合流制高截污率城市雨污水管网建设

1、合流制高截污率城市雨污水管网建设、改造和运行调控关键 技术研究与工程示范以人口密集城市的老城区为对象， 针对平原河网地区合流制 管网溢流污染负荷高，造成纳污水体污染严重等问题， 全面开展 合流制管网的污染负荷时空分布规律和管网系统内污染物输运规律的研究，提出排水管网建设改造的基本策略； 开展适合于平原河网地区截流式合流制排水管网截留倍数的研究,为包括污水处理厂建设规模确定在内的城市污水系统改造和扩建方案的优 化奠定基础；以提高排水管网运行效率为目的， 开展基于管网截 留倍数动态优化的管网运行调控技术研究。 通过技术应用和工程示范，构建平原河网地区城市合流制雨污水管网建设、改造和运 行调控的技术

2、体系。任务技术路线如下。綴舞貓域綜扌繼劃軽罐郵图3-8课题任务2技术路线(1) 合流制管网改造过程中的系统动力学研究在现状分析的基础上，结合合流系统的改造，基于系统动力学建立的模型，明确地体现城市合流管网系统内部变量间的相互关系，用动态模拟来观察系统在不同的运行规则、参数输入时表现的行为和趋势。从定量的角度提出在现有合流管网系统及各单元处理能力的条件下，研究建立基于系统动力学的污水收集、输 送、提升、调蓄、净化、回用各系统单元间的优化模型，确定功 能最大化系统动力学参数， 优化配置系统资源，在此基础上分析 合流管网系统内各单元的净化潜能。1）我国中小城市老城区合流制管网现状及存在的典型问题分析

3、我国中小城市老城区排水管网系统还存在大量合流制排水系统。通过对合流管网现状进行调研分析，找出我国在合流管网 建设、改造、运行过程中存在的典型问题，重点考察合流制系统 规划、设计、建设、改造、运行、维护管理、投资等基本情况， 找出问题，为本课题合流制排水系统的高截污率建设、改造、运 行等内容的研究提供基础。2）合流制管网系统改造前后污染物输运规律研究分别研究合流管网改造前后雨天和旱天合流管道系统内污 染物的迁移转化规律，建立污染物输运规律模型， 以利于截流倍 数以及污水厂进水水质的确定。重点研究：改造后合流制排水系 统雨天溢流规律研究；合流管网旱天污染物管内自然消减特性分析；截污率与城市雨污水管

4、网密度关系研究；合流管网污染物输 运模型研究。3）合流制排水系统集成动态模拟系统研究结合美国环保局提供的城市暴雨径流管理模型（SWMM），自主研发合流系统水质模型，在此基础上构成城市合流制排水系 统集成化模拟工具，以动态模拟暴雨径流（生活污水）T合流管网f截流系统f污水处理厂f受纳水体的全过程。合流排水系统的集成动态模拟技术是将系统中的各子单元 模型联合起来作为整体进行模拟，以对城市水系统的规划方案进行不同情景下的模拟或者连续长期动态模拟，为方案的环境、生 态、社会、经济、技术等方面的影响提供量化分析的依据。同时 可以表征系统中各单元间的互相影响， 将水环境质量与系统的运 行状态紧密地联系在一

5、起，便于根据水环境质量目标进行系统的 规划方案调整和实时管理，为合流排水系统规划的决策提供了更 加科学合理的依据。4）合流制排水系统净化链负荷匹配与功能耦合研究合流制管网系统由源头收集、过程输运与调蓄、截流与溢流、污水处理等多个净化处理单元组成。研究合流排水系统改造前后内各单元的污染负荷分配及运行调控模式与扩能控污分担技术， 建立合流制系统净化链负荷匹配模型，并在充分发挥各单元的净 化功能的前提下进行功能耦合研究。5）合流制排水系统改造的综合评估可持续的合流制排水系统不仅具有良好的排水能力、污水处 理功效以及合理的建设运行成本，还要求系统对环境、生态、资 源及社会产生尽量少的负面影响。 因此，

6、有必要研究建立合流制 排水系统改造的综合评估方法， 以在可持续性评估的框架下，统地长期性地考察合流制排水系统规划方案的各个方面的运行。本项研究内容技术路线见图3-9。图3-9合流制管网系统动力学研究技术路线图(2) 基于截流倍数优化的合流制高截污率雨污水管网改造、运行调控技术研究根据老城区排水设施的现状以及受纳水体水质状况，因地制 宜，确定最佳截流倍数，确定技术可行、经济合理的截流系统改 造方案，以提高雨污水管网的截污率，保护环境，节约雨污水管网系统和污水处理厂的投资， 同时也便于施工，符合老城区合流 管网系统的改造要求。通过相关工程措施的研究， 分析降低城市 截流倍数的可行性和技术方案； 研

