（环境工程专业论文）镇江市排水系统高截污率雨污水管网改造.pdf

江苏大学工程硕士研究生学位论文 a b s t r a c t s w i t ht h ea c c e l e r a t e dd e v e l o p m e n to ft h e c i t y s e c o n o m i cc o n s t r u c t i o n ，t h e p o p u l a t i o ni sg r o w i n g , e x p a n d i n gu r b a na r e a ，e a c hy e a ral a r g en u m b e ro f u r b a ns e w a g e w i t h o u ta n yt r e a t m e n td i r e c t l yi n t ot h ea n c i e n tc a n a lf l o w st h r o u g ht h ec i t y , r e s u l t i n gi n t h es e r i o u sp o l l u t i o no ft h er i v e r t h eg r a n dc a n a l ，n o to n l yad i r e c t t h r e a tt ot h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n to ft h ey a n g t z er i v e rb a s i n ，a l s oa f f e c tt h ec i t y si m a g ea n d r e p u t a t i o n ，a n dr e s t r i c t e dt h eu r b a ne c o n o m ya n dt h ed e v e l o p m e n to ft o u r i s m t h e r e f o r e ， t h er e q u i r e dd r a i n a g ep i p ed r a i n a g es y s t e ma l o n gt h eg r a n dc a n a li nz h e n j i a n g c o r r e s p o n d i n gt r a n s f o r m a t i o n ，t h ec o n s t r u c t i o no fah i g hr e t e n t i o nr a t eo fr a i nw a t e r p i p en e t w o r k ，t oc a r r yo u tt h em i x e ds e w a g ei n t e r c e p t i o np i p en e t w o r ko v e r f l o ws e w a g e p r e v e n t i o na n d c o n t r o lt e c h n o l o g y i nt h i sp a p e r , t h et r a n s f o r m a t i o np r o c e s so ft h ec o m b i n e ds y s t e mo v e r f l o ws e r i o u s p o l l u t i o np r o b l e m s ，z h e n j i a n ga l o n gt h eg r a n dc a n a lo v e r v i e wo ft h er e g i o n sn a t u r a l e n v i r o n m e n t ，d r a i n a g es t a t u sa n dp l a n n i n gt oi n v e s t i g a t e t a r g e t e dr e s e a r c h t od e t e r m i n e t h ec o n f l u e n c eo ft h ep i p en e t w o r ko p t i m i z a t i o nt r a n s f o r m a t i o na n do p t i m i z a t i o no f i n t e r c e p t i o nr a t i o ，d r a i n a g es y s t e mc l e a n e rp r o d u c t i o ng e n e r a li d e ao f t h eo p t i m a ls o u r c e p o l l u t a n tr e d u c t i o n ，t h ed r a i n a g ep r o c e s st om i n i m i z ep o l l u t a n te m i s s i o n s ，t h ee n d o ft h e t r e a t m e n to fp o l l u t a n t s ，c o n s t r u c t e d z h e n j i a n gc i t y , o l dc a n a ld r a i n a g es y s t e m s ，s