合流制排水系统溢流污染控制方法

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[摘要]现阶段，合流制排水系统溢流污染问题是绝大多数城市的通病。总的来说，合流制溢流污染控制分为年溢流污染总量控制率、年均溢流频次控制率、年溢流体积控制率三类方法。基于溢流频次法，对长沙小西门片区溢流污染控制提出解决方案。

[关键词]合流制；排水系统；溢流污染；溢流频次

1引言

随着人民生活水平的提高，城市水环境质量也倍受重视[1]。合流制排水系统的入河排口，在雨季时将对水环境造成巨大冲击，当入河污染负荷超过水环境容量时，将形成黑臭水体，严重影响居民的生活质量[2]。近年来，较多学者针对合流制排水系统的溢流污染控制方法、评估目标作出探讨[3-4]，以城市水环境质量为导向的溢流污染控制理论与体系正逐步完善[5-6]。

2合流制溢流污染的概念与特点

2.1合流制溢流污染的概念。城市的排水系统分合流制排水和分流制排水两种。其中合流制排水系统是将生产污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除，现在常采用的是截流式合流制排水系统。这种排水系统是在临河岸边建造一条截污干管，同时截流干管处设置溢流井，并设置污水厂。由于有部分混合污水经溢流后直接排人水体，成为水体的污染源而使水体遭受污染，这是它的严重缺点。截流制排水系统在暴雨条件下，由于大量雨水流入排水系统，流量超过污水处理厂或污水收集系统设计能力,超出部分以溢流方式直接排放，这部分溢流混合污水就称为合流制排水系统污水溢流(CombinedSewerOverflows，CSO)。

2.2溢流污染的污染源及特点。雨季CSO收集了工业废水、城市生活污水和地表径流三种不同性质的废水，以及由地表径流引起的非点源污染冲刷街道的固体颗粒和管道中的沉积物也汇入CSO。因此，CSO中的主要污染物包括有机物、氮磷等营养物质、悬浮固体、致病微生物及重金属等其他有害物质。由于CSO具有非连续性、突发性、高污染等特点，因此较城市污水更难处理。CSO污染有以下几个特点：(1)因降雨过程中雨量的变化，流量变化很大；(2)因各地气候、降雨量的不同，浓度变化大；(3)对某些河流沟道系统，在暴雨天气时，由于地表径流在短时间内累积，流入沟道，在CSO过程初期，形成了污水流量的高峰值，并且由于初期暴雨对地表和沟道中累积的污染物的冲刷，形成了污染物浓度的高峰，随着径流量的增加，污水得以稀释，污染物浓度下降至平均水平。这种现象被称作初期冲刷(firstflush)，是雨天对水体造成重大污染的主要原因。目前，我国大多数旧城区仍采用的是截流式合流的排水体制，在各片区完全实现分流制改造之前，合流制排水体制将长期存在。截流式合流制排水体制存在的雨季溢流污染问题，是导致水环境恶化、城市黑臭水体形成的主要原因。雨季溢流污染控制的主要难点在于找到防汛排涝同水环境治理之间的矛盾的平衡点，溢流污染控制措施应根据排口具体情况因地制宜合理确定。

3溢流污染控制标准与思路

3.1溢流污染控制标准。总的来说，溢流污染控制标准可分为三类：即年溢流污染总量控制率、年均溢流频次控制率、年溢流体积控制率(如图1)。三类标准以全流域水环境容量及水质目标为基础，以污染物总量控制为核心，在全流域统筹的原则下，布置全流域水污染防治的总体方案。具体来看，年溢流污染总量削减率这一标准适用于流域内水环境容量已明确的情况，在小流域溢流污染控制方面较为适用，应用在大流域溢流污染控制时，将面临很大的污染调查、水量平衡计算工作。年均溢流平次控制率这一标准，适用于流域内降雨资料齐全，且管道资料详实，管道过流能力确定的情况。年溢流体积控制率法，即从调蓄控制入手，解决污染问题。

