合流制排水系统调蓄池的研究进展

摘要：合流制排水系统的截流倍数主要依靠调蓄池的调节来提高，以此来大限度地削减河流入湖污染负荷。要想更好的控制面源污染、削减污染负荷其关键技术还是合流制排水系统溢流调蓄技术。文章旨在探讨了调蓄池发展、调蓄池的功能及设计方法, 并通过分析中国调蓄池的应用状况, 以此来提出如何利用调蓄池有效削减排水系统污水排放量, 并改善排放水质, 借而改善城市水体环境创建文明水文化。文章展望未来的方式提出了调蓄池的研究方向。

关键词：调蓄池；截留倍数；溢流污染；合流制排水系统；优化设计

中图分类号：S611文献标识码： A

引言：我国大多数城镇采用合流制排水系统，这种排水系统往往会导致水环境质量的下降。合流制排水系统在雨季或融雪季节, 包括雨水、生活污水及工业污废水的合流污水排入城市水体, 造成合流污水溢流污染( CSO s, Combined Sew erOverflow ) [ 1- 2] 。雨时合流污水挟带大量地表污染物和城市污水溢流到河流、湖泊等水体，增加了受纳水体污染负荷，造成严重污染。黄浦江、苏州河都曾出现过合流制排水系统溢流（CSO）污染问题。在理论上, 分流制排水系统可以解决合流污水溢流污染问题, 更优于合流制排水系统, 但在实践中, 分流制的雨水排水系统、污水系统经常会出现雨污混接、地下水下渗等原因引起的非雨水排入城市水体, 对城市水环境造成更严重的威胁。

一、调蓄池的功能工作原理及类型

1.1调蓄池的基本工作原理

合流制排水系统的溢流调蓄池(T h e R e t e n t io nB a s in s w ith O v e r fl o w , 简称R B o )工作原理如1、2图所示。

图1 合流制调蓄池工作原理图解

图2 合流制调蓄池曲线图解

CSO 含有生活污水、工业废水、雨水，以及晴天时形成的腐烂的

沟道底泥，其中含有大量的污染物，直接排放造成水体严重污染。为了控制CSO s的排放量, 根据场地条件和受纳水体的环境要求不同, 常用的处理方法就地处理和污水厂处理 , 其中污水厂处理需建设调蓄池将合流污水溢流收集。

1.2调蓄池的作用

在污水厂建设调蓄池，在很多程度上能控制CSO 的排放量，并且起到调蓄净化的效果，通过对不同国家和地区调蓄池处理技术的研究成果，分析调蓄池得出的功能应用，调蓄池可收集初期雨水,从而大大减少暴雨期间合流制泵站的溢流量, 减少对水体的污染。

1.3调蓄池的计算方法

国内外对溢流雨水调蓄池的研究已经比较成熟，各国基本都有相对成熟的计算方法，其中, 德国污水协会制定/ ATV A rbe itlatt A128 -19920标准[ 19] , 初期混合污水调蓄池容积按下式计算:

V = β×α×φ×10f

式中V 调蓄池容积, m3;f---单位收集面积需调蓄初期雨量, mm; α---收集面积( hm2);φ---径流系数, 建议值为0.7同城市渗透面面积相关;β---安全系数, 建议值为1.5。调蓄池计算方法不尽相同，在计算调蓄池容积时，主要从城市雨水利用的角度出发，对合流污水调蓄的不同方式及调蓄的方式、有无渗透、溢流做法等条件进行分析，选择适合各城市调蓄池的计算方法。

二、调蓄池的研究与应用

国内外的经验表明, 调蓄池在各排水系统中起着非常重要的作用。在合流制中, 它是控制CSOs的重要手段; 在分流制中, 是有效控制初期雨水污染的重要方法。

2.1调蓄池在合流制排水系统中的研究与应用

进入调蓄池的为合流污水，另外存在旱季运行模式和初雨截流模式。

1）旱季运行模式。旱流污水进入总进水闸门井，水位低于井内溢流堰，污水重力流入截流泵房，仅有部分截流污水泵工作，将旱季污水提升至截流干管，防汛泵不工作，也不使用调蓄池。为防止河水倒灌，防汛泵房出水闸门关闭，闸门承受反向压力。

2）初雨截流模式。降雨初期，合流污水流量小于等于截流泵房设计规模，合流污水进入总进水闸门井，水位低于等于井内溢流堰，合流污水重力流入截流泵房，所有截流泵工作，将合流污水提升至截流干管，防汛泵不工作，也不使用调蓄池。为防止河水倒灌，防汛泵房出水闸门关闭，闸门承受反向压力。