e w a g e i n t e r c e p t i o nr a t eo ft h ep i p en e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，a l t e r a t i o na n do p e r a t i o no fc o n t r o l t e c h n o l o g ys y s t e m s t h ee f f e c to ft h e s eo p e r a t i o n sw e r ee x a m i n e d t h eo b t a i n e dr e s u l t s a r ea sf o l l o w s ：t h er a i l w a yb r i d g eo v e r f l o wp o l l u t i o nt r e a t m e n tw o r k ss i g n i f i c a n t l y e f f e c tt h er e m o v a lo fw a t e rp o l l u t a n t s ，i n c l u d i n gc o d ，a m m o n i an i t r o g e n ，t p , s s r e m o v a le f f i c i e n c yo f5 3 2 9 一7 8 9 5 ，2 4 - 3 0 ，18 0 7 - 3 2 0 6 a n db e t w e e n5 5 一9 0 3 4 ；a tt h es a m et i m e ，t h ed e v i c ei n s t a n t a n e o u sr a i n f a l lo u to ft h ew a t e rq u a l i t y m o n i t o r i n gr e s u l t ss h o wt h a tw i t ht h ee x t e n s i o no ft h er a i n f a l lt i m e ，o u to ft h ew a t e r q u a l i t yp o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n sa l el o w e r ；r a i l w a yb r i d g eo v e r f l o wp o l l u t i o nt r e a t m e n t p r o j e c to fc o d ，a m m o n i an i t r o g e n ，t p , s sr e m o v a le f f i c i e n c yo f5 8 4 4 - 7 4 6 5 6 8 5 4 - 8 0 3 2 2 1 4 3 一7 1 3 2 a n d7 2 6 5 一9 4 8 9 ；s i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n ti n d i n g m a op u m p i n gs t a t i o no v e r f l o ww a t e rp o l l u t i o n ，w h i c ho fc o d ，t p , a n dn h 4 + 一n ， t h es sr e m o v a le f f i c i e n c yo f6 7 0 3 ，5 2 3 6 ，4 7 15 ，8 8 4 3 z h e n j i a n gc i t y , t h ef i r s tf l o o ro ft h es t r e e t ，m e d i c a la d m i n i s t r a t i o n ，o nt h e5 t h 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 h o s p i t a ld i s t r i c t ，f o re x a m p l e ，t h ed i s t r i c ti m p l e m e n t a t i o no ft h et r a n s f o r m a t i o no ft h e o l dd i s t r i c t ，t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec o m b i n e dp i p i n gn e t w o r ki n t e r c e p t i o ni nt h er a t e o ft r a n s f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h ec o n f l u e n c eo ft h ep i p en e t w o r kf a u l ts h u n tr e f o r m d e m o n s t r a t i o np r o j e c t st os o l v ei t sr a i nw a t e r c o n f l u e n to nt h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yd