3.2溢流污染控制思路。总的来说，结合国内外中心城区合流制排水区域溢流污染控制相关工程的工程实践及解决方式，CSO污染控制主要通过源头削减+过程控制+末端治理相结合的方式解决(图2)。(1)源头削减：由远期结合片区海绵城市改造及因地制宜的雨污分流改造实现，达到海绵城市专项规划中污染物削减率需求。(2)过程控制：调整现有截污模式，采取多点、分散截污模式，沿现有渠系新建截污干管、溢流污染调蓄池进行收集控制、处理。过程控制主要有3种方式：①提高排水系统污水截流倍数，增大污水处理厂的处理规模。②合流制区域实行雨污分流改造，系统范围内小区及市政道路新增污水收集及输送管网。③采取新增截污干管+溢流污染控制调蓄池的方式。

4溢流频次控制率法在工程中的应用

4.1工程区概况。以小西门排渍泵站服务片区，本片区为建成区，已建成较为完整的市政排水系统，因建设年代较远，建设标准较低，小西门泵站汇水区域内采用截留式合流制排水体制，截流倍数n0=1.0。受合流排水管网运行模式影响，小西门排渍泵站服务片区降雨排水时段存在合流制溢流污水直排湘江的情况，尤其在泵站排水初期，出水水质呈现较为严重的“黑”、“脏”现象。由于小西门排渍泵站排口位置处于湘江一级饮用水源保护区，环境影响极其敏感，降雨时段排口“黑龙事件”备受环保部门及市民关注，且其造成的黑龙现象被多次环保投诉。

4.2工程区截流量与溢流频次的关系以2016年118场次降雨为研究对象，其特定强度降雨场次、截流量(小西门汇水区面积为0.58km2)、溢流频次削减率如表1所示。如表1所示：当需控制截流雨量为10mm时，则需要截流污水量为5800m3，此种工况下可满足年污染溢流频次控制率为59%，即以2016年降雨为参考目标，截流5800m3雨水后，当年约有59%降雨将不发生溢流。

4.3溢流频次控制标准的确定。根据《城市黑臭水体治理-排水口、管道、检查井治理技术指南规定》：旱天，确保各类排水口无污水排放，雨天，有效降低排水口溢流，各地结合雨型、雨量、收纳水体情况和“海绵城市”建设，具体制定溢流控制标准，原则上治理后溢流频次应降低50%以上。在缺少以湘江为研究对象的水环境治理规划的条件下，目前收纳水体湘江无法对小西门排口提出具体的溢流频次控制需求，本方案结合现有建设条件，通过经济、技术、可行性等各方面比较，确定将小西门排口溢流频次控制在50%以下。

4.4溢流污染频次控制法技术路线。总的来说，溢流污染频次控制法分为以下几个步骤。(1)调查与资料收集：首先是要获取工程区的现状管网资料，包括管径、坡度、淤堵情况等；其次，需获取当地的地形、地势、不渗透率等资料；最重要的是排口出流量与降雨量的时间序列关系及典型年全年降雨量、溢流次数。(2)水质水量模型构建：通过基础资料，构建工程区的水质、水量模型，模型建立后，需进行场次降雨情况下的出流情况率定，以及全年降雨情况下的溢流频次分析。(3)方案制定：根据模型及实际情况，制定源头控制、截流、调蓄等方案，对单一方案及组合方案进行工况模拟，并从经济性、适用性角度进行论证。(4)实施与反馈：根据方案进行项目实施，项目建设完毕后，根据运行情况，总结方案制定、模型构建等经验。

5结论与建议

合流制排水系统溢流污染控制是一个比较棘手的难题，有条件的情况下，可采纳年溢流污染总量控制率、年均溢流频次控制率、年溢流体积控制率三类标准对其进行综合论证。其中，若水环境容量无法确定，采用溢流频次控制率法也能起到较好效果。建议在制定溢流污染控制方案时，将水质、水量模型作为评估工具。

作者:边兆生 蔡甜 单位:中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司