老城区雨污合流制改造中截污设施设计的探讨

老城区雨污合流制改造中截污设施设计的探讨

由于历史原因，许多城市的旧城市采用雨水和污水排放系统，将废水转移到水系，导致水系严重污染。由于雨污合流制改造成雨污分流体制难度大、成本高等因素,在选择对这些老城区排水体制进行改造的方式上,绝大部分地方采用截污式合流制,即在原合流管出水口前设溢流井,不下雨时,污水进入截污管排往污水处理厂,下暴雨时,截污倍数范围内的合流水被截污管截走排往污水处理厂,超过截污倍数的合流水则溢流入水系。在截污倍数一定的情况下,截污效果优劣与否主要取决于溢流井及其附属管道、设备组成的截污设施的设计是否合理。一般而言,截污设施设计需要综合考虑现状合流管渠标高、截污干管标高、水系最高水位、服务地块最低标高、施工空间、合流水水质以及水系的环境容量等因素。截污设施设计应该达到以下3个主要目标。1)在匹配截污干管系统排水能力和下游污水处理系统处理能力的情况下实现最大截污效果,有效保护水体水质。2)不影响服务地块的排涝能力。3)截污系统运行良好,且便于管理。1污水收集系统的设计和优化措施1.1截污液污染物排放系统的优化溢流井设在截污主干管上,合流水进入截污主干管处没有设置流量控制措施,导致暴雨时,上游较清澈的合流水占据了截污干管的大部分甚至全部容量,而下游污染较大合流水只能溢流入水系中,造成过多的污染物进入水系。优化措施。溢流井设置在截污干管外,通过截污支管排入截污主干管系统中,并在截污支管的进水口处设控制闸门,以对截污水进水量进行控制,使其与设计流量相近,确保截污干管系统具备接纳每处溢流井处设计截污量的能力。1.2截污及分渗设施设计采用槽式溢流井,水系最高水位高于合流管出水口标高时,或采用堰式溢流井,水系最高水位高于溢流堰顶标高时,未在截污设施中设置防止水倒灌的措施,造成2种后果。1)在不下雨时,由于清水的倒灌徒增了截污系统中提升泵站的提升能耗以及污水处理厂的负荷。2)截污干管容量被清水挤占,使有效截污能力下降,合流管中的污水与清水混合,流入水系中,造成水系的污染。对于采用槽式溢流井的截污设施,应该在溢流井与合流管出水口之间设防倒灌措施。对于采用堰式溢流井的截污设施,应该根据水系最高水位初步确定溢流堰顶标高(堰顶标高不低于水系最高水位,条件允许的情况下最好能够满足高于最高水位0.3~0.5m,即预留浪高),再根据此溢流堰顶标高核算溢流能力所需的堰宽,以及对服务区域排涝能力的影响。当无法满足溢流堰顶标高高于水系最高水位时,可从两方面进行优化。1)用堰式闸门等活动堰替代固定堰,在暴雨时节将堰顶适当调低,以避免造成服务内涝,在晴天时将堰顶抬高,避免水系水倒灌。2)在溢流井与合流管出水口之间设拍门等防倒灌设施。1.3洪水下的下雨期最大应压降至活动堰顶优化溢流堰顶太高或溢流堰宽度不够,导致溢流井溢流能力无法满足排涝要求,使服务地块排涝能力下降,甚至发生内涝事件。可以采用2种优化方式。1)采用活动堰替代固定堰,固定堰堰顶高度根据水系水位和溢流井内水位之间关系对活动堰顶高度进行调节,确保在暴雨时,堰顶降低,满足排涝要求,不下雨时,堰顶升高,防止水系洪水倒灌。2)有条件的情况下可以采用槽式溢流井+拍门的形式替代堰式溢流井。1.4沉泥设施影响截污能力对于在明沟、明渠等露天水系或与露天水系直接连通的管涵上设置的截污设施中,未设置拦渣和沉泥设施,导致截污干管淤积堵塞严重,影响截污能力。