7、究基于无限传感网络溢流井- 泵站联合调控技术；研究截污型合流制管道的改造 （完善）技术。1）截流式合流制城市雨污水管网截流倍数的动态优化研究研究不同的截流倍数对受纳水体及污水厂进水水质的影响， 建立相应的关系模型；研究截流倍数对污水治理工程设施的影 响；研究截流倍数对管网系统各项工程建设单位造价和单位运行 费用的影响；研究基于城市功能区划的合流制截流倍数的空间优 化技术；研究截流倍数对污染物削减和环境效益的影响。在截流总量、排放污染物总量和水体自净能力之间建立一个 动态平衡，采用旱季污水总量暴雨强度拟和法确定合理的截流倍 数，以达到节省工程投资和保护环境的目的。2）基于无线传感器网络的溢流井-

8、泵站联合调控技术研究城市合流制排水系统通过城市地下管网、排污河道、溢流井 及提升泵站等，将城区范围内的雨污水进行分流、调度、集中， 构建合流制排水综合调控系统，通过网络及远程监控技术建立城 市溢流井-泵站集散监控系统， 开发城市雨污水排放优化调度模型。实现城市合流制排水系统的统一优化调度运行，使得城市的 排水闸站及管网等资源能被进一步利用。在现有无线传感器网络体系结构理论研究的基础上，要针对 合流管网系统的具体情况， 应用优化理论，在管网系统全流程范围内完成对各节点的布置。 结合具体情况，探索一种最佳的网络 布局，并建立网络节点、汇聚节点的故障诊断模型，使无线传感 器网络真正实现低能耗、高可靠

9、性要求，以保证水量、水质调控 的正确率。3）合流制高截污率雨污水管网改造技术研究在合流制雨污水管网改造过程中，研究如下相关改造技术:合流管道水力清淤技术研究。合流污水旱天流速小，易产生 淤积问题。研究高效低耗的清淤措施， 对于控制合流管道雨天的 溢流污染具有重要意义。新型截污防臭型雨水口的研制与应用研究。 雨水口位置设置 不当、数量不足及堵塞是造成暴雨时道路路面积水的主要原因。而雨水口设计中往往凭经验确定布设距离等参数，针对于此，本 研究通过分析汇水面积划分、径流系数优选、设计降雨强度的确 定及泄水量计算等，建立合流管道雨水口地面径流暴雨径流模 型，以指导雨水口的设计。同时，拟借鉴仿臭地漏研制

10、新型截污防臭型雨水口，以防止合流管道中臭气通过雨水口溢至街面，同 时减少地面大颗粒污染物质进入合流管道。4）溢流量精确控制技术研究精确控制截流量的溢流井研制。目前，大多数城市由于受原合流管限制，最终截流管管内底标高一般低于城市水体洪水位标 高，这给溢流井的设计带来一定难度，如果溢流井设计不合理， 实际截流量有可能大于设计流量， 将导致泵房超负荷运行，甚至淹没泵房。针对这种情况，提出精确控制截流量的新型溢流井设 计技术。本项研究内容技术路线见图3-10。I18#厶1口倉曇r图3-10基于截流倍数优化的合流制高截污率雨污水管网改造、运行调控技术研究技术路线(3) 合流制管网系统改造后溢流污染控制技

11、术研究对于合流系统截流式改造的城市，雨天时初期雨水和生活污 水无法被完全截流，造成溢流污染，因此对溢流污染实施有效控 制具有重要意义。1）合流泵站溢流污染的控制技术研究通过分析合流泵站溢流污染特性，确定科学合理的工程对策， 有效地减少泵站溢流污染对水体水质的污染。重点研究泵站最优截流倍数， 减少溢流量；研究泵站溢流的 原位高效混凝沉淀技术研究；研究泵站优化设计方法。2）高负荷、大流量溢流污染原位快速净化技术研究针对雨天合流管网的溢流污染负荷高、排放时间短、流量大 的特点，进行原位快速净化技术研究。主要研究内容包括：研究 生态过滤型溢流除污系统。通过在溢流井出口构建高水位差过滤 截污系统，以拦截

12、溢流污染物，减少溢流污染。研究生态减速降 污技术。通过水力学原理降低污水的流速， 同时利用构建的生态净化系统去除污水中大部分颗粒污染物质和部分溶解污染物。研 究溢流污染的高效吸附床技术。利用江苏省生产的高吸附容量的 凹凸棒土资源，研究构建溢流污染的高效吸附床，分析其吸附、 再生、运行管理等。研究溢流污水的就地调蓄控制技术。通过构 建沉淀/调蓄/生态净化联合处理系统，构建新型的溢流污水就地 调蓄控制技术。研究水动力分离控污技术。 研究新型的管渠污水 水动力控污技术，在此基础上研制新型设备， 利用管渠中合流污 水的流速带动净化除污设备的自动运行， 实现对水中颗粒污染物 的有效去除。重点研究旋流沉砂