e m o n s t r a t i o np r o j e c t t h ee x p e r i m e n t r e s u l t s s h o w e dt h a tt h ec o dc o n c e n t r a t i o nw a s s i g n i f i c a n t l yl o w e ra f t e rt h ei m p l e m e n t a t i o no f t h ed e m o n s t r a t i o np r o j e c t k e y w o r d s ：r e f o r m a t i o nd r a i n a g es y s t e m r a i nw a t e ra n dw e w a g ep i p e n e t w o r k h i g hs e w a g ei n t e r c e p t i o n i v 江苏大学工程硕士研究生学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 自解放以来，由于沿岸的工业污水和生活污水无控制排放，镇江市内河水水 质逐渐恶化。从上世纪8 0 年代开始，随着城市经济建设的加速发展，人口日益 增加、城区面积不断扩大，河流经城区时每年有大量城市污水未经任何处理直接 排入，造成河水严重污染。镇江昔日碧水荡漾的河道更是受到了不同程度的污染， 少数河道甚至已断流，成为污水沟。尤其是谏壁段沿岸由于有索普集团、金东纸 业等污染源，短期内水质很难改善。城市水环境的恶化，不仅直接威胁到古运河、 长江流域的生态环境，也影响了城市形象和美誉度，制约了城市经济和旅游业的 发展。 城市排水系统分为合流制排水和分流制排水两种。其中，合流制排水系统 ( c o m b i n e ds e w e rs y s t e m ，c s s ) 是指在同一套管道内收集和输送地表径流、生活污 水和工业废水，并将其同时排出现在国内外常用的是截流式合流制排水系统， 即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【1 1 。 合流制排水系统在暴雨或融雪期条件下，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时，超出部分以溢流方式直接排入水体，这 部分溢流混合污水就称做合流制排水系统溢流污水f 2 ，3 】。合流制排水系统溢流污 水若未经处理直接排放，则会造成城市地表水体的污染及富营养化现象的发生 【4 】 o 截污管网作为城镇排水系统的重要组成部分，具有防汛和水污染治理的双重 功能。随着经济的发展和城镇化进程的加快，城镇污水处理率不断提高，而截污 管网溢流污染问题也逐步成为制约城市水环境质量提高的重要因素之一。因此， 对镇江城市排水管渠系统相应进行改造，修建高截留率雨污水管网，开展混合截 污管网溢流污水防控技术的研究具有重要意义。 1 2 合流制排水系统溢流污水防控技术原理 在暴雨或融雪期条件下，合流制排水系统溢流污水收集了包括城市生活污 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 水、工业废水和雨水在内的三种不同性质的废水，并且在一定的水动力条件下， 雨水可将沉淀在管渠中的污泥冲起【5 j 。因此，合流制排水系统溢流污水含有大量 的污染物质，主要包括：悬浮物、有机物、营养盐、s s 、微生物病原菌、垃圾、 消耗水中溶解氧的物质以及有毒有害物质如重金属和含氯有机物等。欧盟于2 0 0 1 年颁布了2 0 0 0 6 0 e c 指令，在水政策领域建立共同体行为框架，列出了来自污 水以及合流制溢流管网优先控制的3 3 种污染物 6 】。这些污染物质若未经有效处 理直接排入水体，则会严重地破坏水环境功能并危及人类健康。由于合流制排水 系统溢流污水具有非连续性、突发性、高污染等特点，因此较一般城市污水更难 处理【- 9 1 。 总体看来，合流制排水系统溢流污水污染有以下特点【1o ，1 1 】：( 1 ) 因各地气候、 降雨量的不同，合流制排水系统溢流污水污染流量与浓度波动均较大。( 2 ) 由于 合流制排水系统溢流污水不论是否经过处理，最终都将排入特定的水体，因而针 对不同水文条件的受纳水体，合流制排水系统溢流污水造成的污染程度也不同。 当受纳水体流速较快时，其稀释能力和水体自净能力都比较强，这样就相当于减 轻了合流制排水系统溢流污水污染的影响。反之，对于流速较慢、流量季节性变 化大的受纳水体而言，合流制排水系统溢流污水的排放往往会造成相对严重的污 染。( 3 ) 合流制排水系统溢流污水污染具有突发性、初期污染严重的特征。在暴 雨天气时，对某些河流沟道系统，由于地表径流在短时间内累积而流入沟道，因 而形成了合流制排水系统溢流污水初期时污水流量的高峰值。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值，随着径流 量的不断增加，污水得以稀释，污染物浓度逐渐下降至平均水平。这种初期冲刷 ( f i r s tf l u s h ) 现象 1 2 】，是雨天合流制排水系统溢流污水对水体造成严重污染的主要 原因。 