的三座調蓄池的出水考慮，通過排空泵就近排入污水管網，最終進入下游污水處理廠處理達標后排放。下游污水處理廠的出水均達到一級A標。

參考昆明合流制溢流水質情況，工程實施后，排空時間分別為24h、48h、72h的情況下，三座CSO調蓄池每年污染負荷削減量如表5。

表5 排空時間分別為24h、48h、72h的調蓄池環境效益

（二）后續處理設施能力分析

通過對現狀排水管網分析，排空時間分別為24h、48h、72h的情況下，三座CSO調蓄池排水至下游污水處理廠的轉輸管道均可滿足轉輸需求。

目前，玉溪市中心城區已建成第一污水處理廠一座，處理規模10萬m3/d，現狀旱季日處理污水量約9萬m3/d。中心城區規劃建設第三污水處理廠，處理規模15萬m3/d。根據玉溪市城市污水處理廠建設情況，近期玉溪大河以北片區內截流的生活污水輸送至第一污水處理廠進行處理；遠期根據排水規劃，將片區內生活污水集中輸送至第三污水處理廠。

玉溪市污水處理一廠旱季日處理污水量約9萬m3/d，三座CSO調蓄池有效容積共計14600m3。若排空時間為24h，則調蓄池排水期間，污水處理廠超負荷運行，不利于污水達標排放。在滿足處理需求的前提下，排空時間越短，調蓄池利用率越高，污染物削減量越大，調蓄池運行管理難度及費用越低。因此，近期建議調蓄池48h排空，所帶來的環境效益和經濟效益最優。

遠期，第三污水處理廠建成后，旱季污水處理能力余量大，污水廠處理規模能滿足調蓄池排空時間為24h的處理需求。因此，建議調蓄池24h排空，充分利用污水廠處理能力，使調蓄池環境效益最大化。

四、結論

玉溪大河以北片區建設的CSO調蓄池，可以有效削減入河污染物，改善片區水環境，提高人居環境，是玉溪市海綿城市建設的重要內容。

排空時間是調蓄池設計、運行過程中需要重點確定的一個重要參數，合理地確定排空時間，既能有效地去除污染物，又能減少投資及運行費用。

通過對玉溪市連續30a降雨時間、降雨量數據的分析，從調蓄池的利用率和后續處理設施能力兩方面探討CSO調蓄池的合理排空時間，提出玉溪大河以北片區調蓄池排空時間設計的建議：近期下游污水廠處理能力有限，建議調蓄池48h排空；遠期第三污水處理廠建成后，建議調蓄池24h排空，充分利用污水廠處理能力，使調蓄池環境效益最大化。