溢流调蓄池是合流制排水系统面源污染控制的一项关键技术。国外60- 70[ 15] 年代在大量研究了各排水系统的雨天出流特征后, 指出控制CSO s设置调蓄池的必要性; 并建立广泛的数据库系统, 用以指导调蓄池的设计[ 16 ] , 而在80- 90年代[ 17- 18] 则重点研究已设置调蓄池的排水系统的截留效率, 并同时建立了各种模型来模拟调蓄池的运行效果, 用于指导与气象相结合的实时控制管理( Real T ime C ontrol) [ 19] 的研究。中国对调蓄池的研究则起步较晚,上海在国内首先采用调蓄池来治理苏州河, 并建立了模型对调蓄池的功效进行研究。

20世纪90 年代初无锡市排水管理处在无锡市[ 20] 梁溪河北侧16条暗渠开展污水截流实践, 建造了河坍污水截流泵站, 将河坪洪的合流污水提升到芦村污水处理厂进行处理, 使梁溪河水质得到改善。梁俊涛等[ 21] 在昆明市第二污水处理厂服务区域建立雨污联合调蓄系统, 对系统进行了1年的运行研究.研究表明, 雨污联合调蓄系统可以有效截流暴雨期间产生的雨污合流污水, 并截留大量的污染负荷。工程中最合适的调蓄容积为20 m3 /hm2,在此容积下, 调蓄系统调蓄的水量和污染物去除率分别为: 水量40%、SS45%、CODcr 43% 、NH-4 -N52% 、TP52%, 从而有效减少向自然水体排放的污染负荷, 极大地缓解了水体污染。

美国环境保护局及Whipple 和Hun ter等[ 27] 专家研究表明, 调蓄池在合流制排水系统中能达到以下去除效果: TSS50% ~ 70%, TP10% ~ 20%,TN10% ~ 20%, 有机物20% ~ 40%, 铅75% ~ 90%,锌30% ~ 60% , 碳化氢50% ~ 70%, 细菌50% ~90%。可见, 调蓄池在减少污水排放量的同时, 也降低了污染物的浓度。

三、 工艺参数

3.1设计原则

充分利用地下空间, 提供土地的利用率, 将调蓄池设置于大型绿地下, 池顶覆土可满足大树种植要求; 调蓄池体积满足削减排放量50 % 以上的要求; 调蓄池作为合流制排水系统污染控制的核心构筑物, 其采用的设备应可靠性高检修少。

3.2调蓄池的优化设计方向

为改变传统调蓄池从单一的调蓄储存功能,增加到调蓄储存与过流处理并用, 并形成集成化的控制，提高系统调蓄池的调蓄功能，已开展了一系列对调蓄池优化的研究，形成一批研究成果并已在工程上得到广泛应用。

3.3调蓄池与泵站结合优化设计案例

上海北外滩地下敞开式调蓄池泵站组合系统可方便合理地实现收集管道调蓄容量利用、调蓄池调蓄、截流系统截流、运行模式优化相结合。对上海市苏州河延岸大泵站建设雨水调蓄池是削减苏州河排江污染负荷的重要工程,通过对成都路调蓄池试运行研究，估算每年可削减成都路泵站排放量50%以上，削减CODcr 11.53t、SS 4.76 t。

针对上海市苏州河沿岸排水系统雨天出流的特性，提出了调蓄池形式优化选择的策略：对于存在一定初期效应且沉降性能差的合流制系统采用存储池；而对于基本无初期效应、出流中污染物沉降性能好的分流制系统采用存储- 沉淀池。

结束语：调蓄池可以明显地削减洪峰流量，提高溢流污水水质，改善城市环境，充分利用土地资源，最大程度地发挥城市土地资源的综合效益。有助于减轻水体污染,提高城市防汛能力。建造调蓄池以减少排放量是控制合流制排水系统雨天溢流的工程措施之一, 具有提高工程造价效益比、节约工程投资的优势。溢流调蓄池同样适用于不少存在严重雨污水混接现象的分流制排水系统。调蓄技术在国外已发展成熟, 其设计上已有充足的经验,中国对调蓄技术的研究则处于一个尝试摸索阶段, 只是对已建的少数调蓄池采用模型评估其效能的阶段。有必要加强调蓄池改进技术的研究、调蓄池水力特性的研究、合理确定调蓄池的容积、调蓄池经济效益的研究。在传统调蓄池基础之上，要不断优化调蓄池的设计，合理确定调蓄池的容积，进一步研究调蓄池的多功能调蓄技术，形成集成化的控制，提高其调蓄功能和使用的安全合理性。

参考文献

[ 1] SchillingW. , Ko lla tsch D. T. . Reduction o f com b ined

sewe r overflow po llution loads by de tention o f san itary sew age

[ J].W a ter Sc ience and Techno logy, 1990, 22( 10): 205- 212

[2]黄鸣, 陈华, 程江, 等. 上海市成都路雨水调蓄池的设计和运行效能分析[J]. 中国给水排水, 2008, 24(18):33- 36.

[3]郭晟. 上海中心城区河岸沿线雨水调蓄池环境效应研究[D]. 上海：华东师范大学，2008.