由于合流制排水系统溢流污水污染受到大气降水特征、水文、污水的组成、 管道沉积物、下垫面的类型、管道疏通保养和截流倍数等多种因素的综合影响， 因此可以说，合流制排水系统雨天溢流的污染控制是一个极其复杂多变的面源污 染控制问题。 城市混合截污管网溢流污水防控技术主要分为污染源头控制及末端处理两 大部分。 2 江苏大学7 - 程硕士研究生学位论文 1 2 1 污染的源头控制 源头控制是指从水质和水量两个方面来减少进入合流管道系统的径流量，由 于源头控制措施减少进入管道系统的径流总量、峰流量和污染负荷，可减少溢流 次数和溢流污水量，因此可减小下游处理构筑物所需规模。污染的源头控制是合 流制排水系统溢流污水污染控制最有效的方法，可以从根本上消除或减少合流制 排水系统溢流污水的发生，目前可采用的合流制排水系统溢流污水源头控制方法 如下。 ( 1 ) 选择合适的排水体制 排水体制的选择问题一直困扰着工程界和学术界，近期国内学者也对原有排 水体制选择上的一些观念和做法提出了质疑。刘翠云等【1 3 】通过分析比较法国里 昂、澳大利亚、美国三洲以及北京等多个典型城市的实测水质情况，研究分流制 与合流制两种不同排水体系的适用情况。结果表明，仅从水质的角度看，分流制 与合流制有各自的适用条件：在环境卫生较好的地区，分流制带来的污染物更少， 更适合采用分流制；反之，采用或维持原有的合流制，同时对溢流水采取必要的 控制措施更合适或不失为一种可选方案。虽然分流制系统使废水实现雨污分离和 清浊分流，从根本上消除合流制排水系统溢流污水的产生，但是在环境条件差， 汇水源头污染控制措施、排水管网雨污混接的管理不完善的地区，分流制雨水对 水环境造成的污染同样不容忽视，甚至可能比合流制溢流更为严重。因此，根据 当地环境卫生状况选择适宜的排水体制非常关键。 ( 2 ) 削减雨水流量，建立雨水收集利用系统 降落在地面上的雨水，只有在经过地面植物和洼地的截流、地面蒸发、土壤 渗透以后，余水才成为地面径流而流入截污管网。当地面渗水性较好，植物和洼 地的截留量较大时，径流入雨水沟道的水量就会随之减少。通过地表植被修复来 截留雨水，提高下渗率，可通过修建雨水滞流系统、下渗系统和下凹式绿地等来 削减雨水流量。此外，还可以铺装渗透性地面，增加雨水就地渗透设施，加强固 体废物管理，清扫街道，清洁雨水1 ：3 ，控制土壤流失掣1 4 】。 由于通过地表自然渗透方式削减的雨水量是有限的，因此一些国家开始探索 雨水资源化的途径。如将受污染较轻雨水与水池相连，收集到的雨水可用于花园 和草坪灌溉或厕所冲洗等，这样不仅减少了流入截污管网的雨水量，也实现了雨 3 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 水的回用，十分经济。 ( 3 ) 管道系统控制 包括排水系统的改造与完善、改造合流管道、改进管道中截污装置的材料、 增大原有管道的尺寸，提高截流倍数1 1 0 等措施。n 0 提高，则相应被截流雨水量 增大，合流制排水系统溢流污水量减小，当1 1 0 提高到一定程度时，所有雨污混 合废水都被截流，没有合流制排水系统溢流污水排入水体，污染降到最低程度。 但是，1 1 0 增加也会使工程费用等增大，因此设计时应按污染控制要求及经济能力 做出适宜的选择。 对合流制管道的维护管理工作也十分重要。由于合流制管道内旱季沉积的污 染物是合流制溢流污染物的主要来源，因此对管道进行定期冲洗十分必要；还要 对管道进行定期监测和维护，避免出现渗漏和渗入流量。此外，在破损管道内壁 衬有机壁面对管线进行原位修复，可减小管道粗糙度，增大过流能力，减少超载、 回水现象的发生，从而减少污染物的沉淀积累。 1 2 2 污染的末端处理 合流制排水系统溢流污水污染源头控制可以起到在合流制排水系统溢流污 水形成的初期削减其流量的作用，但仍有部分污水要进入排水系统，因此合流制 排水系统溢流污水的末端处理是必不可少的。合流制排水系统溢流污水污水末端 处理技术用于减少排入水体的污染物负荷量，去除的物质包括可沉淀固体、漂浮 物和细菌等。合流制排水系统溢流污水末端处理技术的典型工艺流程如图1 1 所 示。 避承t c s o s ) 图1 1合流制排水系统溢流污水污染控制技术典型流程【l i 】 4 江苏大学工程硕士研究生学位论文 合流制排水系统溢流污水末端处理技术主要有以下几种设施。 ( 1 ) 调蓄池 合流制排水系统的溢流调蓄池( r e t e n t i o nb a s i n s w i t ho v e r f l o w ，简称r b o ) 在降雨期间收集部分初期雨水，将收集的雨水缓慢地输送至截流总管，最终进入 污水处理厂，从而减少初期雨水对受纳水体的污染 15 1 。 在合流制排水系统中建造调蓄池，是提高系统排水能力的一项有效措施。调 蓄池可以有效降低下游合流制干管、泵站的设计容量，降低工程造价。对现有超 负荷运行的排水系统，建造调蓄池可提高系统的排水能力。 同时，调蓄池还可收集初期雨水，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。因此，调蓄池是合流制排水系统面源污染控制的一项关 键技术。在降雨初期会出现初期冲刷现象，这种初期雨水中通常含有大量的污染 物，这部分雨水若不经处理直接排入水体，会对环境造成严重污染，因此在合流 制排水系统溢流污水处理系统中，通常设计一个能截留这部分雨水和污染物的调 蓄池。