优化措施。可在明沟、明渠等露天水系上或管涵上设沉泥池或沉泥井,在沉泥池或沉泥井上接出截污支管,截污支管管内底标高宜高于池底或井底标高0.5~1.0m,截污支管进水前设人工格栅或穿孔花墙等拦渣措施。1.5污设施相关功能丧失优化措施对于设置拍门或者闸门等易被盗设备,在设备被盗后,截污设施相关功能丧失。优化措施如下。1)针对拍门。宜将拍门设在溢流井和合流管之间。设专门的拍门井或与溢流井合建,隐蔽拍门。2)针对闸门。以设闸门井对闸门体进行封闭。1.6截流及截流井的选择和工艺流程当水体自净能力很弱,环境容量很小时,未综合考虑初期雨水冲刷合流管渠沉泥溢流入水体,致使水系水体污染加剧。优化措施。在下游污水处理厂处理能力足够,以及投资允许的情况下,增大截流倍数甚至采用完全截流的方式对合流管的排水进行截污或截流。在条件不允许的情况下,可采用溢流井+调蓄池的方式替代单一的溢流井。暴雨时,初期雨水和冲刷沉泥的高浓度污染水优先排入调蓄池进行贮存,不下雨时,调蓄池内贮存的污染水有序地排入截污管道系统中,最后进入污水处理厂进行处理。既减少排入水体中的污染物量,又可对污水处理厂污水处理负荷进行有效缓冲。2工程实例分析2.1截污干管的排水青岚水系截污工程典型截污设施工艺示意图见图1。南昌市青岚水系截污工程设计主要考虑以下几方面。1)南昌市青岚水系是景观渠,雨季发挥上游梅岭山区的泄洪功能。因此其最高水位与景观水位相差比较大,最高水位基本上贴近渠顶,考虑防倒灌的措施,采用槽式+拍门的形式。2)施工空间较大,在截污干管外设溢流井,截污水通过截污支管排入截污干管系统中,以避免暴雨时超过设计流量的合流水进入截污干管中。3)排水合流管均是管道系统,未接纳露天水系的来水。大尺寸悬浮物较少,但暴雨时泥沙较多,在溢流井中设置了沉泥区,未考虑拦渣设施。2.2截污设施设计幸福水系的基本特征为雨季时水位较高,基本接近渠顶,可能对截污系统产生倒灌。水体流动较慢,渠道流线很长,渠道不宽,水体自净能力很弱,环境容量很小。基于以上因素,幸福水系综合整治工程的截污系统设计时考虑以下几方面。1)采用槽式+拍门的形式防倒灌。2)设调蓄池对初期雨水和早期浓度较大的合流水进行调蓄,避免其进入水系中。3)为确保每套截污设施进入截污干管系统的合流水流量可控,避免挤占下游空间。截污设施工艺示意图见图2。不下雨时,现状合流管来水进井后先通过闸1通道经截污支管排入截污干管系统。下雨时,随着水量增大,井内水位增高,闸1通道满负荷后,井内水经闸3排入调蓄池,调蓄池达设计水位后,闸3关闭。井内水位继续上升后,合流水通过闸2通道经截流支管排入截污干管系统。当闸2通道满负荷后,合流水溢流入幸福水系。2.3大数据及急急的原因分宜县老城区的排水系统大部分是明渠+管涵,大量悬浮物和泥沙充斥于合流水中,而且排水管涵要发挥暴雨上游山区的泄洪功能,暴雨时水量很大且急。针对这种情况,分宜县截污设施设计时,需要兼顾截污、除渣、沉泥和泄洪的功能,为减少占地和便于管理,上述功能组合在同一构筑物中(见图3)。在旁壁上设截污进水(指进入截污干管系统)闸门,截污进水闸门通道的内顶标高略低于溢流堰顶标高,对截污流量进行控制。设置沉泥区、人工格栅和除渣区,以发挥沉渣作用。溢流堰顶标高与现状合流箱涵涵底标高基本一致,不影响原排水箱涵的泄洪能力。3系统现状