污水廠功能調整用于初期雨水調蓄的工程應用

朱牧

（上海城投水務工程項目管理有限公司，上海市 201103）

0 引 言

近年來，隨著水環境治理力度不斷加強，城市水環境面貌不斷改善。但受雨污混接和初期雨水影響，在雨天情況下雨水泵站放江對河道水質有一定的影響[1]，與國家要求和市民期望存在差距。同時，部分中心城區污水處理廠由于建設年代久遠，隨著經濟發展和地區開發，周邊已被密集居住區包圍，環境投訴較多，群眾反響強烈。因此，為貫徹落實《上海市水污染防治行動計劃實施方案》精神，打好全市城鄉中小河道綜合整治攻堅戰，盡快實現“保障水環境安全、清潔、健康，全面改善水環境質量”的目標，以污水處理廠功能調整為契機，擬取消廠區污水處理功能，改造為初期雨水調蓄池，減少雨水泵站放江污染對河道水質的影響，同時極大緩解污水廠的廠群矛盾問題。

1 工程概況

上海市某污水處理廠始建于20世紀80年代中期，服務面積約12 km2，建設規模為10.5萬m3/d，占地約5.57 hm2。污水處理采用AO工藝，出水標準為GB 18918—2002一級B標準。廠內現有構筑物包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、初沉池、生物反應池、二沉池、污泥濃縮池、污泥脫水機房等。

根據規劃要求，污水廠擬進行功能調整，并已實施污水廠外排管道工程，僅保留現狀粗格柵及進水泵房、高位井等繼續運行，區域污水通過外排管道進入下游污水收集干管排至末端污水處理廠進行處理。

結合區域雨污水系統布局，擬利用現狀污水處理廠用地，改造為初期雨水調蓄設施，服務范圍包括五個分流制排水系統，總服務面積約13.7 km2。按照《上海市污水處理系統及污泥處理處置規劃（2017—2035）》，分流制系統初期雨水截流標準為5 mm。

功能改造方案總體思路為將服務范圍內收集的初期雨水通過提升泵房排入調蓄設施，隨后根據外排污水輸送總管的富余能力，將調蓄的初期雨水盡快輸送至末端污水廠進行處理。

2 方案論證

2.1 初期雨水調蓄規模

根據《城鎮雨水調蓄工程技術規范》GB 51174的要求，本工程所需初期雨水調蓄池的有效容積，按式（1）計算:

式中:V為調蓄設施有效容積，m3；D為單位面積調蓄深度，mm，按規劃要求取5 mm；F為匯水面積，hm2；Ψ為徑流系數；Β為安全系數，本工程取1.1。

按照初期雨水截流標準及調蓄池計算公式，本工程初期雨水調蓄規模約4.5萬m3。

2.2 調蓄方案比選

通過對污水廠現場進行踏勘和分析，初期雨水調蓄主要有以下兩種建設方案：

（1）方案一（利舊方案）：利用部分現狀污水處理構筑物，經簡單改造后作為初期雨水調蓄池，廠內新增初期雨水提升泵房、放空泵房等構筑物，保留廠內大部分構筑物。

（2）方案二（重建方案）：廢除廠內大部分構筑物，僅保留進水泵房等，新建初期雨水調蓄池和初期雨水提升泵房。

針對以上兩種方案，從新建或改造及拆除工程量、廢棄工程量、施工周期、工程費用等方面進行全面比選。

方案一：根據廠內現狀構筑物實際情況，擬利用容積較大的初沉池、生物反應池和二沉池改造為調蓄池，復核各構筑物有效容積情況見表1，可用調蓄容積約4.5萬m3，滿足初期雨水調蓄要求。

表1 廠內構筑物調蓄容積復核

方案一須新建及改造部分構筑物，主要包括：需新增提升泵站將截流的初期雨水提升至現狀初沉池、生物反應池及二沉池，考慮盡量利用廠區現狀設施及管道；初沉池、生物反應池、二沉池作為調蓄池，須對現狀構筑物進行局部改造，以滿足初期雨水調蓄功能；廠區功能調整后，須新增除臭系統，對臭氣進行收集處理；新增調蓄池放空泵房，將調蓄池中的初期雨水提升至現狀出水高位井；現狀構筑物基本保留，拆除量小。

方案二：考慮到污水廠已使用多年，故方案二擬拆除廠內現狀構筑物，新建4.5萬m3的初期雨水調蓄池。由于污水廠處于市中心聚居區密集區域，須重點考慮對周邊居民生活和景觀的影響，因此新建調蓄池采用全地下調蓄池方案。