随着雨水流量的不断增大，部分雨污混合水溢流进入调蓄池。超出污水处 理厂设计能力的那部分水量溢流进入调蓄池，被贮存的部分流量在晴天时返回污 水处理厂。这样就会减小污水处理厂的在线流量，满足污水处理厂的处理能力， 同时，含有大量污染物的初期雨水也可避免直接排入水体。 调蓄池的设计要素通常包括体积、池形、进出水方式、池底结构和溢流方式 等，其中最主要的是调蓄池的体积，因为调蓄池水量的大小影响了污水处理厂的 运行负荷，影响了不经处理直接排入水体的污水量f l l l 。 ( 2 ) 旋流分离器 旋流分离器实质上是在溢流排放到水体之前的一种预处理装置，类似旋流沉 砂池。在降雨过程中，当雨量较大时，超过调蓄池存储能力的溢流水量，将进入 旋流分离器。水流在切向进入旋流分离器后在其中高速旋转流动，水中的悬浮固 体颗粒向流速较缓的中心部分运动，当污水通过旋流分离器项部的堰流出后，颗 粒沉入底部，随着旋流分离器的底流流出，污水中的s s 得以分离。沉淀后的上清 液与未处理的合流制溢流相比，水质有所改善，s s 去除率为3 6 9 0 ，c o d 去 除率为1 5 0 旷8 0 t 1 缸19 1 。 5 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 旋流分离器的设计一般考虑的因素包括：降雨量、降雨强度、溢流水量、调 蓄池容量和处理要求等【1 4 】。 ( 3 ) 沉淀池 沉淀池也是一种被广泛使用的合流制排水系统溢流污水末端处理常用措施。 当污水的溢流量较大时，若要减小溢流污水对水体的污染，则需要建造较大体积 的沉淀池，这就增加了工程造价。此时，可以通过向沉淀池中投加混凝剂，加强 悬浮固体颗粒物的沉淀效果，减小沉淀池的体积，节省工程投资。 ( 4 ) 消毒 合流制排水系统溢流污水中含有病原性细菌、肠道病毒和蠕虫卵等多种病原 体，这些病原体可以通过水体传播多种疾病，合流制排水系统溢流污水若不经处 理直接排入水体，将成为威胁城市居民健康的重大隐患。据报道，合流制排水系 统溢流污水中细菌含量比适于游泳等水上娱乐活动的水体的细菌含量高2 4 个数 量级【2 0 】。 消毒法是指采用消毒剂或其他消毒手段，以杀灭水中致病微生物的过程。消 毒方式有氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒、过乙酸消毒和电子束辐射消毒等【2 l 2 2 1 ，可分为化学消毒法( 如加氯消毒) 和物理消毒法( 如加热消毒和紫外线消) 两大 类。目前，应用最广泛的是氯消毒法。利用氯气作为氧化剂，可氧化无机物( 包 括硫化物) 和有机物，去除水中的杂色和臭味，作为消毒剂又能灭活水中的细菌 性病原微生物和病毒性微生物。氯的成本虽然低廉，但一般会产生有毒副产物， 因而，二氧化氯由于具备消毒能力强、无毒、无害等诸多优点，被认为是氯系消 毒剂最理想的更新换代产品。紫外线消毒法不会产生副产物，亦不会造成二次污 染，因此也日益受到广泛重视。 ( 5 ) 微生物和湿地生态修复 通过微生物和湿地生态修复技术进行末端治理，可以去除合流制排水系统溢 流污水中的氮、磷等污染物。利用人工湿地技术处理污水已经被越来越多的国家 和地区所采用【2 3 】。人工湿地中的湿地植物是人工湿地处理系统中不可缺少的一部 分，湿地植物不但直接吸收利用污水中的营养物质和富集污水中的重金属等有害 物质，而且还能输送氧气到根区，提供根区微生物生长、繁殖和降解对氧的需求， 同时也能维持和加强人工湿地系统内的水力传导力。 6 江苏大学工程硕士研究生学位论文 1 3 国内外研究进展 目前，合流制排水系统溢流污水的污染问题在欧美等发达国家引起了广泛重 视，许多学者对合流制排水系统溢流污水的污染控制技术进行了深入研究。 1 3 1 国外研究进展 德国、美国和日本等国自2 0 世纪6 0 年代起就开展合流制排水系统雨天溢流对 受纳水体污染的研究，制定了关于合流制排水系统溢流污水污染控制技术的设计 规定和标准，并将其应用于生产。且经过长期发展己逐渐形成比较完善的体系， 如最佳管理措施( b m p ) 、低影响开发( l i d ) 和可持续排水系统( s u d s ) 等。国外关 于合流制排水系统溢流污水防控技术的研究具体体现在以下几个方面。 1 ) 具备健全完善的合流制排水系统溢流污水防控法律法规体系 以美国为例，美国有3 2 个州具备合流制管道系统，主要集中在美国东北部和 五大湖区域附近，共有8 5 9 处。美国合流制系统雨天溢流的水质指标平均值 为：b o d5 11 5m g l ，s s7 0 m g l ，t n1 0 m g l ，t p1 9 m g l ，p b0 3 7 m g l ，总 大肠菌群1 0 2 1 0 4m p n 1 0 0 m l 。美国的合流制系统溢流的耗氧物质与营养盐类的 出流负荷有时高于分流制系统，对此，美国提出控制合流制系统溢流污染的标准 使溢流污染负荷不高于分流制系统的出流负荷【2 4 1 。 为解决合流制管道的溢流污染问题，美国环保署( e p a ) 在1 9 8 9 年发布了合流 制系统的溢流污染控制对策，将溢流当作点源污染，列入国家污染排放许可和清 洁水法控制之列。1 9 9 4 年，e p a 在合流制排水系统溢流污水控制对策的基础上发 布y c s o 控制法规，旨在经济有效地控制污水溢流并同时符合健康和环境标准。 