13、技术，无驱水动力分离控污装置。3）雨水泵站日常试车污水控制技术日常情况下，雨水泵站需要每隔一段时间进行一次试车， 保证雨天时能正常运转，在试车时如果不采取措施会把泵站集水 井中沉积的污水排入水体， 造成污染。因此有必要研究试车污水 的控制技术，使其能够排入城市污水管网，以控制污染。4）基于溢流污染控制的合流管网运行维护技术合流管网受雨天旱田水量变化的影响较大， 产生的日常维护 问题也较多。同时，合流管网的改造也是管网系统变得复杂，增 加了较多的雨污水构筑物，也是合流管网的维护难度增加。 因此， 结合合流管网的改造研究其日常维护管理技术也是我们需面对 的一个主要问题。主要研究内容包括：合流管网臭

14、气控制技术;合流管网的清淤技术与装备； 合流管网泵站运行管理技术； 溢流 井的日常维护与防堵技术等。本项研究内容技术路线见图3-11。1aasaM7JS33ltsjSt3m5tfr* 0y4q fM ATT- I%化圮,q:特简兴图3-11合流制管网系统溢流污染净化技术研究技术路线(5)合流制管网全流程监控技术研究为了实现对合流管网的有效调控， 有必要研究改造后合流管 网全流程的水质水量监测技术，同时实现污染物排放的预警技 术；研究雨污水管道状况监测技术，以利于管道淤积、渗漏、堵 塞等状况的发现与问题的解决； 在以上研究基础上，构建数字化 城市排水系统，为构建数字城市，促进城市管理水平提供技术

15、依 据。1) 城市合流制管网水质水量全流程监测网络与预警系统在改造后的合流管网的全流程范围内，通过水质、水量变化 的虚拟仿真研究，进行监控设备的优化布局， 分析建立系统的数 据采集、预处理、在线分析、优化与预测等过程，构建合流管网 系统的全流程监控网络和预警系统。2) 雨污水管网管道状况监测技术与运行安全性研究通过对管道剩余强度、剩余寿命、经济性、系统可靠性等的 评估，以及对管道质量、下沉状况、管道接口质量、管道淤积情况等的综合分析，构建合流管道运行状况检测和修复技术，为合 流管网改造提供设计依据。合流管网运行安全性分析。城市合流管道系统运行中存在的 安全问题主要有，合流污水渗漏，污染地下水资

16、源；汛期道路积 水影响交通；合流系统雨污水溢流污染水体； 雨污水漫溢污染环 境；超标排放损害排水设施；截流式合流制污水厂初期雨水进水 超标，造成出水不达标；合流泵站、管道淤泥产生的恶臭对周边 居民生活环境存在影响。本研究结合合流管道运行状况的监测， 对存在的安全问题加以分析，在此基础上构建合流管道系统安全 管理与运行管理技术方案。3）数字化城市排水管网系统构建广泛应用自动监控、网络与通信、数据库技术、地理信息系 统、数据分析与挖掘、决策支持系统等现代化技术手段和方法， 对改造后合流管网系统实行实时监控， 建立水量水质调控应用系统和虚拟监控环境，结合相关业务属性数据以及区域内自然、经济、社会等要

17、素构建一体化的数字集成平台。在这一平台和环境中，加强信息化支持下的合流管网监管能力和执法能力；结合合 流管网改造管理的业务需求，对合流管网建设、改造、运行数据 和业务要求进行深入分析和挖掘； 以功能强大的系统软件和数学 模型群对合流管网系统管理的各种方案进行模拟、分析和研究， 最大限度地实现污染源管理的数字化、网络化和智能化。本项研究内容技术路线见图3-12。图3-12合流制管网全流程监控技术研究技术路线图(6)合流制城市雨污水系统集成规划与管网改造策略研究通过研究城市合流制管网中污水、 暴雨和溢流污染负荷的长 期和瞬时变化规律，分析暴雨负荷对污水厂的冲击、 建筑物屋面 形式、城市下垫面形式和

18、城市环卫管理模式对暴雨径流负荷的影响，结合城市老城区的降雨特征和地质条件等，提出因地制宜的合流管网集成规划和改造策略。 主要包括：合流管网规划方法建立，城市合流管网改造分流制改造适宜性分析;改造技术多样性分析；合流制管网改造技术经济模型研究； 管网改造运行安全性 分析；管网改造决策支持系统建立。1）合流制排水系统集成规划研究传统的排水系统规划通常是对其各个子系统单独进行规划， 各子系统之间的相互联系较为松散， 排水系统的规划缺乏完整性 的概念。本研究应用交叉学科的方法， 协调合流制排水系统的源 头减污减量化处理系统、管网系统（含调蓄系统、污水处理厂） 受纳水体等的净化功能，对合流制排水系统进行整体规划方法研 究。2）城市合流制管网分流制改造适宜性研究根据城市合流管网所在区域地形、地质、水文、城市经济情 况、水质特点、水量变化特点、区域交通情况等等因素，研究合 流管网分流改造的适宜性问题。3）合流管网改造技术多样性研究根据城市实情因地制宜地选择相适应的合流管网的改造技 术，不同改造技术的应用直接影响排水系统的设计、施工、维护同时还和管理，而且对城市规