擬新增3座地下式調蓄池，單座調蓄池調蓄容積15 000 m3，設置門式沖洗裝置，調蓄池設置放空泵。同時，配套設置除臭等設施。廠內僅保留廠前區建筑、現狀進水泵房、高位井等構筑物，其他構筑物均需要拆除，拆除量大。

方案比選：方案一改造現狀初沉池、生物反應池、二沉池作為初期雨水調蓄池，新增初期雨水進出水管道，改造及拆除工程量較小，投資較方案二節省約40%，實施周期較短。調蓄設施基本為地上構筑物，運行維護較為方便。重建方案需拆除廠區大部分構筑物并新增全地下調蓄池，同時新增廠區道路、景觀綠化等，土地利用效率高，景觀效果好，但新建和拆除工程量較大，投資較高，實施周期較長。調蓄設施位于地下，運行維護較為麻煩。

綜合考慮投資經濟性、實施周期、實施過程中對周邊居民的影響、功能多樣化等因素，推薦采用方案一（利舊方案）。

2.3 池體改造方案

現狀構筑物改造為調蓄池需考慮結合構筑物池型、現有設備等因素，綜合考慮改造方案，確定經濟有效的調蓄池沖洗方案。根據《城鎮雨水調蓄工程技術規范》GB51174，調蓄池沖洗應根據工程特點和調蓄池池型設計，選用安全、環保、節能、操作方便的沖洗方式，宜采用水力自沖洗和設備沖洗等方式。

針對本工程而言，調蓄池采用利舊方案，利用現狀的初沉池、生物反應池和二沉池進行調蓄，考慮到池體已建成三十余年，為盡量減少對老舊池體的改造工程量，針對不同池型選擇相應的沖洗方式。對于圓形沉淀池而言，現狀設置有周邊傳動刮泥機/吸泥機，由于設備使用時間長，目前已很難利用，同時本工程需要在池體上方加蓋除臭，為充分減少除臭風量，需要對原周邊傳動刮泥機/吸泥機進行拆除，同時，考慮每池新增一套中心傳動沖刮泥機，在刮泥機基礎上增加水力沖洗設施，保障對池底沉積物質的清洗效果。而對于生物反應池而言，為矩形池體，現狀在缺氧區設置有攪拌器，好氧區設置有曝氣盤，因此，擬利用現狀的攪拌器和曝氣盤，保證池內混合效果，避免懸浮物沉積。

2.4 工藝流程

初期雨水調蓄主要包括兩個工藝流程，分別為初期雨水調蓄流程及初期雨水放空流程，見圖1。

圖1 工藝流程圖

（1）初期雨水調蓄：降雨開始時，開啟各雨水泵站配套增加的控制設施，初期雨水進入收集管網；當流入初期雨水截流管網的累計初期雨水量達到調蓄容量時，關閉控制設施。同時，本工程新建的初期雨水提升泵房當水位不斷升高至初期雨水提升泵啟泵水位時，開啟初期雨水提升泵，將服務范圍內收集的初期雨水提升至調蓄池內進行調蓄。

（2）初期雨水放空：待降雨結束，開啟調蓄池放空管道控制閥，經放空泵提升后將調蓄的初期雨水匯入廠外已建的外排管道，最終納入末端污水廠輸送干管。

2.5 環境效益分析

本工程實施后，服務5個排水系統，服務面積13.7 km2，可以實現降雨后截流5 mm初期雨水，減少污染物排江。

根據上海30 a降雨統計數據，本市全年平均降雨深度約1 300 mm，全年降雨場次約130場，其中小于等于5 mm的降雨場次占全年場次的75%，即98場次，小于等于5 mm的降雨深度占全年降雨深度的38%，即494 mm，大于5 mm的降雨本調蓄設施每次能夠截流5 mm，大于5 mm的降雨全年共32次，即大于5 mm的降雨調蓄設施能夠截流160 mm，因此本工程全年能夠截流降雨約654 mm。

3 結 語

本工程聚焦污水處理廠周邊排水系統面源污染治理，堅持人水和諧、系統治水的規劃理念，以污水處理廠功能調整為契機，利用污水處理廠現有構筑物調蓄周邊地區初期雨水，充分節省工程投資，進一步削減地區面源污染，改善周邊河道水環境質量，同時有效緩解廠群矛盾，取得周邊地區老百姓的認可，社會經濟效益顯著，具有較高的工程示范效應。