2 0 0 4 年，e p a 向国会提交了关于解决污水溢流问题的研究报告，重点分析合流管 网溢流( c s o s ) 和生活污水管网溢流( s s o s ) 的影响和控制。目前，污水溢流的管理 和控制已经成为e p a 亟待解决的首要问题2 5 婀。 2 ) 具备成熟先进的合流制排水系统溢流污水防控技术体系 德国将重点放在源头污染控制和终端污染控制的结合、排水系统的改造与完 善、削减径流量和污染物总量以及与其他雨水径流污染控制的技术性和非技术性 措施的结合上。通过全面科学的系统规划，实现对合流制排水系统溢流污水污染 的有效控制。此外，德国开发的洼地一渗渠城市暴雨管理与新系统在欧洲颇为流 7 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 行。该系统包括各个就地设置的洼地、渗渠等组成部分，这些部分与带有孔洞的 排水管道连接，形成一个分散的雨水处理系统。 日本的多数大城市采用合流制管道系统，全日本采用合流制的城市共有1 9 2 个【2 1 1 。日本的合流制溢流污染问题比较严重，因而成立了专门的合流制管道系统 顾问委员会来研究合流制排水系统溢流污水污染的控制问题，主要从格栅、高效 过滤、沉淀和分离、消毒、检测仪器和控制方法等方面开展研究。 美国在对合流制排水系统溢流污水污染控制的研究中逐步发现，要有效控制 合流制排水系统溢流污水污染，必须加强对其源头的控制，即把合流制排水系统 溢流污水污染控制与暴雨径流控制有效地结合起来，以便从根本上减少或消除合 流制排水系统溢流污水的发生。美国的雨水利用以提高天然入渗能力为目的，美 国环保署强调在合流制排水系统溢流污水污染控制过程中要尽量采取一些暴雨 管理的绿色措施，如雨水花园、生物滞留系统和绿色停车场的设计等。同时制定 雨水利用条例，所有新开发区，强制实行“就地滞洪蓄水”。 3 ) 合流制排水系统溢流污水防控治理措施成效显著 美国费城在溢流口采用充气式橡胶堰，可充分利用现有系统的贮存容积，减 少一场降雨中7 0 的溢流量【2 。7 1 。亚特兰大兴建了地下隧道和贮存池，并与管道相 连，雨天时隧道和贮存池用于贮存过多的雨污水，降雨过后则将这部分雨污水输 送至污水厂【2 8 1 。密尔沃基市修建“隧道”式贮存系统，利用“在线”截留池的理 念截留合流制排水系统溢流污水，此系统可以容纳4 0 0 万m 3 雨污水。 合流制溢流污染防控技术也已经在日本成功应用【2 9 】。大阪市建造了雨水储存 管、雨水隧道和调蓄池等。在雨季对混合水进行活性污泥处理、建立雨水调蓄池、 利用大规模雨水干管的富余调蓄空间储存雨水、改进并安置滤网以分离微粒和砂 粒等。东京则选定了雨水贮留设施和渗透设施方案。雨水贮留设施能有效削减雨 天时的溢流次数和排放量。同时，通过降雨时贮留、降雨结束后进行适当的处理 等削减溢流负荷量，并向公共设施、住宅等推广设置雨水渗透设施( 渗透管沟、 渗透检查井等、l 。 从2 0 世纪8 0 年代n 9 0 年代，德国基本实现对城市雨水溢流的污染控制，最典 型的措施是修建大量的雨水池截流处理合流制管系的污染雨水，并将截流的雨水 合流水经雨水池沉淀处理或者旱季( 晴天) 时送到水处理厂处理，较快地实现了城 市排水系统的改造和合流制溢流污染的有效控制。正是这些雨水池的设置，使得 江苏大学工程硕士研究生学位论文 水体质量得到了明显提高。所修建的雨水池按照功能分为雨水溢流池、雨水截流 池和雨水净化池三类，雨水池可用于截流处理合流制管道的溢流污水和雨水，采 取分散式源头生态措施削减和净化雨水，平均每座污水厂拥有近4 座雨水池【3 0 , 3 1 】。 1 3 2 国内研究进展 从整体而言，我国存在排水设施建设不完善、管网配套建设滞后、排放能力 不够以及排水标准低等严重问题，北京、上海和广州等地特大暴雨带来的交通堵 塞和污染，充分说明目前的城市排水和污水处理设施已不适应城市发展的要求。 目前，我国部分较发达的城市已经认识到了合流制排水系统溢流污水污染的危害 和严重性，针对溢流污染开展了研究并开始采取相应的治理措施。 传统的城市给排水系统存在着许多弊端，水单向流动，随用随弃，造成了水 资源的极大浪费。城市化产生的不透水地面和地下排水管网均是以尽快汇集于排 除地面径流为目的，这就更加加速了雨水向城市各条河道的汇集，对低洼地带造 成了更大的压力。因此，近年来北京市在雨污合流管中做了大量污水截留工程， 以实现旱季将污水送到污水厂，超出的污水、雨水排入附近水体。此项工程对北 京市的水系起到了很重要的作用，旱季河湖己出现了碧水【3 2 】。但雨季时，在大雨 形成径流之前，雨水混合着管道中的污水将原沉淀在灌渠中的污泥大量冲起，加 剧了污水的浊度。随着雨水径流的加大，从雨污合流管中溢流出的雨水却将污水 和污泥冲进了河湖，导致河湖出现更加严重的污染。 上海市中心城区的大多数排水管网仍为雨、污合流制，降雨期大量雨污水未 经任何处理通过合流管道直接排入河道，严重污染了黄浦江、苏州河等主要河道 中的水质。为此，上海市自2 0 世纪8 0 年代开始实施苏州河环境综合整治工程，在 国内率先提出合流制排水系统污染物控制技术研究【l5 1 ，采取了提高截流倍数、建 设地下调蓄池和提高运行调度管理水平等对剩3 3 】。苏州河环境综合整治一期工程 规划建设芙蓉江、昌平路、梦清园、成都路和江苏路5 座调蓄池，有效调蓄能力 为7 。5 2 1 0 4 m 3 。通过工程措施和管理措施，消除晴天时污水排入苏州河的现象， 同时减少雨天溢流入河次数和溢流污染负荷，达到苏州河沿线市政泵站雨天排江 量削减的目标。通过1 9 9 8 年2 0 0 0 年间5 座调蓄池的调蓄作用，3 种典型年降雨条 件下的溢流量总削减率分别为3 7 。7 ，2 2 。8 和3 0 。3 3 4 】。苏州河环境综合整 9 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 治一期工程全面建成后，苏州河干流的黑臭现象基本得以消除，二期水务工程通 过截污治污、综合调水、减少雨天溢流等工程措施，进一步改善苏州河干流和支 流水质 3 5 1 。苏州河环境综合整治一期和二期工程建设完成后，实施了苏州河沿线 排水系统雨天溢流量削减工程，以减少雨天溢流的次数和溢流污染负荷。目前， 国内诸多研究者借助排水系统水力模型，在上海市合流制雨天溢流特性、上海市 排水系统改进情况和高效溢流处理装置的研发等方面也开展了相关研究工作 3 6 - 4 2 o 针对合流制污水管道溢流导致河涌污染严重的情况，广州市对全市的污水管 道进行了全面改造，实施了包括对检查井底部进行处理以防止垃圾和污浊物的沉 积、增强污水管排水能力、尽量减少通过溢流口直排入河的污水量、在雨水溢流 井内设置过滤网格栅等措施。 镇江市水体投资公司联合江苏大学围绕入江溢流污染，在镇江滨水区开展示 范工程建设。主要采用污染沟渠固定化微生物修复技术、环境友好絮凝剂、溢流 口生态化改造技术和受纳区域生态净化技术，进行镇江市北部滨水区入江溢流污 染组合控制技术研究，重点解决了镇江市北部滨水区域存在的水环境问题，取得 了显著的成效f 4 3 】。 1 3 3 存在的问题 合流制排水系统溢流污水污染防控技术的研发在国外已开展了较长时间，形 成了较为成熟的技术并有一些控制设施的专利产品，它们的应用取得了很好的控 制效果。虽然我国的个别大城市近年来加强了对合流制排水系统溢流污水污染防 控技术的研究，并采取了一系列的控制措施，但从总体看，对合流制排水系统溢 流污水污染问题缺乏系统深入的研究，还未形成完善的、系统化的处理技术体系 和处理设施。主要问题如下。 ( 1 ) 缺乏健全的排水体制 我国城市雨水的设计体系仍然是“直接排放的模式，将合流制污水沟道系 统改建成分流制系统使废水实现雨污分离，可消除合流制排水系统溢流污水的产 生。但是，对于一般已建成的大中城市是很难实现的，需要改建所有的接户管， 破坏大量路面，改建工作量极大，不仅耗时耗力，而且极不经济。因此，根据各 l o 江苏大学工程硕士研究生学位论文 个城市的具体情况选择适宜的排水体制尤为关键。 ( 2 ) 缺乏完善的合流制排水系统溢流污水污染控制政策法规体系 目前，发达国家已经投入了大量的资金，建立了配套的合流制排水系统溢流 污水污染控制法规体系。而我国对合流制排水系统溢流污水污染控制的研究起步 较晚，由于认识及研究上的滞后，我国目前尚未形成相应的合流制排水系统溢流 污水污染控制政策法规体系。再加之我国幅员辽阔，各城市的自然条件、发展程 度、基础设施状况等各方面条件相差很大，因此根据各城市的不同特点有针对性 地制定符合当地条件的合流制排水系统溢流污水污染控制对策及措施尤为重要。 ( 3 ) 缺乏高效的合流制排水系统溢流污水污染控制处理关键技术及措施 在我国目前还缺乏高效的合流制排水系统溢流污水污染控制处理关键技术 及措施，使得合流制排水系统雨天溢流水量极大，使受纳水体遭到严重污染的危 险性增大；调蓄池的造价通常很高，因此投资费用高常常成为合流制排水系统溢 流污水调蓄池能否应用的主要限制因素等。 总之，合流制排水系统溢流污水污染防控问题在我国尚未引起足够重视，亦 少见具体处理设备在合流制排水系统溢流污水中的应用。我们应该充分借鉴国外 的先进技术，结合我国实际情况，出台管理政策，将其纳入水务、市政、环保等 职能部门的监管之中，开发适合中国具体情况的合流制排水系统溢流污水污染防 控技术，特别是共性技术与关键技术，并形成相应的技术体系并制定技术规范和 标准，尽快有效的控制合流制排水系统溢流污水及雨水径流对城市水体的污染， 改善河道水质、提升城市水体的景观功能。 1 4 主要研究内容 结合合流制排水系统改造过程中存在溢流污染严重问题，就镇江古运河区域 的自然环境概况、排水现状及规划进行调查，提出排水系统改造总体思路，进行 镇江市排水系统高截污率管网改造，并实施合流管网错时分流改造示范工程，解 决其雨污水合流对环境污染问题，建设技术应用示范工程。 主要研究内容包括如下几个： 1 ) 镇江古运河区域的自然环境概况、排水现状及规划调查，分析溢流污染 产生机理，进行工艺方案比选。 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 2 ) 以铁路桥和丁卯污水泵站这两处为例，实施排水系统溢流高截污率雨污 水管网改造和示范工程。 3 ) 以镇江市第一楼街医政路5 号院小区为例，对该小区实施老小区改造，实 施合流管网错时分流改造及示范工程。 江苏大学工程硕士研究生学位论文 第二章研究区域排水现状及工艺方案比选 镇江市高截污率雨污水管网工程建设，必须综合考虑地方实际，根据地理、 水环境、排水系统以及示范工程涉及范围排水现状进行针对性的建设，以达到改 造和提升的目的。 2 1 研究区域 本课题以镇江市古运河水系排水系统为研究背景，示范工程示范区自然就选 择镇江市古运河水系排水系统。 图2 1 示范【墨水系图 镇江市古运河水系，流域面积8 0 8 1 平方公里，其中规划城市建设用地指标 6 5 平方公里。其中涉及两大污水处理系统征润州污水处理系统和丁卯污水处理 系统。 征润州污水处理系统：服务范围包括主城核心区和南徐新城，服务面积4 5 平方千米( 城市建设用地指标，下同) ，现状服务人口4 4 万，规划服务人口5 0 万( 城市总体规划指标，下同) ，设有征润州污水处理厂，预测污水处理规模为 1 6 万d 屯：h 。 丁卯污水处理系统：服务范围为丁卯组团、官塘组团，包括江苏大学、丹徒 镇以及老城东部部分地块的污水，2 0 平方千米，服务人 j2 0 万人，设丁卯污水 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 处理厂，预测污水处理规模为6 万吨日。 2 2 研究区域的自然环境概况 1 ) 地理位置 镇江市地处江苏省西南部，长江下游南岸北纬3 1 度3 7 分至3 2 度1 9 分，东 京1 1 8 度5 8 分至1 1 9 度5 8 分。东西最大直线距离约为7 6 9 公里，东南接常州 市，西邻南京市，北与扬州市、泰州市隔江相望。全市土地总面积3 8 4 3 平方公 里，占全省3 7 4 ，其中市区2 7 3 平方公里，丹徒县8 1 0 平方公里，丹阳市1 0 4 3 平方公里，句容市1 3 8 5 平方公里，扬中市3 3 2 平方公里。镇江市地势西高东低， 南高北低，呈波状起伏，形成了以丘陵岗地为主的地貌特征，其间，宁镇山脉大 体为东西走向，茅山山脉略呈南北走向，最高峰为句容的大华山( 4 3 7 2 米) ， 市区最高峰为十里长山( 3 4 9 米) 。滨江低地和江心沙洲系近代由长江泥沙淤积 而成的，江心沙洲自西向东有世业洲、征润洲、新民洲、江心洲、高桥洲和扬中 4 洲( 雷公嘴、太平洲、西沙、中心洲) 。 2 ) 气候特征 镇江市位于中纬度北亚热带，属海洋性气候。由于季风环流的影响，具有明 显的季风气候特征。春季和秋季为冬、夏季风，寒暑干湿变化显著：夏季受温暖 潮湿的海洋气团控制，天气炎热多雨；冬季多受极地大陆气团控制，以寒冷、少 雨天气为主。年均气温1 5 8 。c ，全年大于或等于1 0 的活动积温为4 7 6 1 4 。c ；1 月份月均气温1 7 ，极端最低气温为一1 8 9 ；7 月份月均气温为2 7 8 ，极端 最高气温为3 8 8 。雨水充沛，年均降水日数1 2 3 天，年均降水量1 0 7 2 8 毫米， 在正常情况下，全年有4 个相对集中的降水期，即4 月中旬一5 月中旬的“桃花 雨 、6 月中旬一7 月上旬的“梅雨”、8 月上旬一9 月上旬的“台风雨 和9 月中旬 - 1 0 月上旬的“早秋雨 。 3 ) 水环境 镇江市河流共有6 0 余条，总长7 0 0 余公里，以人工运河为多。水系分北部沿 江地区，东部太湖湖西地区和西部秦淮河地区。长江流经境内长约1 0 3 7 公里， 京杭大运河境内全长4 2 6 公里。在谏壁与长江交汇，全市人工水库、塘坝总库容 量5 亿多立方米其中库容在1 0 万立方米以上的水库1 0 7 坐，库容量3 7 4 亿立米。 古运河为镇江老城区、官塘、丁卯、谏壁排泄地面径流和南部山丘洪水的主要河 1 4 江苏大学工程硕士研究生学位论文 流，分别自谏壁闸、丹徒闸和京口闸排入长江。构成古运河水系的主要河流，包 括黎明和、周家河、四明河和团结河等。古运河流域集水面积8 0 3 5 平方千米， 其中黎明河片区3 6 9 平方千米，周家河4 2 7 平方千米，、施民河1 8 9 0 平方千 米，、团结河2 2 9 9 平方千米，、御带河4 6 4 平方千米，电力路和解放路两侧3 5 5 平方千米，宝塔山以东4 9 0 5 平方千米，丹徒镇以东及团结河以东地区9 5 1 平 方千米。 研究区域水质监测结果，详见表2 1 。 表2 1 研究区域水质监测结果 由单因子评价结果可以看出：两个监测断面，总磷严重超标，断面a 的化 学需氧量存在超标现象，其余水质均能达到地表水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 中的类标准。从而可以看出此段河体受到的磷污染非常严重， 水质较差。 2 3 研究区域排水现状及规划 2 3 1 研究区域排水现状及存在问题 截至项目实施前( 2 0 0 7 年底) 征润洲污水系统包括主城核心区、南徐新城 及北部滨水区大部，设征润洲污水处理厂。收集系统有3 1 6 千米的污水( 含合流 管道) 管道，主要组成部分是污水截流工程，具有古运河、运粮河、内江三个截 流系统，建成了江滨、解放桥、虹桥港、南水桥、平政桥、新河桥、迎江桥等7 镇江古运河排水系统高截污率雨污水管网建设与改造 座污水( 雨水) 提升泵站。征润洲污水处理厂结合氧化塘，污水处理能力1 2 1 4 万吨日。目前每日收集处理污水1 3 万吨日。 征润州污水系统二期工程由南徐分区、北部滨水区、老城区污水管道建设和 完善9 8 7 8 公里，合流制管道改造7 5 公里；扩建l o 万吨日征润州污水处理厂二 期工程，建成泵站2 座。 表2 2 征润州系统污水提升泵站一览表 注：括弧中为雨水提升泵站，单位立方米秒。 1 6 江苏大学工程硕